DE60016586T2 - Verteilungsmaschine und verfahren zur reinigung vor ort einer verteilungsmaschine - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Kältemaschinen für halbgefrorene oder tiefgekühlte Lebensmittelprodukte beziehungsweise Getränke und insbesondere bessere Gestaltungen und Verfahren zur Verbesserung der Qualität, Konsistenz und Betriebsleistung bei gleichzeitiger Verbesserung der Produktergiebigkeit und bequemerer Reinigung der Apparaturen, die bei der Herstellung und Abgabe von halbgefrorenen oder tiefgekühlten Lebensmittelprodukten beziehungsweise Getränken eingesetzt werden.
  • Reinigung vor Ort (Reinigung der Maschine)
  • Üblicherweise müssen Verteilungsmaschinen täglich gereinigt beziehungsweise sterilisiert werden, damit die Beseitigung von unerwünschten Bakterien u.ä. gewährleistet ist. Wegen ihrer komplizierten Teile müssen solche Maschinen normalerweise zerlegt und alle Teile, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, gründlich dekontaminiert und gereinigt werden. Danach wird die Maschine wieder zusammengebaut. Dieser Vorgang erfordert Fachpersonal und kann dessen Aufmerksamkeit bis zu mehrere Stunden täglich benötigen. Außerdem findet dieser Vorgang gewöhnlich nach der normalen Betriebszeit statt, so dass Überstunden oder zusätzliches Personal nötig sind.
  • Im US-Patent Nr. 3,898,859, aus dem eine Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Verteilungsprodukten gemäß der Präambel von Anspruch 1 bekannt ist, wird eine Maschine für die Abgabe von tiefgekühlten oder halbgefrorenen Produkten beschrieben. Die Produkte befinden sich in einem Behälter und werden von einer Pumpe aus diesem Behälter durch ein Saug- oder Tauchrohr gefördert. Die Pumpe saugt ferner Luft durch eine Öffnung an, so dass eine Produkt-Luft-Mischung zum Gefrierzylinder und von dort nach Durchmischung des Produkts durch einen Drehschläger zu einem Abgabeventil gefördert wird. Für den Reinigungsbetrieb wird nach Entleeren des Gefrierzylinders zunächst ein Behälter mit warmem Wasser, dann ein Behälter mit Sterilisierungslösung und dann nochmals ein Behälter mit warmem Wasser an das Saug- oder Tauchrohr angeschlossen, wobei das Wasser und die Lösung bei eingeschaltetem Schläger von der Pumpe durch die Maschine gefördert werden. Um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten, muss der Inhalt der verschiedenen Behälter weiterhin unter atmosphärischem Luftdruck stehen, damit der Inhalt von der Pumpe angesaugt werden kann, ohne dass im Behälter ein Unterdruck und somit ein erhöhter Widerstand gegen die Pumpwirkung entsteht. Das heißt, dass nur offene Behälter verwendet werden können, was aus hygienischen Gesichtspunkten ein Risiko darstellt.
  • Im US-Patent Nr. 3,729,177 wird eine Eiszubereitungsmaschine mit einem Reinigungssystem beschrieben. Diese Maschine enthält einen Flüssigmischungsvorratsbehälter mit beweglicher Abdeckung, aus dem das Produkt über eine Leitung zu einem Gefrierzylinder gefördert wird, wobei die Leitung bei dieser Maschine ein in den Vorratsbehälter hineinragendes Standrohr ist. Es wird angegeben, dass das Produkt entweder durch Schwer kraft in den Gefrierzylinder fließt oder dass es aus dem Vorratsbehälter in die Leitung gepumpt werden kann. Die Reinigung findet statt, indem ein Ventil in einer Wasserzuleitung geöffnet und das Wasser durch eine Leitung zu einem in dem Vorratsbehälter angebrachten Waschkopf geleitet wird. Es wird jedoch beschrieben, dass zunächst das Standrohr und auch das Auslass- oder Abgabeventil entfernt und diese beiden Teile getrennt sterilisiert werden sollten. In den Waschkopf ist manuell ein Reinigungs- oder Sterilisierungsmittel einzufüllen, das im Wasser gelöst und durch dieses aus der zu dem Reinigungskopf führenden Leitung gespült wird. Danach wird die entstandene Lösung in den Vorratsbehälter gespritzt und fließt dann durch das Standrohr in den Gefrierzylinder. Nachteilig bleiben immer noch zahlreiche Arbeitsschritte, wie Zerlegen, Sterilisieren und Wiederzusammensetzen, übrig, und mit dieser Maschine kann nur ein Teil der oben genannten Aufgaben gelöst werden.
  • Seit langem und immer noch besteht die Nachfrage nach einer Maschinengestaltung, die eine „Reinigung vor Ort" ermöglicht und ein Reinigungsverfahren einsetzt, das zuverlässig, sicher und schnell ist und bei dem die Maschine, um die Sauberkeit der Maschine zu gewährleisten, nicht zerlegt und wieder zusammengesetzt werden muss. Dies wird durch eine Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Verteilungsprodukten und ein Verfahren zur Reinigung vor Ort einer solchen Maschine nach Anspruch 1 beziehungsweise 8 erreicht. Es wird gezeigt, dass eine spezielle Maschinenausführung den Betrieb mit vollständiger „Reinigung vor Ort" möglich macht, ohne dass die Maschine zu Reinigungszwecken zerlegt werden muss.
  • Bessere Leistung des Kältemaschinenkreisprozesses
  • Normalerweise wird das halbgefrorene oder tiefgekühlte Eiszubereitungsprodukt oder Getränk (im Folgenden „Verteilungsprodukt" genannt) intermittierend aus einem Gefrierzylinder oder einer Gefrierkammer (Verdampfer) gesaugt. Das Produkt muss jedoch bei Bedarf in einem für die Abgabe einwandfreien Zustand sein. Um die Temperatur und/oder Dickflüssigkeit des Produkts auf idealen Werten zu halten, muss üblicherweise das Hauptkühlungssystem recht häufig in Betrieb sein. Überdies ist abhängig von der Ansaugung des Verteilungsprodukts für zusätzliche Mengen der Produktmischung, die, damit sie nicht verderben, gewöhnlich bei einer Kühltemperatur unter 5°C (41 Grad Fahrenheit) bevorratet werden, eine erhöhte Ansaugung dieser Mischung, eine ordnungsgemäße Belüftung oder „Overrun" erforderlich, was natürlich zu weiteren Zyklen des Hauptkühlungssystems führt.
  • Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, um dieses erneute Zirkulieren des Kühlungssystems zu reduzieren und so die Leistung des Systems zu erhöhen. Aus dem US-Patent Nr. 5,386,709 (ausgegeben am 7. Februar 1995) sind zum Beispiel Verfahren und Vorrichtungen für die Einfügung von Thermospeichern oder anderen Tieftemperaturbehältern mit einem sekundären oder nachrüstbaren Kältemittelkreislauf bekannt, mit denen die Leistung und Wirksamkeit des Wärmebetriebs durch Unterkühlen des Kältemittelkondensats mit Hilfe von Unterkühlern erhöht werden kann. Dies erfordert jedoch Hilfsstromeinrichtungen, was wiederum die Gesamtleistung des Systems senkt, so dass es für Verteilungsmaschinen unerwünscht ist. Bei anderen Systemen, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,643,583 (ausgegeben am 17. Februar 1987) beschrieben, wird eine eutektische Flüssigkeit in einen Raum zwischen einem inneren Metallgefäß und einem äußeren Gehäuse eingeleitet. In diesem Patent wird eine eutekti sche Flüssigkeit vorgesehen, weil das Gefäß auf einer nahezu konstanten Temperatur gehalten werden soll, damit ein Schlagen (im Allgemeinen Schaben genannt) der Eiskremmischung im Kühlbehälter gewährleistet ist. Aber dieses System benötigt ebenfalls ein zweites Kühlungssystem, damit im Behälter die Schlagtemperatur aufrecht erhalten werden kann.
  • Während das Kühlungssystem vom aktiven Gefrieren des Produkts in den Ruhezustand übergeht, muss die Temperatur des Verdampfers erhöht werden, um ein „Hängenbleiben" der Schabe- oder Schlägermesser bei späterem Wiederanlaufen zu verhindern. Dazu sollte die Verdampfungstemperatur vorzugsweise auf einen Bereich von wenigen Grad um die Produkttemperatur erhöht werden. Auf diese Weise werden die Schabemesser beim nächsten Neustart nicht „hängenbleiben". Dies wird bei der genannten Vorrichtung durch ein neuartiges Verfahren und Mittel erreicht, ohne dass ein zweites Kühlungssystem erforderlich wäre.
  • Overrun
  • Bekanntermaßen ist es für die Konsistenz des Verteilungsprodukts wesentlich, dass zum Zeitpunkt des Gefrierens eine bestimmte Menge eines gasförmigen Stoffs, wie zum Beispiel Luft, in die flüssige Eiskremmischung eingeleitet werden sollte. Der in Prozent angegebene „Overrun" kann auf vielfältige Weise bestimmt werden, zum Beispiel folgendermaßen:
  • Figure 00050001
    • WL = Gewicht des Volumens (Test) der Rohflüssigkeitsmischung
    • WP = Gewicht eines gleichen Produktvolumens (einschließlich Luft)
  • Ein Overrun wird entweder mit einem Zuführungsrohr und einem Luftloch in einem nach dem Schwerkraftprinzip arbeitenden Freezer, wie er zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,706,720 (ausgegeben am 13. Januar 1998) erläutert ist, oder mit einer Pumpe in einem mit Druck arbeitenden Freezer erreicht. Das mit dem Zuführungsrohr arbeitende Verfahren sieht keine genaue Overrun-Steuerung vor, da die Flüssigkeitsfüllgeschwindigkeit vom Mixstand im Vorratsbehälter abhängig ist und die Luftströmungsgeschwindigkeit durch den „Rohr"-Druck beeinflusst wird. Wird das Produkt aus dem Freezer ausgegeben, wird daher im Rohr (das Zuführungsrohr oder die Zuführungsleitung für die Zuleitung von Mix und Luft zur Freezer-Einrichtung) ein Druckabfall erkannt und so der Overrun-Anteil verändert. Somit weist diese Art von Vorrichtung bestenfalls einen begrenzten Overrun-Bereich auf, und der Overrun-Anteil (in %) kann nur schwer gesteuert werden.
  • In einem druckbeaufschlagten Freezer wird eine Pumpe eingesetzt, mit der eine etwas höhere Genauigkeit und somit ein größerer Overrun-Bereich ermöglicht wird, die aber einen physischen Austausch von Komponenten erfordert, wenn die Overrun-Einstellungen geändert werden sollen. Zudem erhöht sich durch die Pumpe wegen der Anzahl der Komponenten, die gereinigt, geschmiert und wieder zusammengesetzt werden müssen, die Komplexität des Freezer-Betriebs. Es sei noch einmal erwähnt, dass die Overrun-Steuerung durch die Pumpe mittels der Ansaugrate des Verteilungsprodukts vorgenommen wird. Da es sich bei der Pumpe um eine Verdrängervorrichtung für den Flüssigkeitsanteil und um eine druckempfindliche Vorrichtung für den Luftanteil handelt, während die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Mixes durch Änderungen des Rohrdrucks nicht beeinflusst wird, der mit der Ansaugrate variieren kann, wird sich die Luftströmungsgeschwindigkeit aufgrund ihrer Druckempfindlichkeit bei Änderungen des Rohrdrucks auch ändern. Solch ein System wird im US-Patent Nr. 4,457,876 (ausgegeben am 3. Juli 1984) aufgezeigt. Es sei noch einmal erwähnt, dass es wünschenswert wäre, ein System vorzusehen, mit dem eine Overrun-Steuerung durch eine genaue Overrun-Einstellung ermöglicht wird. Außerdem sollte das vorgesehene System leicht zu reinigen sein, vorzugsweise ohne die Notwendigkeit, das System auszubauen oder zu zerlegen, wie dies bei einem Pumpsystem erforderlich ist.
  • Schlägermesser oder Schabemesser
  • Nachdem der Mix und die richtige Luftmischung in den Freezer eingespeist worden sind, ist es von höchster Wichtigkeit, dass der Mix bewegt oder geschlagen wird, so dass im Gefrierzylinder ein ständiges Unterziehen oder Durchmischen der nahezu tiefgefrorenen Mischung stattfindet, und dass das Material beim Gefrieren im Gefrierzylinder geschlagen oder geschabt und in den Mix zum weiteren Durchmischen und Bewegen im Zylinder zurückgegeben wird. Die meisten Schlägerausführungen beinhalten ein Rahmengestell aus Edelstahlstäben und Gussteilen. Bei der Fabrikation war für diese Ausführungen ein hoher Grad an Schweiß- oder Lötarbeiten für die komplette Herstellung erforderlich. Zudem erweist sich der Schweißvorgang häufig als weniger hygienisch als erwünscht, und auch bei Lötarbeiten vermisste man die Kompatibilität mit stark sauren Mixen. Für die Schlägerkonstruktion wurden eine Vielzahl von Ausführungen (siehe Re. 32,159 vom 27. Mai 1986, in dem einsetzbare Messer verwendet werden) sowie die im US-Patent Nr. 512,002 (ausgegeben am 2. Januar 1894) erläuterte Ausführung empfohlen. Dennoch benötigen alle diese Ausführungen eine massive Konstruktion; außerdem ist es schwierig, sie mit einer Festigkeit herzustellen, die ausreicht, um das Verteilungsprodukt ordnungsgemäß unterzuziehen oder zu schlagen. In einer richtig konstruierten Schlägereinrichtung ist nicht nur eine hohe Festigkeit erforderlich (da das Verteilungsprodukt, wie zum Beispiel tiefgekühlte Eiszubereitung, also Softeis, sehr steif ist und der Drehung der Schlägereinrichtung oder der Schlagwelle einen hohen Widerstand entgegensetzt), sondern mit einer einfacheren Konstruktion ist auch eine bessere Durchmischung des Mixes im Gefrierzylinder möglich, so dass ein Produkt mit einer gleichbleibend höheren Qualität bei höherem Durchsatz erzielt wird.
  • Konstruktion der Ausgabeklappe
  • Eine weitere sehr wichtige Anordnung in einer Verteilungsmaschine ist die Konstruktion der Ausgabeklappe, an der normalerweise auch das Produktabgabeventil vorgesehen ist, das zur Entnahme des Produkts aus dem Gefrierzylinder eingesetzt wird. Idealerweise hält diese Klappe die Kondensation auf einem Minimum, so dass nicht ständig darauf geachtet werden muss; sie stellt im geschlossenen Zustand eine hervorragende Abdichtung für den Gefrierzylinder dar; sie ist so ausgeführt, dass die Abdichtung zwischen der Klappe und dem Gefrierzylinder kein Hindernis für das Verteilungsprodukt darstellt oder die einwandfreie Entleerung des Produkts beziehungsweise der Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeiten beim Reinigen des Gefrierzylinders behindert. In vielen Ausführungen wurde zwischen der Klappe und dem Freezer eine Flachdichtung eingesetzt, wie zum Beispiel im Clifford-Patent beschrieben (US-Patent Nr. 3,050,960, ausgegeben am 28. August 1962), wobei bei dieser Konstruktion ein hoher Druck zur Erzeugung einer guten Dichtwirkung ausgeübt werden muss. Bei anderen Ausführungen wurde ein im Gefrierzylinder eingespannter O-Ring eingesetzt, der aus dem Gefrierzylinder über dessen Innenfläche hervor- oder herausragte. Während durch einen O-Ring die Notwendigkeit hoher Kräfte wegfällt, behindert er aber dennoch die ordnungsgemäße Entleerung des Produkts aus dem Gefrierzylinder. Im Wesentlichen muss sich bei der Ausführung mit dem O-Ring die Produktausgangsöffnung über der Unterkante des Gefrierzylinders befinden, und zwar um einen Betrag, der der Breite der O-Ringdichtung entspricht. Auf diese Weise ist es schwierig, beim Reinigen der Klappe und des Gefrierzylinders das Produkt beziehungsweise die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeiten ordnungsgemäß zu entleeren. Es ist anzumerken, dass das US-Patent Nr. 2,916,044 (ausgegeben am B. Dezember 1959) in der Tat eine Abdeckung und ein Abgabeventil für Freezer erläutert, wobei eine Isolierung angebracht ist, die hauptsächlich dazu dient, der aufgrund der Einbindung des Verzögerers (oder des Fangbleches) in der Abdeckung entstehenden Kondensation entgegenzuwirken.
  • Abgabeventilmechanismus
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt einer richtig ausgestalteten Verteilungsmaschine ist der Abgabeventilmechanismus. Bei aller Verschiedenartigkeit der Ventilmechanismen ist es doch absolut unerlässlich, das der Mechanismus leicht zu reinigen ist. Das heißt, dass der Ventilmechanismus keine physischen Innenteile haben darf, an denen das Produkt zurückgehalten werden könnte, so dass eine leichte Reinigung durch Durchspülen mit einem Sterilisierungsmittel erreicht werden kann. Ventilausführungen mit einem Ventilkolben mit O-Ringen haben zwischen den beweglichen Teilen kleine Spalten, in denen sich das Lebensmittelprodukt festsetzt und beim Reinigungsvorgang nur schwer entfernt werden kann. Bei diesen Ausführungen kann zudem das Lebensmittelprodukt hinter den O-Ring austreten; dieser Austritt des Lebensmittelproduktes macht eine effektive Säuberung beim Reinigen vor Ort unmöglich. Außerdem muss diese Art Ausführung geschmiert werden, was gewöhnlich eine Zerlegung erfordert. Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft für ein ideales Abgabeventil ist, dass jegliches Produkt in der Auslauftülle aus dem Ventil gepresst werden müsste, so dass kein Restprodukt übrigbleibt, das später schmelzen und heruntertropfen könnte.
  • Mixfüllstandssensor
  • In einer idealen Verteilungsmaschine ist es wünschenswert, ein einfaches Verfahren zur Erkennung des Mixfüllstandes vorzusehen, so dass der Gerätebenutzer gewarnt werden kann, falls der Mix fast aufgebraucht ist, und dass er regelmäßig über die Restmixmenge in der zum Gefrierzylinder verlaufenden Produktzuführungsleitung informiert werden kann. Für die Erkennung des Füllstands beziehungsweise der Füllmenge wurden zahlreiche Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik eingesetzt. Zum Beispiel werden im US-Patent Nr. 4,386,503 (ausgegeben am 7. Juni 1983) Druckdifferenzen benutzt, um die Versorgung mit flüssigem P2S5 zu regulieren, was die Messung des Flüssigkeitsstandes in der Vorrichtung ermöglicht, wobei die entsprechenden Druckdifferenzen benutzt werden, um die Versorgung der Kühlvorrichtung mit flüssigem P2S5 zu regeln. Auf diese Weise kann ein vorgegebener Flüssigkeitsstand aufrecht erhalten werden. Darüber hinaus be schreiben Patente, wie zum Beispiel US-Patent Nr. 3,646,774 (ausgegeben am 7. März 1972), druckempfindliche Schalter zur Messung des Materialfüllstandes, während andere Patente, wie zum Beispiel US-Patent Nr. 4,417,610 (ausgegeben am 29. November 1983), eine Art Drucksensor beschreiben, der vor dem Auslassventil angeordnet ist und mit dem die Öffnungszeitdauer als Funktion einer Änderung des durchschnittlichen Mediumdrucks zwischen aufeinanderfolgenden Betriebszyklen der Auslassventilanordnung effektiv eingestellt werden kann.
  • Betrieb und Steuerung der Verteilungsmaschine
  • Prinzipiell sind bestehende Verteilungsmaschinen dadurch eingeschränkt, dass sie „abgestimmt" für den einwandfreien Betrieb unter einer typischen Menge von Umgebungsvariablen aufgestellt werden. Beispiele dieser Variablen sind Temperatur, Feuchtigkeit, Mixzusammensetzung, (elektrische) Stromversorgungsqualität und die Art und Weise, wie der Betreiber die Maschine benutzt. Wird die Maschine außerhalb der Mittelwerte dieser (und anderer) Parameter betrieben, leidet darunter die Produktqualität, meistens nicht sehr stark, aber sie leidet auf jeden Fall. Im Allgemeinen müssen die heute in Betrieb befindlichen Systeme mit diesem Mangel auskommen. Was vorzuziehen ist und was mit der beschriebenen Verteilungsmaschine erreicht wird, ist ein vollintegriertes System mit mechanischer und kühltechnischer Hardware, elektronischer Hardware und Software. Durch diese vollintegrierte Eigenschaft kann die Maschine in allen ihren Teilen Funktionen ausführen, die jeweils am besten für die betreffende Technik geeignet sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts der obigen Ausführungen sieht die vorliegende Erfindung die Vorteile eines geschlossenen Kühlungssystems vor, das einen rezirkulierenden Kältemittelkreislauf umfasst, wobei das System einen herkömmlichen Kondensator mit einem Ausgang für flüssiges Kältemittel, ein Drosselexpansionsventil, mit dem das Kältemittel in den gasförmigen Zustand überführt wird, und einen im Kältemittelkreislauf in Serie geschalteten Verdampfer aufweist. Einer der grundlegenden Vorteile der vorliegenden Maschinenstruktur ist ihre Fähigkeit, sowohl die Sauberkeit des Gefrierzylinders als auch die der zugehörigen Klappe, der zugehörigen Abdeckung und des zugehörigen Abgabeventils aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zweck wird einem Durchgang in der Klappe das Produkt aus dem Gefrierzylinder zugeführt, so dass ein Austausch mit einem Produktauslass aus der Klappe besteht. Eine in die Klappe eingesetzte Aufnahme ist in einer Linie mit dem Produktauslass angeordnet; in der Aufnahme ist ein Produktabgabeventil vorgesehen. Eine Öffnung in der Abdeckung ist nach der Aufnahme ausgerichtet und kann mit dieser in Eingriff gebracht werden, um in Verbindung mit dem Ventil die Abdeckung an der Klappe zu halten und zu verriegeln. Der Aufbau des Abgabeventils erleichtert die Reinigung vor Ort. Zu diesem Zweck enthält das Abgabeventil einen Kolben sowie einen Sitz für den Kolben in der Klappe im Produktauslass; eine durch den Kolben getragene Rollmembran dichtet die Aufnahme gegen das Produkt ab, unabhängig davon, ob sich der Kolben in einer Produktabgabestellung befindet oder den Produktauslass abdichtet. Während das Abgabeventil für die Ausgabe des Verteilungsprodukts aus der Kältemaschine geöffnet ist, rollt die mit dem Kopfende verbundene Membran mit der Aufwärtsbewegung des Kolbens und verhindert so die Entstehung von Rissen oder Spalten, in denen sich unerwünschtes Produkt absetzen könnte. Zusätzlich ermöglichen die Öffnungen die Reinigung vor Ort sowohl des Durchgangs als auch des Abgabeauslasses aus der Klappe, wodurch die Sauberkeit der Maschine aufrecht erhalten werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Art Abgabeventil ist, dass durch das vorgesehene neuartige Spülsystem diese schwer zugänglichen Teile und Stellen, einschließlich so schwer zu reinigender Stellen wie der Antriebsaufsatz zum Schläger, vor Ort gereinigt werden können.
  • Obwohl der Betrieb des Systems ohne einen Unterkühler weniger effizient ist, ist ein Unterkühler zwischen dem Kondensator und dem Drosselexpansionsventil angebracht, wobei der Unterkühler eine Primär- und eine Sekundärseite besitzt. Die Primärseite des Unterkühlers befindet sich im vom Kondensator kommenden Kreislauf des Hochdruckflüssigkältemittels, und gasförmiges Kältemittel wird im Kreislauf. vom Verdampferauslass zur Sekundärseite des Unterkühlers geleitet; dabei besteht ein Wärmeaustausch mit der Primärseite. Ein Kühlkörper im Unterkühler steht in Wärmeaustausch sowohl mit der Primärseite als auch der Sekundärseite des Unterkühlers. Eine Anzapfstelle auf der Flüssigkeitsseite des Kühlkreislaufs vom Unterkühler bildet einen sekundären Kühlkreislauf zur Kühlung eines mit einer Kühlschlange versehenen Produktmixbehälters, damit die Temperatur des Produktmixes auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann. Der Kühlkörper im Unterkühler erhöht die Effizienz des Systems, indem er den Zyklusbetrieb des Kühlungssystems reduziert, während er gleichzeitig in der Lage ist, bei laufendem System Wärme aus dem Unterkühler herauszuführen und Wärme zu absorbieren, so dass der Betriebszyklus des Kühlungssystems reduziert werden kann, wenn sich das System im Ruhezustand befindet. Dadurch können die Zeiten passiver Kühlung verlängert werden, was vorteilhaft die Notwendigkeit eines separaten aktiven Kühlungssystems für die Produktmixkammer überflüssig macht.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Maschinentruktur ist ihre Fähigkeit, beständig eine vorgegebene aus dem Produktmix und einem gasförmigen Medium (z.B. Luft) bestehende Mischung zu einem Gefrierzylinder der Verteilungsmaschine zu fördern. Dies wird erreicht, indem ein druckbeaufschlagter Mixbehälter vorgesehen wird, der an eine mit dem Gas- oder Luftversorgungseinlass des druckbeaufschlagten Mixbehälters verbundene Druckgasquelle (z.B. Luft) angeschlossen ist. Ein in Form einer Leitung vorgesehener Produktmixauslass vom druckbeaufschlagten Behälter verbindet den druckbeaufschlagten Mixbehälter mit dem Gefrierzylinder der Verteilungsmaschine. Hierbei ist es von grundlegendem Vorteil, dass der Mixbehälter und das unter Druck stehende System für die Zuführung des Produktmixes zum Gefrierzylinder auch dafür verwendet werden können, das System für die Reinigung vor Ort zu spülen. Ferner wird der druckbeaufschlagte gasförmige Stoff, der unter demselben Druck steht wie der Mixbehälter, auch an einen Einspritzpunkt für gasförmigen Stoff (Luft) in der Leitung geführt, um die Mischung von Gas (Luft) und Produktmix zu beeinflussen, bevor der Mix in den Gefrierzylinder gelangt. Durch Einsetzen eines Druckreglers (z.B. eines Nadelventils) in der Leitung kann das Verhältnis von Gas (Luft) zu Mix in engen Grenzen reguliert und so der „Overrun" gesteuert werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Struktur und des Betriebs der vorliegenden Maschine ist ihre Fähigkeit, die noch in dem druckbeaufschlagten Mixbehälter befindliche Mixmenge zu bestimmen. Wie im vorliegenden Dokument erläutert, wird dies durch den Einbau eines Gas-/Luftdruckablassventils zwischen der Druckgas-/Pressluftquelle und dem Gas-/Luftzufuhreinlass des Mixbehälters vorgesehen. Das Ablassventil wird so gesteuert, dass es die Druckgas-/Pressluftquelle vom Mixbehälter trennt und das Ablassen von Gas/Luft aus dem Mixbehälter für vorgegebene Zeitintervalle ermöglicht. Die Druckänderung pro vorgegebenem Zeitintervall des Gas-/Luftablasses gibt die Menge an Mix an, die noch in der Mixkammer vorhanden ist.
  • Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass ein einfaches Instrument vorgesehen werden kann, mit dem festgestellt wird, wann kein Mix mehr im druckbeaufschlagten Mixbehälter vorhanden ist. Zu diesem Zweck kann ein Instrument, zum Beispiel eine mit einem Thermistor oder einem ähnlichen Gerät versehene Wärmesonde, an der Einspritzstelle an der Leitung angeordnet sein. Das heißt, dass die Sonde vorzugsweise in der Mixleitung angeordnet ist, die die Luft-/Mixkammer oder das Luft-/Mixrohr speist, Indem ein niedriger elektrischer Strom durch die Thermistorsonde geleitet wird, erzeugt der Strom aufgrund des elektrischen Widerstandes des Thermistors eine Erwärmung des Thermistors. Bei Anwesenheit von Mix verbraucht der flüssige Mix schnell die Wärme des Thermistors. Ist der Mix jedoch vollständig aufgebraucht, sinkt die die Sonde umgebende Wärmeleitfähigkeit, und der Thermistor erwärmt sich. Dieser Temperaturanstieg kann durch die Steuerungen elektrisch erkannt werden, da der Widerstand des Thermistors mit steigender Temperatur sinkt. Auf diese Weise erkennt die Steuerung die Anwesenheit oder Abwesenheit von flüssigem Mix. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Struktur ist die neuartige Vorrichtung der Abgabeklappe für den Ge frierzylinder. Zu diesem Zweck gewährleistet die Vorrichtung, dass der Gefrierzylinder an dem Ende dicht schließt, an dem das Produkt aus dem Gefrierzylinder austritt und das in Verbindung mit der neuartigen Abdeckungsausgestaltung und der neuartigen Ausgestaltung des verriegelnden Abgabeventils gewährleistet, dass der Gefrierzylinder gut verriegelt und abgedichtet ist. Zudem gewährleistet die vorteilhafte spezielle Ausgestaltung der Abdeckung für die Klappe nicht nur ein Verriegeln mit dem Produktverteiler, um so ein unbeabsichtigtes Verschieben der Klappe zu verhindern, sondern sie verhindert auch die Kondensation, die normalerweise wegen des hohen Temperaturunterschieds zwischen dem Gefrierzylinder und der Atmosphäre außerhalb des Abgabeventils und der Klappe entstehen würde. Um diese Vorteile zu erreichen, enthält der Gefrierzylinder ein Rohr mit einem Rand an einem Ende, die Klappenvorrichtung mit einer Klappe einschließlich Ausrichtungsnasen auf der Klappe oder dem Rand sowie Öffnungen zur Aufnahme der Nasen auf dem Rand oder der Klappe, so dass eine einwandfreie Ausrichtung der Klappe nach dem Rand gewährleistet ist. An der Klappe oder dem Rand befindet sich ein ringförmiger Vorsprung und, umgekehrt, eine ringförmige Aufnahme an dem Rand oder der Klappe; dieser Vorsprung und diese Aufnahme richten sich nacheinander aus, wenn sich die Klappe in einer Stellung gegenseitigen Eingriffs mit dem Rand befindet. Eine eingefügte (im Querschnitt) Z-förmige Dichtung, die in die Aufnahme (mit einer darunter angeordneten radial verlaufenden Lippe) eingepasst werden kann, dient zur Aufnahme des ringförmigen Vorsprungs, wobei die Z-förmige Dichtung radial und die Lippendichtung axial dazu wirkt. Das Abdeckungselement besteht aus einem äußerem und einem inneren Abschnitt, wobei der innere Abschnitt einen Klappeneingriffsteil besitzt, mit dem zwischen der Klappe und dem Rand ein Druckeingriff bewirkt wird. Ein Spannring am äußeren Abschnitt des Deckels bietet einen verriegelnden Eingriff mit dem Rand des Gefrierzylinders, wobei der größte Teil des inneren Abschnitts der Abdeckung im Abstand von der Klappe angeordnet ist, um so einen isolierenden Luftraum zu bilden, der der Kondensation entgegenwirkt.
  • Ein weiterer ausgeprägter Vorteil der Vorrichtung ist eine neue Ausgestaltung der Schlägereinrichtung (im Allgemeinen auf dem Gebiet der Verteilungsmaschinen Schlagwelle genannt). Die Vorteile der hochfesten und benutzerfreundlichen Konstruktion bei gleichzeitiger besserer Durchmischung und Konsistenz des Produkts und erhöhtem Durchsatz tragen insgesamt zu einer leistungsstärkeren Maschine für die Abgabe von Verteilungsprodukten bei. Zu diesem Zweck weist die Schlägereinrichtung ein mit Löchern versehenes Rohr ohne Schweißteile auf. Der vordere gewendelte Abschnitt des Schlägers, der das Produkt aus dem Freezer und durch das Abgabeventil presst (produktvorschiebendes Schraubelement), besteht vorzugsweise aus einem leicht zu reinigenden Kunststoff, der einfach geformt und zum Beispiel durch Längsnuten an einem Ende des perforierten Zylinders eingesetzt werden kann. Die Schabelemente der Schlagwelle bzw. des Schlägers bestehen vorzugsweise ebenfalls aus einem Material, z.B. Kunststoff, mit dem die Innenfläche des Gefrierzylinders geschlagen beziehungsweise geschabt werden kann. Diese Schabelemente können mit einem Schnappformstück versehen sein, mit dem sie an den entsprechenden Stellen des Zylinders eingerastet werden können. Vorzugsweise sollten die Schabelemente zum Inneren des Gefrierzylinders hin geneigt sein, um eine durch ihre Drehung im Gefrierzylinder verursachte Abnutzung der Schabelemente auszugleichen. Der Antriebsabschnitt des perforierten Zylinders enthält einen Schlagstab für Nichtantriebseingriff, an einem Ende mit einer drehbaren Antriebswelle (zur Drehung des perforierten Zylinders) und am vorderen Ende mit der Klappenvorrichtung oder einer anderen Vorrichtung versehen, die die Drehung des Schlagstabs verhindert. Der Schlagstab ist im zylinderförmigen Schläger (perforierten Zylinder) angeordnet, und zwar exzentrisch zur Mittellinie des Schlägers, und er ist so montiert, dass er in Bezug auf die Drehung des Schlägers feststehend ist. Der Schlagstab kann perforierte Naben oder Elemente enthalten, durch die der Mix gepresst wird, um so eine gute Durchmischung des Mixes im Gefrierzylinder zu gewährleisten.
  • Eine weitere Eigenschaft der vorliegenden Maschine ist die für die Maschine vorgesehene Steuerung, die einen nicht-manuellen Betrieb der Maschine erlaubt und die Maschineneinstellungen unabhängig von der Absenkung des Produkts vornimmt, um die Qualität des Produkts zu gewährleisten.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften werden zum besseren Verständnis der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in der folgenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Es zeigen:
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 eine („Verteilungs"-)Maschine für die Abgabe von halbgefrorenen oder tiefgekühlten Lebensmittelprodukten beziehungsweise Getränken in perspektivischer Ansicht, mit einer Konstruktion gemäß verschiedener vorteilhafter Eigenschaften einschließlich jener der vorliegenden Erfindung,
  • 2 die Maschine aus 1 in perspektivischer Explosionsansicht, die ausgewählte Teile der Verteilungsmaschine in versetzter Darstellung zeigt, um ihre Anordnung im Verhältnis zueinander allgemein zu veranschaulichen,
  • 3 ein in der Verteilungsmaschine aus 1 und 2 eingesetztes verbessertes Kühlungssystem in schematischer Darstellung, das einen Unterkühler mit Kühlkörper sowie ein zusätzliches Abzweigkühlungssystem für den Produktmix enthält, um eine bessere Leistung beim Betrieb von Verteilungsmaschinen zu erzielen,
  • 4 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung des Produktmixes zum Gefrierzylinder mit dem richtigen Overrunanteil sowie die Art und Weise veranschaulicht, wie Gas (z.B. Luft) aus einer gewöhnlichen druckbeaufschlagten Quelle in das Rohr mit zum Gefrierzylinder geförderten Produktmix eingespritzt wird,
  • 5 die Vorrichtung aus 4 in schematischer Teilansicht, in der die Ventile für die Reinigung der Vorrichtung angeordnet sind,
  • 6A eine Explosionsansicht, die einen Abschnitt der neuartigen Klappenvorrichtung der gezeigten Maschine sowie die Art und Weise, wie sie mit dem zum Schläger des Gefrierzylinders gehörenden Schlagstab zusammenwirkt, und das Gehäuse der neuartigen Ventileinrichtung veranschaulicht,
  • 6B das Innere der Klappenvorrichtung aus 6A in vergrößerter perspektivischer Teilansicht, mit einer darin befindlichen Aufnahme, mit der ein Ende des Schlagstabs erfasst und so dessen Drehung bei Drehung des Schlägers verhindert wird,
  • 7 eine Explosionsansicht, die die Klappenvorrichtung der Verteilungsmaschine veranschaulicht sowie die Teile zeigt, die für das einwandfreie Zusammenspiel der Klappe mit dem Gefrierzylinder erforderlich sind,
  • 8 die in der Explosionsansicht von 6A-7 gezeigte Klappenvorrichtung in vergrößerter vorderer Aufrissansicht,
  • 9 eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang Linie 9-9 von 8,
  • 10 eine für die Verteilungsmaschine vorteilhaft konstruierte neuartige Schläger- oder Schlagwelleneinrichtung in seitlicher Aufrissteilansicht, die im Gefrierzylinder durch einen Motor drehantreibbar angeordnet ist, einschließlich einer neuartigen Wellenabdichtung, die ein hygienisches Durchspülen der Vorrichtung ermöglicht,
  • 11 eine Teilschnittansicht entlang Linie 11-11 von 10,
  • 12 eine Teilschnittansicht entlang Linie 12-12 von 10,
  • 13A eine Teilschnittansicht entlang Linie 13-13 von 10,
  • 13B eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Abschnitts der Abdichtung und der Welle aus 10,
  • 14A eine weitere neuartige Schläger- oder Schlagwelleneinrichtung in vergrößerter perspektivischer Ansicht, die für den vorteilhaften Betrieb in der Verteilungsmaschine konstruiert ist,
  • 14B ein im Schläger bzw. in der Schlagwelle aus 14 benutztes Schabemesser in vergrößerter perspektivischer Ansicht,
  • 14C eine Teilschnittansicht entlang Linie 14C-14C von 14A,
  • 15 ein Zustandsdiagramm, das die allgemeine Struktur der Software und die Anforderungen an die Grundbetriebsart der Verteilungsmaschine veranschaulicht,
  • 16 ein Zustandsdiagramm, das den Einschaltbetrieb der Verteilungsmaschine veranschaulicht,
  • 17 ein Zustandsdiagramm, das den Füllbetrieb veranschaulicht, in dem zunächst das Rohprodukt in die Maschine eingebracht wird,
  • 18 ein Zustandsdiagramm, das den ersten Gefrierbetrieb veranschaulicht, in dem das Rohprodukt zum ersten Mal gefroren wird,
  • 19 ein Zustandsdiagramm, das den Zustand der Verteilungsmaschine veranschaulicht, in dem sich das Produkt in einem Produktbereitschaftsmodus befindet und durch passives Kühlen in diesem Zustand gehalten wird, damit die vorgegebene Produktqualität so lange wie möglich in engen Grenzen aufrecht erhalten werden kann,
  • 20 ein Zustandsdiagramm, das einen aktiven Produkterhaltungsbetrieb der Verteilungsmaschine veranschaulicht, in dem das Produkt zu warm geworden ist und/oder im Rohr der Verteilungsmaschine festsitzen konnte und nun erneut gefroren werden muss, wobei außerdem mehr Gas (Luft) in den Produktmix eingeleitet werden muss,
  • 21 ein Zustandsdiagramm, das die Verteilungsmaschine in einer Betriebsart „Reinigung vor Ort" veranschaulicht,
  • 22 ein Blockdiagramm des Gesamtsystems zur Steuerung des Betriebs der Maschine in den verschiedenen in 15–21 gezeigten Zuständen,
  • 23 ein Blockdiagramm der Hauptsteuerplatine des Systems,
  • 24 ein Blockdiagramm der Eingangs-/Ausgangsplatine zur Steuerung der Stromversorgung der verschiedenen Platinen im System,
  • 25 ein Blockdiagramm der „RVO"-Platine („Reinigung vor Ort"), die im System für die Steuerung des Maschinenbetriebs bei Arbeiten zur Reinigung vor Ort eingesetzt ist,
  • 26 ein Blockdiagramm der Steuerplatine für den Gefriermix, die für die Aufrechterhaltung von Temperatur, Feuchtigkeit und ähnlichen Werten in der Mixkammer benutzt wird, und
  • 27 ein Blockdiagramm der Datenprotokollierungs- und Datenübermittlungsplatine, die, wie der Name schon sagt, die Protokollierung und Übermittlung von Daten vom Steuersystem nach außen erlaubt und ermöglicht.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
  • Allgemeine Beschreibung der Maschine
  • 1 zeigt eine Maschine 1 für halbgefrorene oder tiefgekühlte Lebensmittelprodukte beziehungsweise Getränke („Verteilungsmaschine"), die gemäß verschiedener Eigenschaften der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Wie daraus ersichtlich ist, enthält die Verteilungsmaschine 1 eine Kammer 1a mit oberen und seitlichen Platten 2a and 2b, mit einem Luftabweiser 1b beziehungsweise seitlichen Entlüftungsschlitzen 1c. Die Vorderseite 3 der Maschine 1 umfasst einen Verteilungsproduktspender bzw. eine Produktabgabeventileinrichtung 60 sowie darauf einen manuell zu bedienenden Hebel 61, mit dem der Benutzer das Verteilungsprodukt durch die Ventileinrichtung 60 auf eine unten noch näher zu beschreibende Art und Weise entnehmen kann. Wie es für diese Art Maschine typisch ist, befindet sich unter dem Produktspender bzw. der Ventileinrichtung 60 eine Tropfschale 4 mit einem Produktspritzschutzblech 5.
  • Direkt über der Tropfschale 4 befindet sich eine Klappe 40a, über die der Benutzer Zugang zu einer Gefriermixvorratskammer bzw. einem Gefriermixvorratsfach 40 (siehe 2) hat. Im Betrieb ist in der Kammer 40 ein druckbeaufschlagter Produktmixbehälter 43 untergebracht, aus dem auf eine neuartige, unten zu erläuternde Art und Weise der Produktmix zu dem Gefrierzylinder 17 eines Verdampfers 16 gefördert wird. Ein neuartiger und leistungsstarker Schläger (oder Schlagwelle) 110 dient zum Durchrühren und Durchmischen des Produkts im Gefrierzylinder 17 und ermöglicht so die gleichbleibende Konsistenz des Produktmixes. Ein Steuer- und Anzeigefeld 150 zeigt Systemzustände an und ermöglicht eine Steuerung wenigstens ausgewählter dieser Systemzustände durch den Benutzer.
  • Kühlungs- und Unterkühleranordnung
  • 3 zeigt ein Hauptkühlungssystem 10, das einen Kondensator 12, ein Drosselexpansionsventil 14, einen Verdampfer 16 und einen Kompressor 18 umfasst. Wie weiter unten noch näher zu schreiben sein wird, umfasst ein Unterkühler 30 einen Kältemittelprimärkreislauf auf der Primärseite des Kältemittelkreislaufs (Hochdruckseite, wie durch die Pfeile 8a angegeben, die einen Kältemittelfluss unter hohem Druck anzeigen) und einen Kältemittelsekundärkreislauf auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs, wie durch die Richtungspfeile 8b für den Kältemittelfluss angezeigt.
  • 3 zeigt eine Anzapfstelle 19, die auf der Hochdruckseite des Kühlungssystems vor dem Drosselexpan sionsventil 14 ausgebildet ist, um einen Kältemittelfluss zur Gefriermixvorratskammer 40 durch ein erstes Magnetventil 21a und ein herkömmliches Kapillarrohr 22 (das als Drossel-/Expansionsventil funktioniert) zu liefern. Gemäß der Abbildung arbeitet die Gefriermixvorratskammer 40 parallel zum Verdampfer 16 und wird, wie gezeigt werden wird, durch den Betrieb des Unterkühlers 30 darin unterstützt, bei der richtigen voreingestellten Mixtemperatur zu bleiben. Das Kältemittel wird durch die Kühlschlange 41 geleitet, und die gasförmige Mischung folgt dem durch den Kältemittelkreislaufpfeil 8c angegebenen Weg vorbei an einem Verdampferdruckregler bzw. einem VDR-Ventil 23. Das. VDR-Ventil 23 steuert den Rücklaufdruck in der Mixkammer 40. Der Ausgang des VDR-Ventils 23 trifft am Verbindungspunkt 23a mit dem Gasausgang des Verdampfers 16 zusammen. Der Ausgang des gasförmigen Kältemittels aus dem Verdampfer 16 wird durch ein Rückschlagventil 16a und ein zweites Magnetventil 21b bis zum Verbindungspunkt 23a und zum Unterkühler 30 und dann durch den Unterkühler 30 zur Saugseite des Kältekompressors 18 geführt. Das zweite Magnetventil 21b steuert den Kältemittelfluss aus dem Verdampfer 16.
  • Der Unterkühler 30 verfügt über einen Kühlkörper, der einen Behälter 32 mit einer Lösung mit einstellbarer Phase bzw. einstellbarem Zustand, wie zum Beispiel einer Glykol-Wasser-Mischung, umfasst, so dass der Behälter 32 während des Hauptkühlzyklus des Softeisfreezers oder Verdampfers 16 Wärme abgibt, wodurch eine konstante Restkühlung in Zeiten stattfinden kann, in denen nur wenig oder kein Produkt aus dem Produktabgabeventil 60 entnommen wird. Normalerweise wird das Produkt intermittierend aus dem Verteilungsprodukt enthaltenden Gefrierzylinder 17 entnommen, muss aber bei Bedarf in einem einwandfreien Produktabgabezustand sein. Damit sich das Pro dukt jederzeit in einem optimalen Abgabezustand befindet, wird das Hauptkühlungssystem normalerweise ziemlich häufig betrieben. (Außerdem werden, wie weiter unten noch näher beschrieben wird, die Temperatur und der Innendruck im Gefrierzylinder 17 durch ein Steuersystem 55 über Überwachungs- und Steuerleitungen 17d überwacht und gesteuert.) Diese Anzahl der Durchläufe oder Betriebszyklen kann dadurch vermindert werden, dass ein Reservevorrat einer teilweise gefrorenen Lösung, z.B. Glykollösung, während der Betriebszeiten im Behälter 32 vorgesehen wird. Das teilweise gefrorene Glykol wird dann als Kühlkörper in den Ausschaltzeiten fungieren und so eine fortgesetzte Kühlung sowohl des Verteilungsprodukts als auch der Hilfsmixvorratskammer 40 bewirken. Dies wird ohne zusätzliche Spezialkomponenten erreicht, da das Kältemittel im System an der kältesten Fläche im System kondensiert und einen dem zu diesem Zeitpunkt herrschenden Dampfdruck entsprechenden Druck aufrecht erhält. Flüssiges Kältemittel wird je nach Bedarf zu dem Kapillarrohr 22 und danach als gasförmiges Kältemittel zu der Schlange 41 der Mixkammer 40 geleitet, so dass die Kühlung weiterhin stattfindet. Solange das gefrorene Glykol (wie über die Steuerleitung 30a überwacht) kälter als der Produktmix in der Mixkammer 40 bleibt (wie über die Steuerleitung 40a überwacht), wird das Glykol weiterhin Wärme von der Mixkammer abziehen. (Außerdem kann, abhängig von der Steuerung des Rücklaufdrucks im Verdampfer durch das Ventil 21b, Wärme auch aus dem Verdampfer 16 abgezogen werden.) Das Rückschlagventil 16a auf der Kältemittelauslassseite des Verdampfers 16 gewährleistet, dass die über das gasförmige Kältemittel aus der Mixkammer 40 entzogene Wärme zum Glykolbehälter 32 geführt wird. Der Glykolbehälter 32 ist vorzugsweise und bequemerweise im Unterkühler untergebracht, damit eine maximale Leistung erzielt wird. In der Praxis kann der Behälter ungefähr zwei Quart (ca. zwei Liter) einer Glykol-Wasser-Lösung enthalten, um in einem kleinen System dadurch gute Ergebnisse zu erzielen, dass die Zirkulation des Kältemittels durch den Kühlungszyklus reduziert wird.
  • Es ist anzumerken, dass durch die Verwendung eines Unterkühlers die Kühlleistung des Systems erhöht und die stärkere Verwendung eines kleineren Verdampfers oder Gefrierzylinders 17 ermöglicht wird. Durch den Betrieb der Steuerung bzw. des Steuersystems 55 und den vorgegebenen Betrieb der Ventile 21a and 21b über die Steuerleitung 21c bzw. 21d bei gleichzeitiger Steuerung der aktiven Kühlung, zum Beispiel durch die Steuerung des Kompressors 18 über die Steuerleitung 18a, bewirkt ferner die passive Kühlung durch den Unterkühler eine Erhöhung der möglichen Ausschaltzeiten des Systems. Wie aus dem Abschnitt dieser Spezifikation, in dem die Betriebsarten des Steuersystems 55 beschrieben werden, deutlich werden wird, kann die Absenkung des Produkts (Entnahme von halbgefrorenem Produkt aus dem Verdampfer oder Gefrierzylinder) zur Aktivierung des Kühlungssystems benutzt werden (z.B. um zu bewirken, dass der Kältekompressor 18 über die Steuerleitung 18a zyklisch ein- und ausgeschaltet wird).
  • Dosiereinrichtung
  • Wie zuvor angemerkt, wird der Innenraum des in 2 und 10 abgebildeten Verdampfers 16 normalerweise als Gefrierzylinder 17 bezeichnet. Innen im Gefrierzylinder 17 ist die Schlagwellen- oder Schlägereinrichtung zur Drehung in selbigem angebracht. (An dieser Stelle der Beschreibung ist anzumerken, dass eine weitere Ausgestaltung der Schläger- oder Schlagwelleneinrichtung in 14 gezeigt ist, wobei beide Einrichtungen akzeptabel und miteinander austauschbar sind.) Aber unter Bezugnahme auf 10 ist der Schläger 110 mit einer Welle 111 verbunden, die wiederum in geeigneter Weise mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist, die im Abbildungsbeispiel ein Motor 25 ist, der die Drehung des Schlägers oder der Schlagwelle bewirkt. Am entgegengesetzten Ende des Gefrierzylinders 17 befindet sich eine Klappenvorrichtung 80, die unter Bezugnahme auf 8 und 9 näher beschrieben wird und die ein Produktabgabeventil 60 (siehe 2 und 9) enthält, dessen Verteilungselement oder Hebel 61 bei der Montage in der Klappenvorrichtung 80 gezeigt ist.
  • Bei dem zur Befüllung des Gefrierzylinders bestimmten Produktmix handelt es sich normalerweise um eine flüssige Produktmischung. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Füllmischung ein granularer oder flüssiger Mix oder jeder beliebige andere vorbereitete Mix sein kann, der so ausgestaltet ist, dass der Mix in den Gefrierzylinder gefüllt und Luft in angemessener Weise in den Mix eingeleitet und darin eingebunden werden kann. Um die richtige Menge Gas (z.B. Luft, und im folgenden als Luft bezeichnet) zur Einbindung in den Produktmix (z.B. flüssiges Softeis) zum Gefrierzeitpunkt im Gefrierzylinder 17 bereitzustellen, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung gemäß 4 die Luft ordnungsgemäß so in den Mix dosiert wird, dass ein gleichbleibendes Mix-Luft-Verhältnis ermöglich wird. (Es ist anzumerken, dass bei herkömmlichen in den Gefrierzylinder 17 gefüllten Mixzubereitungen das in den meisten Fällen eingesetzte gasförmige Medium Luft ist. Es ist allerdings auch anzumerken, dass auch andere Gasmischungen anstelle von Luft zugeführt werden können, zum Beispiel um Geschmacksstoffe hinzuzufügen usw.) Diese Mischung bzw. dieses Verhältnis wird als „Overrun" bezeichnet, der wiederum als Prozentsatz einer vorgegebenen Menge an flüssigem Produktmix ge genüber dem Gewicht einer gleichen Produktmenge ausgedrückt wird. Da die gleiche Produktmenge zwangsläufig Luft enthält, wird das entsprechende Gewicht geringer sein als das Gewicht der gleichen Mixmenge. Wie oben bereits erklärt, kann bei einem nach dem Schwerkraftprinzip arbeitenden Freezer der Overrun mit Hilfe eines mit Schwerkraft arbeitenden Zuführungsrohrs und einer Luftöffnung gesteuert werden. Alternativ kann bei einem druckbeaufschlagten Freezer eine Mixeinspeisepumpe eingesetzt werden. Das Verfahren mit dem Zuführungsrohr ermöglicht keine genaue Steuerung des Overrun, da die Flüssigkeitsfüllgeschwindigkeit vom Mixstand im Vorratsbehälter abhängt und die Luftströmungsgeschwindigkeit vom Druck im „Rohr" beeinflusst wird (wobei das „Rohr" der Abschnitt der Leitung oder Verrohrung 26 ist, durch den die Mischung aus Luft und flüssigem Mix in den Gefrierzylinder 17 eingespeist wird). Bei dem Verfahren mit dem Schwerkraft- oder Zuführungsrohr ist der Overrun-Bereich eingeschränkt, wohingegen das mit der Pumpe arbeitende System zwar eine höhere Genauigkeit und einen größeren Overrun-Bereich ermöglicht, aber Veränderungen von physischen Komponenten erfordert, damit der Overrun auf verschiedene Werte-eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird der Betrieb des Freezers bei diesem Aufbau wegen der Anzahl der Komponenten, die der Benutzer reinigen, schmieren und wieder zusammensetzen muss, komplizierter. Da zudem in Drucksystemen für die Zuführung des flüssigen Mixanteils eine Verdrängerpumpe und für den Luftanteil eine druckempfindliche Vorrichtung benutzt wird, ist die Steuerung des Overrun schwierig. Das heißt, dass die einzige Änderung im Rohr 26 die Luftströmungsgeschwindigkeit ist, da sie druckempfindlich ist. Somit können während der Produktabsenkungsphase Druckschwankungen auftreten, die zu Änderungen in der Menge der dem Produktmix zugeführten Luft und so zu einem ungleichmäßigen und nicht vorhersagbaren Produktmix-Overrun führen.
  • Diese Aufgabe wurde durch einen Produktmix (z.B. flüssig) und ein Luftfördersystem gelöst, das eine Produktmischung und einen Mix mit eingebundener Luft mit einer Rate liefert, die beide druckempfindlich sind, und zwar so, dass sich bei unterschiedlichen Produktentnahmeraten, die Druckschwankungen im Rohr verursachen, sowohl die Flüssigkeitsförderrate als auch die Luftförderrate proportional ändern und ein konstantes Verhältnis von Luft zu Flüssigkeit aufrecht erhalten wird.
  • Zu diesem Zweck ist eine Pressluftquelle, in der Abbildung ein Luftkompressor 25a, über ein Rückschlagventil 26a mit einem durch einen Schaltmagneten betriebenen Dreiwege-Ablassventil 27 verbunden. Ein geeignetes Druckbegrenzungsventil 26b ist zwischen dem Rückschlagventil 26a und dem Dreiwegeventil 27 vorgesehen. Der Ausgang des Dreiwegeventils 27 führt zu einem Druckaufnehmer 28 und, durch eine Rohrleitung oder ein Rohr 29a über die Mixkammer 40, in den Lufteingang 42 eines druckbeaufschlagten Mixbehälters 43. Die Überwachung des Luftdrucks und die Einstellung des Druckaufnehmers erfolgen über die Steuerleitung 28a, die an die Steuerungen bzw. das Steuersystem 55 angeschlossen ist. Zur Bereitstellung eines Produktmixfüllstandes im Behälter 43 kann flüssiges Produkt in den druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 geleitet werden, oder der Mix kann in Form eines elastischen Faltbeutels 44 bereit gestellt werden. In dem Abschnitt dieser Spezifikation, der die Reinigung vor Ort behandelt, wird deutlich, dass der Behälter 43 oder der elastische Faltbeutel 44 anstelle des Produktmixes mit einer Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit für die Reinigung des Systems gefüllt werden kann. Der Mix beutel oder Mixbehälter 43 ist mit einem Produktauslass 45 versehen. Zur leichteren Reinigung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Mixbehälter 43 aus der Mixkammer 40 herausgenommen werden kann. Während sich im druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 Druck aufbaut, wird der Produktmix durch den Auslass 43 verdrängt und durch die Verrohrung 46 bis zu einem T-Stück 47 geleitet, dessen eines Rohr 47a den Produktmix durch ein Rückschlagventil 48 bis zum Rohr 26 und schließlich zum Gefrierzylinder 17 führt.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt, wird die Luftausgangsleitung durch ein T-Stück 30 in die Leitungen oder Rohre 29a und 29b aufgeteilt. Daher besteht in den Leitungen 29a und 29b, die beide von der Luftquelle oder dem Luftkompressor 25a versorgt werden, der gleiche Luftdruck. Die vom T-Stück 30 kommende Luft wird durch die Leitung 29b und durch einen Druckregler 32 geleitet, bei dem es sich im Abbildungsbeispiel um ein Nadelventil oder eine ähnliche Vorrichtung handelt, mit der der Luftdruck in der hinter dem Nadelventil folgenden Leitung eingestellt werden kann. Mit einem weiteren durch einen Schaltmagneten betriebenen Dreiwegeventil 33 in der Leitung 29c und einem Rückschlagventil 34 kann Luft in das Rohr 26 an der Lufteinspritzstelle 35 eingespritzt werden. Auf diese Weise liefert die Luftquelle Druck sowohl für den Mixbehälter als auch für die in das Produkt zuzudosierende Luft. Dadurch wird gewährleistet, dass sowohl die Versorgung mit Produkt als auch die Lufteinspeisung bei einem identischen Druckwert erfolgen, so dass sich ein gleichbleibendes Verhältnis von Luft zu Mix ergibt. Mit dem Druckregler 32 wird außerdem die zu fördernde Luftmenge eingestellt. Beide Rückschlagventile 34 und 48 dienen ihrem offensichtlich Zweck, nämlich Mix daran zu hindern, dass er zurück zum Druckregler oder Nadelventil 32 fließt, während das Rückschlagventil 48 verhindert, dass Luft zurück durch den Luftauslass 45 in den Mixbeutel oder in die Flüssigkeit im druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 gespritzt wird. Es ist anzumerken, dass das Dreiwegeventil 33 gemäß 4 in seiner ersten Position verhindert, dass der Mix in Leitung 46 in die Luftversorgungsleitung vom Druckregler oder Nadelventil 32 gelangt, gleichzeitig aber für einen Luftstrom zum Rohr 26 auf dem oben angegebenen Weg sorgt.
  • Ein weiteres durch einen Schaltmagneten betriebenes Dreiwegeventil 133 wird als Abzweig zwischen dem Dreiwege-Ablassventil 33 und dem Rückschlagventil 34 gezeigt. Gemäß 4 hat dieses Ventil 133 im normalen Mix- und Luftversorgungsmodus nur die Funktion, eine Reihenschaltung der Luft vom Druckregler oder Nadelventil 23 durch das Dreiwegeventil 33 bis zum Rückschlagventil 34 zu ermöglichen. Jedoch werden der Zweck und die Verwendung des Zweiwegeventils 133 aus dem Abschnitt ersichtlich, der unter Bezugnahme auf 5 die Reinigung vor Ort (RVO) behandelt. An diesem Punkt mag es genügen, dass auch das Ventil 133 durch die Steuerungen bzw. das Steuersystem 55 über die Steuerleitung 133c gesteuert wird.
  • Die Gefriermixvorratskammer 40, in der der druckbeaufschlagte Mixbehälter 43 untergebracht ist, enthält eine herkömmliche Klappe 40a, die mit einer Sicherheitsverriegelung versehen ist, mit dem ein Öffnen des Mixbehälters 43, wenn dieser unter Druck steht, verhindert wird. Dazu wird über die Signalleitung 50 ein Signal zu den Steuerungen bzw. dem Steuerungssystem 55 gespeist. Das Steuerungssystem ändert wiederum über die Signalleitung 27a den Betrieb des durch einen Schaltmagneten betriebenen Dreiwege-Ablassventils 27 und bewirkt, dass der Druck im druckbeaufschlagten Mixbehälter über Leitung 29a und zurück durch das Ablassventil 27 in die Atmosphäre abgeleitet wird. Das durch die Steuerungen bzw. das Steuerungssystem 55 über die Signalleitung 33a eingestellte Ablassventil 33 befindet sich jetzt in einer zweiten Stellung, um zu verhindern, dass die Luft weiter in das Rohr 26 geleitet wird und dass der Mix aus der Leitung 46 durch das Rückschlagventil 48 weiter in das Rohr 26 gelangt. Zur gleichen Zeit, wenn das Dreiwege-Ablassventil 27 in die Ablassstellung geht, wird der Kompressorluftstrom zum Mixbehälter 43 durch die Ablasswirkung des Ventils 27 gestoppt. Alternativ oder in Verbindung mit dem eben beschriebenen Vorgang kann die Steuerung bzw. das Steuerungssystem 55 über die Signalleitung 50a den Luftkompressor 25a abschalten. Da das Dreiwege-Ablassventil 27 den Druck im Mixbehälter 43 gesenkt hat, kann außerdem vom Benutzer die Klappe 40a sicher geöffnet werden, da, wie durch die Steuerleitung 50 angezeigt, die Verriegelung der Klappe entriegelt ist.
  • Reinigung vor Ort (RVO)
  • Üblicherweise müssen Verteilungsmaschinen täglich gereinigt und/oder sterilisiert werden, um zu gewährleisten, dass unerwünschte Bakterien oder ähnliche Verunreinigungen beseitigt werden. Wegen der komplizierten Teile solcher Maschinen müssen die Maschinen üblicherweise zerlegt und alle mit Lebensmittel in Berührung kommenden Teile gründlich dekontaminiert und gereinigt werden. Danach muss die Maschine wieder zusammengesetzt werden. Dieser Vorgang erfordert Fachpersonal und kann dessen Aufmerksamkeit bis zu mehreren Stunden täglich benötigen. Außerdem findet dieser Vorgang gewöhnlich nach der normalen Betriebszeit statt, so dass Überstunden oder zusätzliches Personal nötig sind. Seit langem besteht der Bedarf nach einer Maschinenausführung, die eine „Reinigung vor Ort" ermöglicht und ein Reinigungsverfahren ver wendet, das zuverlässig, sicher und schnell ist, bei dem die Maschine nicht zerlegt und wieder zusammengesetzt werden muss und das dennoch die Sauberkeit der Maschine gewährleistet.
  • Unter Bezugnahme auf 5 kann zu diesem Zweck anstelle des im druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 enthaltenen Beutels 44 mit Mix der druckbeaufschlagte Mixbehälter mit einer bestimmten Menge an Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit oder einer ähnlichen Lösung gefüllt werden, damit diese direkt unter Druck gesetzt und durch die Leitung 46 ausgestoßen werden kann. Gemäß 5 kann alternativ ein Beutel 44 mit flüssigem Sterilisierungsmittel in den Mixbehälter 43 gesetzt werden, so dass bei Beaufschlagung des Behälters 43 mit Druck Reinigungs- und/oder Sterilisierungslösung aus dem Beutel und in die Leitung 46 gepresst wird. Wiederum ermöglicht der Betrieb des Dreiwege-Ablassventils 27 die Zuführung von Luftdruck aus dem Luftkompressor 25a über die Leitung 29a und natürlich in den druckbeaufschlagten Mixbehälter 43. Gemäß 5 schaltet das durch einen Schaltmagneten betriebene Dreiwege-Ablassventil 33 im Betrieb die normalerweise von Ventil 33 zur Leitung 29c und zum Rückschlagventil 34 geförderte Luft ab. In dieser Stellung ist es nun als „Reinigungsventil" eingestellt und ermöglicht außerdem, dass das Luftrückschlagventil 34 und das Mixrückschlagventil 48 mit Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit durchspült werden, und zwar lediglich indem die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit durch die Leitung 46 über das T-Stück 47, durch die Leitungen 46a, 47a und das Ventil 33, in das Rohr 26 und dann in den Gefrierzylinder 17 durch den Produktmixeinlass 26c zwangsgeführt wird. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ermöglicht das Dreiwege-Ablassventil 33 in seiner „Reinigungsventil"-Stellung ein einfaches Durchspülen der Leitungen und Ventile, die normalerweise mit dem Produktmix in Berührung kommen, mit Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit. Während sich das Dreiwege-Ablassventil 27 in der in 4 und 5 gezeigten Stellung befinden kann, wenn ein Beutel 44 verwendet wird, sollte das Ablassventil 27 bei direktem Einleiten des flüssigen Produktmixes in den druckbeaufschlagten Behälter 43 wieder zum druckbeaufschlagten Behälter 43 umgesetzt werden, damit die unter Druck stehende in den Behälter führende Leitung sich nicht mit Mix verstopft und verunreinigt wird, wenn die Luftversorgungsleitung entleert wird.
  • Die über den normalen Produktmixeinlass 26c in den Gefrierzylinder 17 eingespeiste Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit füllt den Gefrierzylinder, und bei normalem Betrieb der Schlagwelle oder des Schlägers 110 (der weiter unten noch ausführlich beschrieben wird) und bei ausgeschaltetem Kühlungszyklus sowie offenem Produktabgabeventil 60 werden der Gefrierzylinder 17, die Klappenvorrichtung 80 und das Abgabeventil 60 von der Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit umspült, Wie weiter unten ersichtlich wird, sind die Klappe und der Ventilaufbau so ausgestaltet, dass sie die ordnungsgemäßen Reinigungsschritte ermöglichen, ohne dass dies eine übermäßige Aufmerksamkeit seitens des Benutzers erfordert.
  • 10 zeigt die Art und Weise, wie die Motorwelle 111 durch eine Endkappe 17c des Gefrierzylinders 17 angeschlossen ist. Da der Gefrierzylinder im Betrieb aufgrund der Durchrührung des Produktmixes durch die Schlagwelle oder den Schläger 110 unter Druck steht, ist es wünschenswert, dass das Produkt nicht in und über die Welle 111 sowie in den Motor 25 durch das Wellenmontage gehäuse oder -gestell 141, das den Motor 25 und den Gefrierzylinder 17 an einem Ende durch die Endkappe 17c abstützt, gelangen kann. Zu diesem Zweck befinden sich an der Welle 111 ein Paar in Längsrichtung beabstandeter, zylindrischer und um die Welle 111 umlaufender, elastischer und verschleißfester Dichtungen 142 bzw. 143. Wie gezeigt sind die Dichtungen 142 und 143 im Wesentlichen im Durchschnitt keilförmig, wobei ihre Dichtungs-Abschnitte 144 so ausgebildet sind, dass sie in umlaufende Vertiefungen 145 in der Bohrung 146 der Endkappe 17c passen. Gemäß 13B ist jede Dichtung so abgewinkelt, dass sie an ihrem vorderen oder tragenden Ende 147 gegen die Welle 111 abschließt und so eine schneidenförmige Abdichtung gegen die Welle bildet.
  • Insofern die Dichtungen 142 und 143 aus einem elastischen Material bestehen, ist die Abnutzung der Lagerenden 147 gegen die Welle und aufgrund der Wellenrotation selbstausgleichend. In der Praxis bestehen diese Dichtungen bevorzugt aus einem lebensmitteltauglichen Material, d.h. einem Material, das sich nicht in das Produkt hinein zersetzt und dieses verunreinigt; sie können außerdem leicht gereinigt werden und besitzen gute Abnutzungseigenschaften. Ein solches Dichtungsmaterial ist ein lebensmitteltaugliches Polyurethan, z.B. eine Dichtung aus H-Ecopur.
  • Sollte durch die Dichtung 142 dennoch ein Auslaufen oder Durchsickern in den Raum zwischen den Dichtungen 142 und 143 stattfinden, sind Mittel zur Reinigung der Dichtungen und dieses Raums vorgesehen, um den Aufbau eines bakteriologischen Materials und eine sich daraus entwickelnde Verunreinigungsquelle zu verhindern. Unter Bezugnahme auf 5 und 10 wird, wenn sich das Ventil 33 in der zweiten Stellung so befindet, dass die Luftversorgung zwischen dem Nadelventil 32 und dem Dreiwege-Ablassventil 33 unterbrochen ist, die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit zum Gefrierzylinder 17 über das Rückschlagventil 48 gefördert, während das Zweiwegeventil 133 mit Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit über die Leitung 133a versorgt wird. Bei offenem Ventil 133 wird, wie in 5 gezeigt, die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit durch die Dichtungsspülöffnung 148a über die vom Ventil 133 kommende Leitung 133b geleitet. Nach der Reinigung der Dichtungen 142 und 143 und des zwischen ihnen liegenden Raums kann die Flüssigkeit selbstverständlich durch die Abführöffnung 148b und die Abflussleitung 149 abgeleitet werden.
  • Es ist anzumerken, dass die Endkappe 17c des Gefrierzylinders 17 selbstverständlich im Gehäuse oder Gestell 141 integriert sein kann. In diesem Fall sind die Einlass- und Auslassöffnungen für die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit im Gestell oder Gehäuse angebracht. Wie weiter unten beschrieben, sind auch die Klappenvorrichtung 80 des Gefrierzylinders und die Produktventileinrichtung 60 so konstruiert, dass sie mit dem Gefrierzylinder und dem restlichen System ohne Zerlegung der Maschine gereinigt werden können.
  • Produktmixfüllstandssensor
  • Die oben vorgesehene und in den Zeichnungen beschriebene und gezeigte einfache Dosiereinrichtung sieht außerdem ein Verfahren für die Erkennung des Produktmixfüllstandes im druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 vor. Unabhängig davon, ob der Produktmix im Behälter 43 in flüssiger Form im Behälter oder in einem Mixbeutel o.ä., wie in 4 an Punkt 44 gezeigt, vorliegt, ist das Ver fahren zur Feststellung der Mixmenge im Behälter dadurch bestimmt, dass das Dreiwege-Ablassventil 27 über einen vorgegebenen Zeitraum abgelassen oder geöffnet wird, während gleichzeitig die Zeit überwacht und über eine geeignete Signalleitung zur Steuerung 55 die Druckänderung in diesem Zeitraum gemessen wird. Die Druckänderung ist umgekehrt proportional zur übrigen Mixmenge im Behälter. Ein anderes Verfahren besteht darin, das Dreiwege-Ablassventil 27 so lange zu öffnen, bis der Druck auf einen vorgegebenen Wert abfällt, und die Zeit zu messen, die dazu erforderlich ist. In diesem Fall ist der Betrag der Zeit umgekehrt proportional zur restlichen Mixmenge im Behälter. Indem dieses Verfahren zu geeigneten Zeitpunkten durchgeführt wird, steht eine gute Methode für die Bestimmung des Füllstandes des restlichen Mixes im druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 zur Verfügung, so dass der Benutzer je nach Bedarf Mix ersetzen oder hinzufügen kann.
  • Während dieses Füllstandserkennungsverfahren ziemlich genau ist, ist es jedoch nicht geeignet, anzuzeigen, wann genau der Behälter leer ist. Daher wird ein anderes Verfahren angewendet, um dem Betreiber anzuzeigen, dass der Mix im druckbeaufschlagten Mixbehälter aufgebraucht ist.
  • Zu diesem Zweck wird ein Instrument, wie z.B. eine Sonde o.ä., vorgesehen, die über die Signalleitung 51a der Steuerung bzw. dem Steuerungssystem 55 Rückmeldung gibt und dem Betreiber positiv anzeigt, dass der Mix aufgebraucht ist. Zum Beispiel kann eine in das Rohr 26 hineinragende Thermistorsonde verwendet werden. Indem ein Thermistor in dem in das Rohr fließenden Mix mit einem niedrigen elektrischen Strom angesteuert wird, verursacht der Widerstand des Thermistors eine Erhitzung. Ist Mix im Rohr vorhanden, der dann die Sonde oder die Thermistorspitze umgibt, gibt der Thermistor aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des flüssigen Mixes schnell Wärme ab. Sobald jedoch der Mix aufgebraucht ist, sinkt die die Sonde umgebende Wärmeleitfähigkeit, und der Thermistor erwärmt sich. Dieser Temperaturanstieg kann durch die Steuerung bzw. das Steuerungssystem 55 elektrisch erkannt werden, da der Widerstand des Thermistors bei steigender Temperatur absinkt. Auf diese Weise erkennt das Instrument die Anwesenheit oder Abwesenheit von durch das Rohr 26 fließendem Mix.
  • Klappe und Produktspender
  • Die Klappenvorrichtung 80 und die Produktabgabeventileinrichtung 60 dienen dazu, ein Ende 17a des Gefrierzylinders 17 zu verriegeln und abzudichten. Die in 6–9 gezeigte Klappenvorrichtung 80 umfasst eine Klappe 85 und eine Abdeckung 81. Die Klappe 85 ist so ausgelegt, dass sie bei genauer Ausrichtung gegen einen radial vorspringenden Rand 17b des Gefrierzylinders 17 gesichert ist, wobei die Abdeckung 81 an der Klappe 85 anliegt und von einem Ring 82 fixiert wird, der einen Teil der Abdeckung bilden kann, und sie umfasst eine von der Produktabgabeeinrichtung 60 bereitgestellte Absperrung. Zu diesem Zweck wird, wie in 6 und 9 gezeigt, die Ausrichtung der Klappe 85 auf dem Rand 17b des Gefrierzylinders 17 durch Vorsprünge oder Nasen 86a, 86b gewährleistet, die axial von der Klappe 85 vorstehen und in passenden Aufnahmen oder Kerben 87a, 87b im Rand 17b eingesetzt werden. 6 und 7 zeigen am besten, dass die Nasen 86a und 86b sowie die zugehörigen Aufnahmen oder Kerben 87a, 87b von unterschiedlicher Größe sind, damit die Klappe nicht in einer umgekehrten Position eingesetzt werden kann. Selbstverständlich können die Vorsprünge oder Nasen 86a, 86b auf dem Rand und die Kerben oder Aufnahmen 87a, 87b auf der Klappe angebracht sein und so eine einfache Umkehr der Teile ermöglichen.
  • Der Ring 82 umfasst außerdem radial verlaufende Schlitze oder Vertiefungen 88, um auf rastende Weise radial verlaufende Bajonettverschlussnasen 89 auf dem Rand 17b zu greifen (siehe 9) und mit ihnen in Eingriff zu sein. Ferner ist aufgrund der Konstruktion der von der Klappe 85 beabstandeten Abdeckung 81 ein Raum 81a zwischen der Klappe und der Abdeckung gebildet, der so eine Isolierung bildet. Wenn die verschiedenen Teile aus Kunststoff bestehen können, z.B. dünnwandige Spritzteile aus Kunststoff, die keine sekundäre Bearbeitung benötigen, verhindern die Doppelwandungen und beabstandeten Wände der Abdeckung und der Klappe die Bildung von Kondensat.
  • Um eine dichte Abdichtung der Klappe 85 gegen den Rand 17b des Gefrierzylinders 17 zu gewährleisten, ist, wie am besten in 9 gezeigt ist, die Klappe mit einem ringförmigen Vorsprung 91 versehen, der nach der ringförmigen Aufnahme 92 im Rand 17b des Gefrierzylinders 17 ausgerichtet ist. Eine im Querschnitt Z-förmige Dichtung 93 mit radial darunter angeordneten Schenkeln 93a, 93b kann in Eingriff mit dem Rand 17b gelangen. Zu diesem Zweck kann der Schenkel 93b in die Aufnahme 92 eingepasst werden, um den ringförmigen Vorsprung 91 aufzunehmen und im sitzenden Zustand eine Dichtung bereitzustellen, bei der es sich im Abbildungsbeispiel um eine Tertiärdichtung, d.h. eine Axialdichtung, handelt. Die Primär- oder Anfangsdichtung ist eine weitere Axialdichtung, die durch den Schenkel 93 gebildet wird, der an einer unter dem ringförmigen Vorsprung 91 liegenden radialen Schulter 91a anliegt. Die Sekundärdichtung ist eine Radialdichtung, die zwischen der axialen Innenfläche des ringförmigen Vorsprungs 91 und dem Abschnitt 93c der Z-förmigen Dichtung 93 gebildet wird.
  • Ist der Ring 82 als Teil der Abdeckung 81 gebildet (Spritzteil), wird in der Praxis die Abdeckung gedreht, damit sie richtig zu den Sicherungsnasen 89 auf dem Rand 17b des Gefrierzylinders passt; danach wird sie in die entgegengesetzte Richtung gedreht, damit sie zum Gefrierzylinder passt. Befinden sich die Vertiefungen 88 im Ring 82 in Eingriff mit den Nasen 89 (9), wie am besten in 9 gezeigt, drückt die Abdeckung gegen die Klappe und bildet so eine feste Abdichtung und einen festen Eingriff des ringförmigen Vorsprungs 91 mit der becherförmigen Querschnittsdichtung 93, die eine doppelte Axialdichtung und eine zwischenliegende Radialdichtung bildet. Es ist noch einmal anzumerken, dass der ringförmige Vorsprung auf dem Rand und die Aufnahme und die Dichtung auf der Tür angebracht sein können und so eine einfache Umkehr der Teile ermöglichen.
  • Um die Abdeckung an der Klappe und am Rand 17b des Gefrierzylinders 17 zu verriegeln, wie am besten in der Explosionsansicht in 2, 6, 7 und 9 gezeigt, verriegelt die Produktabgabe- oder Ventileinrichtung 60 bei Einbau in der Klappenvorrichtung 85 den Korpus an der Abdeckung und verhindert so ein unbeabsichtigtes Öffnen der Klappe oder Loslösen der Klappe vom Gefrierzylinder.
  • Zu diesem Zweck umfasst die Ventileinrichtung 60 ein im Allgemeinen zylindrisches Aufnahmeelement 62, das durch eine verzahnte Öffnung 82b in die Abdeckung 81 eingesetzt wird. Gemäß Abbildung hat die Aufnahme 62 einen darunter angeordneten Schürzenabschnitt 63, der durch die radial verlaufenden Nasen oder Vorsprünge 62a in den Vertiefungen 83a der Bohrung 83 in der Klappe 85 (siehe 9) mit einem Twist-Lock verriegelt ist. Eine zweite Aufnahme 63a befindet sich in der Bohrung 83 und ist wie bei 63b mit einem Twist-Lock in einer Stellung eingerastet, in der sie am abschließenden Ende der Schürze 63 der ersten Aufnahme 62 anliegt. Die zweite Aufnahme 63a umfasst zudem eine darunter angeordnete gebördelte ringförmige Schürze 64 mit einem darin liegenden ringförmigen Hohlraum 65. Ein Kolben 67 besitzt eine am Ende einer Welle 67a angeformte Kopfendeneinheit 66. Gemäß Abbildung umfasst die Kopfendeneinheit einen Membranabschnitt 68, der die Schürze 64 der zweiten Aufnahme 63a umgreift, so dass die Membran zwischen der Wandung der Bohrung 83 und der Schürze 64 der zweiten Aufnahme 63a festsitzt. Während sich der Kolben aufgrund der Betätigung des Hebels 61 hin- und herbewegt und so den Hub der Welle 67 um einen Drehzapfen 61a bewirkt, bewegt sich die Rollmembran 68 aufwärts in den Hohlraum 65 und hebt so den Kolben und die Kopfendeneinheit auf eine weiter unten zu beschreibende Art und Weise an und verhindert damit, dass das Produkt in die Bohrung 83 fließt.
  • Gemäß Abbildung kann das Verteilungsprodukt aus dem Gefrierzylinder 17 in einen Durchgang 69 austreten. Wie in 9 gezeigt, kreuzt die Kopfendeneinheit 66 des Abgabeventils den Durchgang 69 und dichtet einen Produktauslass 70 in der Klappe ab. Wie in 9 gezeigt, bildet die Dichtungsenden- oder Kolbenkopfendeneinheit 66 einen festen Sitz gegen einen abgeschrägten Rand oder Sitz 66a in der neben der Produktauslassöffnung 70 angeordneten Klappe. Während die Welle 67a durch die Drehung des Hebels 61 um den Drehzapfen 61a angehoben wird, bewirkt eine Vorspannfeder 71 beim Loslassen des Hebels 61, dass die Ventilkopfeinheit 66 sich wieder gegen den Sitz 66a setzt und so den Durchgang 69 und den Auslass 70 abdichtet.
  • Um das Öffnen des Ventils 60 zu ermöglichen, kann ein Betätigungselement, wie z.B. ein Schaltmagnet 59, benutzt werden, um das Ventil unter der Kontrolle der Steuerungen bzw. des Steuerungssystems 55 zu öffnen. An diesem Punkt der Beschreibung ist anzumerken, dass der Produktaustritt aus dem Entnahmeventil so erfolgt, dass eine Verunreinigung des Ventils, seines Betätigungselements und seines Bedienmechanismus durch das Produkt durch die Abdichtwirkung der Rollmembran verhindert wird, was die Reinigung vor Ort ermöglicht.
  • Schläger- bzw. Schlagwelleneinrichtung
  • Unter Bezugnahme auf 2, 6 und 10–13 umfasst der Schläger 110 in einer ersten Ausführungsform ein perforiertes Rohr 112, das aufgrund seiner Konstruktion leicht und äußerst dauerhaft ist und eine große Verdrehfestigkeit besitzt. Ein vorderes produktvorschiebendes gewendeltes Element, im Abbildungsbeispiel ein Einsatz 114 des Schlägers, ist so dimensioniert, dass es in ein offenes Ende 113 des Rohrs 112 eingesetzt werden kann; es umfasst außerdem daran angebrachte, sich gegenüberliegend angeordnete, radial vorstehende oder vorspringende Federn 116 zum Eintragen in Schlitzen oder Nuten 115 am Ende 113 des Rohrs 112. Wie gezeigt, umfasst der Einsatz 114 ein wendelförmiges vorderes Ende 118, mit dem die Bewegung des Verteilungsprodukts in den Durchgang 69 und aus dem Auslass 70 der Klappenvorrichtung ermöglicht wird. Eine Vielzahl von Messerschabern 120, 122 sind außen an dem Rohr 112 auf eine beliebige geeignete Weise angekuppelt, im Abbildungsbeispiel durch zueinander passende Löcher 121 und Zapfen 123. Gegebenenfalls können die Messerschaber an dem Zylinder 112 durch eine Federhut-Anordnung angebracht sein, wodurch der Eingriff jedes Messerschabers mit dem Zylinder 112 möglich ist. Alternativ können die Messerschaber als Einschnappschaber ausgeführt sein, für die keine Befestigungen erforderlich sind. Dies kann akzeptiert werden (wie in der in 6 gezeigten Anordnung, in der durch einen einfachen Zapfen und das dazu passende Loch eine Ausrichtung des Messerschabers mit dem Zylinder 112 erreicht wird). Dies geschieht, weil die Messerschaber 120, 122 in einer Stellung, bei der der Zylinder 112 im Gefrierzylinder 117 montiert ist, die Messer veranlassen, gegen die Innenwand des Gefrierzylinders 117 zu drücken und sich mit diesem in schabendem Eingriff zu befinden. Um die Abnutzung der Messer zu kompensieren, können, abhängig vom Konstruktionsmaterial, die Messerschaber oder die darauf befindlichen Messer radial nach außen geneigt sein, und zwar mit Hilfe von Federn auf den Zapfen oder einer Blattfederkonstruktion zwischen dem Zylinder 112 und dem Innenbereich der Messerschaber 120, 122 oder sogar indem die Messer als separate Teile auf den Schabern montiert werden.
  • Wie am besten in 11 gezeigt, bilden die positionierten Messer auf den Messerschabern eine Wendel, die so dimensioniert ist, dass sie in schabenden Eingriff mit dem Inneren des Gefrierzylinders gelangt, damit das im Gefrierzylinder rotierende Verteilungsprodukt aus diesem geschlagen wird, während gleichzeitig das Verteilungsprodukt in Richtung zur Klappe oder zum vorderen Ende des Gefrierzylinders zwangsgedrückt wird. Der Antriebsabschnitt des Schlägers 110 umfasst eine Nabe 112a mit einer Nutverbindung zum Ankoppeln an die Welle 111, die in das entgegengesetzte Ende 113a des perforierten Rohrs oder Zylinders 112 aus dem gewendelten produkt vorschiebenden Abschnitt 114 passt (siehe 10 und 13A).
  • Eine verbesserte Ausgestaltung der Schläger- oder Schlageneinrichtung wird erreicht, wenn die Messerschaber sowie der an einem Ende des perforierten Zylinders eingesetzte gewendelte Schläger aus Kunststoff hergestellt sind.
  • Wie am besten in 2, 6 und 12 gezeigt wird, ist zur besseren Mischung und Durchrührung des Produkts beim Gefriervorgang und bei Drehung der Schlagwelle oder des Schlägers 110 innen im perforierten Zylinder 112 ein Schlagstab 124 angebracht. Zu diesem Zweck ist der Schlagstab 124 gegen eine Drehung mit Hilfe einer Feder 125 fixiert, die mit einer Aufnahme 95 in der Klappenvorrichtung 80 zusammenwirkt und zusammenpasst (siehe 6 und 9). Der Schlagstab 124 ist in Bezug auf die Drehachse des Schlägers 110 exzentrisch, während sich der Schläger konzentrisch um die Achse des Gefrierzylinders 117 dreht. Indem der Schlagstab 124 exzentrisch vorgesehen wird (oder indem er alternativ exzentrisch zum perforierten Zylinder 112 montiert wird), während der Zylinder rotiert, dient der Schlagstab dazu, das Verteilungsprodukt, während sich dieses innerhalb des Gefrierzylinders bewegt, unterzuziehen und seine Durchmischung zu ermöglichen. Indem zudem der Schlagstab mit einem relativ großen Durchmesser vorgesehen wird und so ein größeres Volumen des perforierten Zylinders 112 einnimmt, wird ein Produktabfall bei voller Auslastung der Maschine an einem Geschäftstag auf ein Minimum herabgesetzt.
  • Wie am besten in 10 gezeigt ist, endet das entgegengesetzte Ende des Schlagstabs in einem Vorsprung 126, der am Ende der drehenden Welle 111 anliegt. Außer dem ist auf dem Schlagstab 124 ein Flussunterbrecher montiert, der im Abbildungsbeispiel ein Paar beabstandeter Scheiben 127, 129 umfasst, die jeweils einen gezackten umlaufenden Randabschnitt 127a, 129a beziehungsweise einen in Umfangsrichtung verlaufenden glatten Abschnitt 127b, 129b besitzen. Die glatten Abschnitte 127b und 129b fahren gegen die Innenfläche des perforierten Zylinders 112 und halten dabei die Stellung des Schlagstabs im Zylinder aufrecht. Da der Mix durch und um die Löcher in dem perforierten Zylinder 112 bei dessen Drehung fließt, verstärken die gezackten umlaufenden Randabschnitte 127a und 129a die Durchmischung des Produktmixes. Es ist leicht ersichtlich, dass der Mix durch die Wendelwirkung der Schabemesser und die Presswirkung des gewendelten Abschnitts 114 nach vorne in Richtung zur Klappenvorrichtung 80 zwangsgedrückt wird. Eine nachfolgende Durchmischungswirkung entsteht, weil der Produktmix dazu neigt, durch die Mitte des perforierten Zylinders 112, um den Schlagstab und an den Scheiben 127 und 129 vorbei zu fließen. Dadurch wird beim Gefrierzyklus ein gleichmäßiger Mix gewährleistet.
  • 14A zeigt eine alternative Ausgestaltung des Schlägers oder der Schlagwelleneinrichtung 610. Bei dieser Konstruktion wird mit Ausnahme der zusätzlichen Schabemesser 620, 622 eine weniger aufwendige, jedoch dauerhafte Ausführung eines Schlägers gezeigt. Im Abbildungsbeispiel handelt es sich um das perforierte Rohr 612, das wegen seiner leichten und äußerst dauerhaften Konstruktion und seiner großen Verdrehfestigkeit aus Form- oder Gussedelstahl hergestellt ist. Ähnlich wie bei der Ausgestaltung der Schlagwelle oder des Schlägers 110 aus 10, ist ein vorderes produktvorschiebendes gewendeltes Einsatzelement so dimensioniert, dass es in ein offenes Ende 613 des Rohrs 612 eingesetzt werden kann; es umfasst außerdem daran angebrachte, sich gegenüberliegend angeordnete, radial vorstehende oder vorspringende Federn 616 zum Eintragen in Schlitze oder Nuten 615 am Ende 613 des Rohrs 612. Wie zuvor umfasst der Einsatz 614 ein wendelförmiges vorderes Ende 618, mit dem die Bewegung des Verteilungsprodukts in den Durchgang 69 und aus dem Auslass 70 der Klappenvorrichtung ermöglicht wird (siehe 9). Im Unterschied zur Konstruktion des in 10 abgebildeten Schlägers 110 bilden hier die gekrümmten Elemente 635 eine unterbrochene Wendel entlang des Außenumfangs des Rohrs 612, berühren aber vorzugsweise nicht die Innenfläche des Gefrierzylinders 612, sondern dienen bei Drehung des Rohrs oder Zylinders 612 lediglich dazu, die Durchmischung und Bewegung des gefrierenden Produktmixes in Richtung zu dem gewendelten Einsatzelement 614 und bei der Produktentnahme aus der Maschine 1 heraus zu ermöglichen. Jedoch sind die Schabemesser 620, 622 um 180 Grad beabstandet und koaxial am Außenumfang des Rohrs 612 montiert. Die Messer sind in einer bereits beschriebenen Art und Weise so montiert, dass die Drehung des Rohrs oder Zylinders 612 in Richtung des Pfeils 630 dazu führt, dass der Produktmix sich unterhalb des Messers sammelt und so nach innen in den Gefrierzylinder 17 zwangsgedreht wird, und das Gefrierproduktmixmaterial aus der Innenfläche des Gefrierzylinders schlägt. Zudem sind die Axial- und Längsmaße der Messer 620 und 622 ausreichend, um über die Sollarbeitsfläche des Innenraums des Gefrierzylinders 17 zu schlagen.
  • 14B zeigt ein einzelnes Schabemesser 620, das eine Vielzahl von Nasen 624, 626 und 728 umfasst. Die Nasen sind, wie gezeigt, vom Messerabschnitt 621 des Schabemessers abgesetzt, damit sie ein einfaches Einsetzen in die Schlitze 625 in der Oberfläche des Rohrs 612 erlauben und damit sie, wenn sie sich in der Stellung im Inneren des Gefrierzylinders befinden, etwas Drehbewegungsfreiheit haben, um den Produktmix unterzubringen, was das Schabemesser nach außen gegen den Gefrierzylinder drückt, was am besten durch den Pfeil 636 in 14C angezeigt ist. Indem mindestens zwei der Nasen unterschiedlich dimensioniert sind und indem gewährleistet ist, dass die entsprechenden Öffnungen so bemessen sind, dass sie die passenden Nasen nur in einer Ausrichtung des Schabemessers auf dem perforierten Zylinder 612 aufnehmen können, ist es zudem ausgeschlossen, dass die Messer an der falschen Stelle eingesetzt werden. Dieser Unterschied in der Bemessung der Nasen 624, 626 und 628 ist aus 14B ersichtlich.
  • Wie zuvor kann der Schlagstab 124 im Inneren des Rohrs 612 angeordnet sein und auf die gleiche Art und Weise wie oben beschrieben betrieben werden.
  • Betriebsarten (Maschinenzustände und Software)
  • Überblick
  • Im Prinzip kann die Software zum Betrieb der Maschine über die Steuerungen bzw. das Steuerungssystem 55 um einen Time-Slice-Kern herum aufgebaut sein. Jedoch sollte es sich bei dem System nicht um ein völlig deterministisches Multitasking-System handeln. Einige entscheidenden Funktionen werden bevorzugt interruptgesteuert ausgeführt, während andere ohne Unterbrechung ausgeführt werden sollten. Obwohl dies auf den ersten Blick so aussieht, als würde dies den Aufbau und den Betrieb des Systems erschweren, ermöglicht doch dieser Systemaufbau ein Bausteinkonzept, bei dem bei Bedarf das System zu einem späteren Zeitpunkt noch mit neuen Eigenschaften ausgestattet werden kann.
  • Auf der Basis der obigen Ausführungen gibt es sieben Grundbetriebsarten der Verteilungsmaschine 1, die man sich allesamt als unterschiedliche „Maschinenzustände" vorstellen kann. (Es ist anzumerken, dass unter Bezugnahme auf 15 kurz eine achte Betriebsart „Standby" beschrieben wird; jedoch gilt diese Betriebsart im Allgemeinen nicht als ein eigener Modus; trotzdem wird sie hier als solche behandelt und weiter unten beschrieben.) 15 veranschaulicht den Maschinengrundzustand in einem Diagramm der allgemeinen Softwarestruktur und der Anforderungen an die Grundbetriebsart der Maschine 1. Wie das in 15 abgebildete Maschinenzustandsdiagramm zeigt, wird die Maschine 1 in Betrieb genommen durch Hochfahren an Punkt 200 (wobei sich die Steuerung dafür zum Beispiel auf dem in 1 und 2 gezeigten Steuer- und Anzeigefeld 150 befindet). Entsprechend der Befehle des Steuerungssystems 55 geht die Maschine in den „Aus"-Zustand, in dem sich die Maschine in einem Ruhezustand befindet, aber betriebsbereit ist und auf weitere Befehle wartet, oder sie geht auf Anweisung in den „Standby"-Modus.
  • Der „Standby"-Modus funktioniert ähnlich wie der Auto-Modus (weiter unten beschrieben), außer dass sich das Produkt in einem Zustand befindet, der zwischen gefroren und 4,44°C (40°F) (d.h. kalte Flüssigkeit) liegt. Dieser Modus wird aktiviert, wenn vorauszusehen ist, dass das Produkt nicht sofort benötigt wird, so dass die Zeit zwischen den Kältemaschinenzyklen verlängert und die Verwendung der Schlagwelle bzw. des Schlägers vermindert werden kann. Dieser Modus ist dann nützlich, wenn man nicht weiß, wann das Produkt benötigt wird.
  • Wie in dem Zustandsdiagramm in 15 gezeigt, stehen für den Betrieb der Maschine in einer Reihe unterschiedlicher Betriebsarten, die vorgegeben sein können, mehrere Befehle zur Verfügung. Zum Beispiel kann an Punkt 240 der Maschinenmodus „Reinigung vor Ort" eingestellt werden, oder der „Schlag"-Modus, in dem der Schläger 110 zu drehen beginnt, oder der „Auto"-Modus, in dem die Beschickung oder Befüllung des Gefrierzylinders 17 mit Mix aus der Mixkammer 40 und dem Behälter 43 beginnt, wie durch den Block 260 angezeigt. Sobald die Maschine wie an Punkt 220 in den „Schlag"-Modus geht, befindet sie sich tatsächlich im Hochfahrmodus, der Schläger 110 wird vom Motor 25 eingeschaltet, der Luftkompressor 25a kann gestartet werden, und der Luftdruck kann zur Beaufschlagung des Mixbehälters 43 mit Druck auf den normalen Betriebsdruck eingestellt werden. Dieser Druck hängt von vielen Systemparametern ab; jedoch hat sich ein Wert von ungefähr 34,473 kPa (5 psi) als guter Druck erwiesen.
  • Unter der Annahme, dass sich die Maschine im Füllmodus 260 befindet und das Rohr oder der Gefrierzylinder 17 anfangs leer war und nun gerade mit einem flüssigen Mixprodukt gefüllt wird, kann der erste Gefriermodus wie an Punkt 262 beginnen, sobald der Mix einen vorgegebenen Mindestfüllstand erreicht hat. Nachdem das Produkt gefroren und verteilungsbereit ist, geht die Maschine in den Produktbereitschaftsmodus 264 über. In dieser Betriebsart können verschiedene Vorgänge stattfinden. Zum Beispiel kann eine Produktentnahme erfolgen (d.h. über den Produkthebel 61 wird halbgefrorenes bzw. Verteilungsprodukt durch das Produktabgabeventil 60 abgegeben). Sobald eine Entnahme erfolgt oder das Produkt warm zu werden beginnt oder nachdem ein angewählter Zeitraum abgelaufen ist, geht die Maschine in den Produkterhaltungsbetrieb wie an Punkt 266 über. In dieser Betriebsart wird ein Produktzustand mit einer Sollqualität aufrecht erhalten, und zwar in Bezug auf Temperatur, Luftanteil in der Mischung usw.
  • Wenn ein vorgegebener Sollzustand des Produkts aufrecht erhalten wurde, geht die Maschine wieder in den Produkterhaltungsbetrieb 264 über und der Zirkulationsbetrieb wird fortgeführt. Hat nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums keine Entnahme stattgefunden, z.B. 15 bis 20 Minuten (dieser Zeitraum kann nach Bedarf eingestellt werden), muss das Produkt erneut gefroren und durchmischt werden, so dass die Steuerung 55 über die Software die Maschine zurück in den Produkterhaltungsbetrieb 266 schaltet, die Mängel in der Produktqualität korrigiert und die Maschine wieder in den Produktbereitschaftsmodus 264 zurückschaltet. Sollte das Produkt im Gefrierzylinder jemals zu warm werden, zum Beispiel wenn die Maschine zufällig neben einer Friteuse aufgestellt ist und der Zeitraum nicht abläuft, kann ein Sensor im Gefrierzylinder die Maschine veranlassen, über die Steuerung 55 in den Produkterhaltungsbetrieb 266 überzugehen.
  • Einschaltbetrieb
  • 16 zeigt ein Zustandsdiagramm des Einschaltbetriebs der Verteilungsmaschine 1. In dieser Betriebsart führt die Steuerung 55 zunächst mit POST (Power On Self Test) 201 einen Selbsttest durch, um zu überprüfen, ob das System vorhanden und funktionsbereit ist. Dieser Test wird nur beim Einschalten durchgeführt. Andere Tests, wie zum Beispiel der Einbautest BIT (Built In Test), können auch zu anderen Zeitpunkten als beim Einschalten durchgeführt werden, d.h. in regelmäßigen Abständen während des Betriebs. Viele dieser Tests sind ähnlich oder gleich aufgebaut wie die bei der Inbetrieb nahme oder beim Betrieb eines PC durchgeführten Tests. Einige dieser Tests umfassen kurze offene Tests der Temperaturfühler, der Peripherieabfrage über den RS-485-Bus (der unter Bezugnahme auf 23 beschrieben werden wird), der RAM- und ROM-Speicher, der Anzeigeleuchten bzw. LEDs, der Alarmanzeigen und anderen Anzeigeelemente sowie der Verriegelungen (z.B. die Verriegelung an der Klappe 40a der Hilfsgefriermixvorratskammer 40).
  • Die Betriebsparameter können auf herkömmliche Weise aus den im nichtflüchtigen Speicher enthaltenen und in der in der Steuerung 55 enthaltenen Software verwendeten Daten abgerufen werden. Zum Beispiel kann die Software die Temperaturen in der Maschine analysieren und den Zustand feststellen, in dem sich die Maschine beim Ausschalten befand, und unter den geeigneten Umständen die Maschine automatisch neu starten. Sollte die Maschine 1 leer sein, d.h. in der Mixeinspeisung zum Gefrierzylinder oder Rohr 17 wird kein Druck erkannt, dann ist keine Wiederherstellung nötig, und die Maschine wartet auf eine Eingabe des Benutzers, d.h. auf Drücken der Taste „Auto Button". (In 16 werden mehrere Tasten bezeichnet, z.B. „Auto Button" (Automatik), „Beater Button" (Schlagen), „Standby Button" (Standby) und „CIP Button" (Reinigung vor Ort). Jede dieser Tasten kann zum Beispiel auf dem in 1 und 2 veranschaulichten Steuer- und Anzeigefeld 150 untergebracht sein.) Ist die Maschine nicht leer, d.h. es wird ein Druck größer als 0 psi erkannt, und liegt die Temperatur der Mixkammer 40 über der vorgegebenen Temperatur, z.B. 45 Grad Fahrenheit bzw. ca. 7,2°C, kann eine auf dem Feld 150 befindliche Alarm- oder Anzeigeleuchte usw. aktiviert werden und so den Benutzer darauf aufmerksam machen, dass das Produkt zu warm geworden ist, um noch zuverlässig erneut gefroren werden zu können. In diesem Fall kann der Benutzer die Taste „Auto Button" drücken, um den Betrieb zu starten. Die Anzeigen für „Druck im System" oder „Übertemperatur" können in jeder beliebigen Form ausgeführt sein, die geeignet ist, den Benutzer darauf hinzuweisen, dass das System unter Druck steht oder dass der Produktmix die für ein Wiedergefrieren erlaubte Höchsttemperatur überschreitet. Ist die Maschine nicht leer (d.h. der Druck ist größer als 0) und befindet sich das Produkt im normalen Temperaturbereich (z.B. –6,67°C (20 Grad F oder darunter), dann kehrt die Maschine in den Produktbereitschaftsmodus 264 zurück. Ist aber die Maschine nicht leer (Druck > 0 psi) und befindet sich die Temperatur des Produktmixes im Gefrierzylinder innerhalb sicherer Grenzwerte (z.B. über 20, aber unter 40 Grad F, d.h. zwischen –6,67 und 4,44°C), dann wird die Maschine von der Software in den Produkterhaltungsbetrieb 266 zwangsgeschaltet, wobei versucht wird, das Produkt erneut zu gefrieren und die Maschine dann wieder in den Produktbereitschaftsmodus 264 zu schalten. Wie oben bereits erläutert, kann in den Modus „Reinigung vor Ort" 240 auch aus dem ausgeschalteten oder Ruhezustand 204 geschaltet werden. Die Funktionsweise dieser Betriebsart wird unter Bezugnahme auf 21 weiter unten ausführlicher beschrieben.
  • Füllbetrieb
  • Unter Bezugnahme auf 17 wird der Füllbetrieb in einer Diagrammansicht veranschaulicht. Im Füllbetrieb finden softwaregesteuert mehrere Betriebsschritte gleichzeitig statt. Zuallererst dient der Luftdruck dazu, den Gefrierzylinder mit dem Rohproduktmix zu befüllen. Gleichzeitig überwacht die Steuerung 55 das System, damit gewährleistet ist, dass alle anderen abhängigen Systeme ordnungsgemäß funktionieren, zum Beispiel dass der Druck in der Gefriermischung und im Gefrier zylinder steigt, dass die Temperatur im Gefrierzylinder 17 sinkt, dass der Mixfüllstand in der Gefrierkammer im Betriebsbereich ist, dass die Melder oder Anzeigen aktualisiert sind, dass alle Benutzereingaben ausgelesen werden und dass alle Sicherheitsvorrichtungen zuverlässig innerhalb der Ausführungsgrenzen arbeiten. Wird bei der Überwachung des Luftdrucks erkannt, dass der Druck einen vorgegebenen Wert erreicht, z.B. 55,158 kPa (8 psi), wie in Block 261a gezeigt, wird davon ausgegangen, dass der Füllbetrieb abgeschlossen ist, so dass der Füllbetrieb, wie in Block 261b gezeigt, beendet wird. Daraufhin ist der erste Gefriermodus beendet.
  • Gefrierbetrieb
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 18 wird ein Zustandsdiagramm gezeigt, das den ersten Gefriermodus veranschaulicht, in dem das Rohprodukt zum ersten Mal gefroren wird. Davon ausgehend, dass das System mit Produkt befällt ist, beginnt danach der erste Gefrierbetrieb, wie anhand von Block 262a gezeigt. Das Schlägersystem 220 wird aktiviert und der Schläger beziehungsweise der perforierte Zylinder oder das perforierte Rohr 112 dreht sich. Sobald der erste Gefriervorgang beendet ist, sollte die Mixkammer 40 damit beginnen, den Vorrat an Produktmix in der Mixvorratskammer 40 zu kühlen. In diesem Zusammenhang wird unter Bezugnahme auf 3 das Magnetventil 21 geöffnet und die Kühlung der Mixkammer begonnen, wie in Block 262b dargestellt. Danach wird der Kältekompressor 18 angesteuert, um das Kühlungssystem zu starten. Dieser Schritt ist bei Block 262c dargestellt. Der Steueralgorithmus für das Kühlungssystem ist so ausgelegt, dass in der aktuellen Betriebsumgebung der optimale Verdampferdruck aufrecht erhalten wird. Dabei überwacht das Steuerungssystem 55 das System, zum Beispiel alle Temperaturen, Systemdrücke, elektrischen Ströme und Spannungen der Motoren usw. Es ist anzumerken, dass jede der Steuerleitungen, auch wenn sie als einzelne Leitungen abgebildet sind, tatsächlich viele elektrische Leitungen zum und vom Steuerungssystem 55 enthalten können. Zum Beispiel kann über die Steuerleitung 25b der vom Motor 25 verbrauchte Strom gemessen werden, um den zum Schläger übermittelten Drehmoment zu bestimmen, wenn sich dieser durch den erhöhten Widerstand des Produktmixes im Gefrierzylinder 17 dreht. Wird ein vorgegebener Prozentsatz des zur Ausführung der Drehung des Schlägers nach Beendigung des ersten Gefriervorgangs erforderlichen Drehmoments erreicht und wird dieser Prozentsatz gemessen oder berechnet, dann schaltet der Kältekompressor 18 ab, wie in Block 262d gezeigt. Dadurch soll eine zu starke Gefrierung des Produkts im Gefrierzylinder 17 verhindert und eine Restkühlung zur Beendigung des Gefriervorgangs ermöglicht werden. Sobald das gemessene oder berechnete Drehmoment den Drehmomentwert erreicht, der erforderlich ist, um die Drehung des Schlägers bei Beendigung des Gefriervorgangs zu veranlassen, wird das Schlägersystem abgeschaltet, wie bei Block 262e gezeigt. Das Verteilungsprodukt ist dann bereit, und der erste Gefriermodus wird beendet, wie bei Block 262f gezeigt. Es ist anzumerken, dass die Mittel zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem das Verteilungsprodukt fertig ist, auf einer Testbasis vielfältige Formen annehmen können, die von der Temperaturmessung bis hin zur Bestimmung der tatsächlichen Konsistenz des Produkts reichen. Durch die Drehmomentmessung kann jedoch eine einfache und wiederholbare Betriebsart in gleichbleibender Weise angewendet werden.
  • Sollte eine Produktentnahme versucht werden, bevor das Produkt eine vorgegebene Gefrierkonsistenz erreicht, kann das Steuer- und Anzeigefeld 150 eine akustische/optische Warnung ausgeben. Fällt der gemessene Luftdruck aufgrund der Produktabsenkung unter einen vorgegebenen Wert (z.B. 5 psi), kann der Kältekompressor 18 ausgeschaltet werden, um den Gefriervorgang vorübergehend zu stoppen; danach kann er wieder eingeschaltet werden, sobald der Luftdruck zum Beispiel 8 psi erreicht.
  • Auch bei weiteren Zuständen sollten Warnungen ausgegeben oder das System ausgeschaltet werden. Um eine Beschädigung des Kühlungssystems zu verhindern, sollte das System zum Beispiel ausgeschaltet werden, wenn flüssiges Kältemittel zurück in den Kältekompressor 18 geleitet wird. Weitere Zustände, die erkannt werden und eine Beendigung des ersten Gefriermodus auslösen sollten, sind zum Beispiel folgende: Der untere Grenzwert der Produkttemperatur wird erreicht; der Kältekompressor läuft bei geschlossenem Entnahmehebel 61 länger als eine definierte Zeit, z.B. 10 Minuten; der Schläger kann das Drehmoment nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, z.B. 12 Minuten, erreichen.
  • Produktbereitschaftsmodus
  • 19 stellt den Produktbereitschaftsmodus dar. Wie bereits zuvor erläutert, verlässt die Maschine den ersten Gefriermodus (was unter Bezugnahme auf 18 beschrieben wird), sobald das Produkt gefroren ist, und der Maschinenzustand wechselt zum Produktbereitschaftsmodus 264 (15), und zwar durch ein Signal, das anzeigt, dass das Produkt bereit ist, wie beim Block „Produktbereitschaftseingang" 264a angezeigt. In diesem Modus ist die erforderliche Produktqualität erreicht. Das Sys tem führt in dieser Zeit eine passive Kühlung durch, damit diese Produktqualität so lange wie möglich erhalten bleibt. In dieser Betriebsart können verschiedene Vorgänge stattfinden. In erster Linie muss die Steuerung 55 kontinuierlich den Systemstatus überwachen, wie bei Block 270 gezeigt. (Die Schleifenleitung 271 soll den Überwachungs- bzw. Schleifenvorgang der softwaregesteuerten Steuerung 55 anzeigen.) Zum Beispiel kann eine Produktentnahme oder Produktabsenkung von einem Absenkungsnäherungsdetektor vorhergesehen werden, der die Hand des Benutzers erkennen kann, wenn sie sich dem Entnahmehebel 61 nähert. Wird erkannt, dass sich eine Hand dem Produktentnahmehebel 61 nähert, kann der Schlägermotor 25, wie durch Block 220 angezeigt, aktiviert werden. Sobald der Entnahmeschalter oder Magnetschalter 59 angesteuert wird, wird vom Produktbereitschaftsmodus in den Entnahmemodus 272 gewechselt, und über den Produkthebel 61 wird halbgefrorenes oder Verteilungsprodukt durch das Produktabgabeventil 60 verteilt. Sobald eine Entnahme stattfindet oder das Produkt beginnt, warm zu werden, oder sobald ein angewählter Zeitraum abgelaufen ist, geht die Maschine in einen Produkterhaltungsbetrieb, wie bei 266 gezeigt, über, und die Kammertemperatur benötigt für den Produktmix zu irgendeinem Punkt aktive Kühlung. In dieser Betriebsart wird ein Produktzustand mit einer Sollqualität aufrecht erhalten, und zwar in Bezug auf Temperatur, Luftanteil in der Mischung usw.
  • Wenn die Produktqualität auf einem vorgegebenen Sollwert aufrecht erhalten wurde, schaltet die Maschine zurück in den Produktbereitschaftsmodus 264 wie bei 264a, und der Zyklusbetrieb wird fortgesetzt.
  • Produkterhaltungsbetrieb
  • Um die Produktqualität aufrecht zu erhalten, muss sich die Maschine im Produkterhaltungsbetrieb 266 befinden (siehe 15), so dass die Maschine, wenn die durch die Steuerung 55 überwachte Produkttemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder das Produkt zu lange im Rohr verbleiben konnte und erneut gefroren und Luft zugeführt bekommen muss, betriebsartgesteuert alle diese Vorgänge durchführt, indem sie die Produktqualität auf einem vorgegebenen Sollwert hält, und zwar in Bezug auf Temperatur, Luftanteil in der Mischung usw. Wenn die Produktqualität auf einem vorgegebenen Sollwert aufrecht erhalten wurde, schaltet die Maschine zurück in den Produktbereitschaftsmodus 264, und der Zyklusbetrieb wird fortgesetzt.
  • Zu diesem Zweck wird unter Bezugnahme auf 20 der Übergang zur Produkterhaltung 266a als Blockdarstellung des Übergangs in den Erhaltungsmodus 266 gezeigt. Zum Beispiel wird angenommen, dass die Produkttemperatur im Gefrierzylinder 17 einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat, der durch verschiedene gespeicherte Sollwerte und Steuervariablen in der Steuerung 55 festgelegt ist. Unter diesen Umständen wird die Software die Variablen wie bei 267 herunterladen und beginnen, die Sollqualität des Produkts wiederherzustellen. In diesem Zusammenhang wird das Schlägersystem 220 aktiviert und der Schläger oder der perforierte Zylinder bzw. das perforierte Rohr 112 dreht sich. Es ist wünschenswert, dass die Mixkammer 40 den Vorrat an Produktmix in der Mixvorratskammer 40 zu kühlen beginnt. Wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, öffnet das Magnetventil 21 und die Kühlung der Mixkammer beginnt, wie in Block 262b (18) dargestellt. Danach wird der Kältekompressor angesteuert, um das Kühlungssystem zu starten. Dieser Vorgang ist bei Block 262c veranschaulicht. Währenddessen überwacht das Steuerungssystem 55 das System, zum Beispiel in Bezug auf alle Temperaturen, Systemdrücke, Ströme und Spannungen der Motoren usw. Wie bereits oben in Bezug auf den in 18 dargestellten Gefrierbetrieb beschrieben, läuft der Kältekompressor 18, bis ein vorgegebener Prozentsatz des Drehmoments erreicht ist, der nötig ist, damit sich der Schläger zu drehen beginnt, sobald der Produktgefriervorgang abgeschlossen ist. Daraufhin schaltet der Kältekompressor 18 ab, wie in Block 262d gezeigt. Der Gefriermodus wird dann gegebenenfalls durch eine Restkühlung beendet. Sobald das gemessene oder berechnete Drehmoment den Drehmomentwert erreicht hat, der zur Drehung des Schlägers bei Beendigung des Gefriervorgangs erforderlich ist, d.h. das Schlägersolldrehmoment ist, wie bei 262e gezeigt, erreicht, schaltet das Schlägersystem ab. Danach kann, wie beim Punkt 290 „Verlasse Produkterhaltungsmodus" gezeigt ist, der Produkterhaltungsbetrieb beendet werden, sobald die Sollwerte für die Produktqualität erreicht sind.
  • Die Produkterhaltung findet auch bei einer Produktentnahme statt, wenn wie bei Block 268 die für die Software eingestellten Variablen und Sollwerte für die Produktentnahme erreicht werden, wenn wie bei Block 269 zu viel Zeit abgelaufen ist, oder wenn die Steuerung (über die Software) anzeigt, dass die Variablen für die Mixkammer 40 heruntergeladen werden müssen, damit die aktive Kühlung derselben durchgeführt wird. In jedem dieser Fälle wird das Schlägersystem wie bei 220 eingeschaltet, der Kältekompressor 18 wird ein- (Block 262c) und wieder ausgeschaltet (Block 262d), sobald ein Prozentsatz des endgültigen Schlägerdrehmoments erreicht ist, und schließlich wird das Schlägersystem wie bei 262e abgeschaltet. Wieder kann nun der Produkterhaltungsbetrieb, wie in Punkt 290 „Verlasse Produkterhaltungsmodus" ge zeigt, beendet werden, sobald die Sollwerte für die Produktqualität erreicht sind, und die Maschine kann in den Produktbereitschaftsmodus 264 geschaltet werden.
  • Reinigung vor Ort (RVO)
  • Wie oben bereits erläutert, ist es äußerst wünschenswert, dass die Maschine zur Reinigung so wenig wie möglich zerlegt werden muss. Wie im Abschnitt dieser Spezifikation „Reinigung vor Ort" beschrieben, ist die Maschine 1 mit einer Vorrichtung zur Reinigung vor Ort ausgestattet, die eine Reinigung der Maschine bei minimaler Aufmerksamkeit durch den Benutzer ermöglicht. Um den Leser noch einmal unter Bezugnahme auf 5 darauf hinzuweisen: Sollen oder müssen die produkthaltigen Abschnitte der Maschine 1 gereinigt werden, kann der druckbeaufschlagte Mixbehälter mit einer bestimmten Menge Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit gefüllt werden. Der Mixbehälter wird mit Druck beaufschlagt und die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit wird durch die Leitung 46 ausgestoßen und gelangt somit schließlich zum Gefrierzylinder 17. Die Beaufschlagung des Mixbehälters 43 mit Druck erfolgt, weil der Betrieb des Dreiwege-Ablassventils 27 die Förderung von Luftdruck aus dem Luftkompressor 25a über die Leitung 29a und natürlich in den druckbeaufschlagten Mixbehälter 43 ermöglicht. Durch den Betrieb des durch einen Schaltmagneten betriebenen Dreiwege-Ablassventils 33 in der in 5 gezeigten Stellung wird dieses Ventil zu einem Reinigungsventil, das die Luftzufuhr zur Leitung 29c und zum Rückschlagventil 34 abschaltet. In dieser Stellung spült oder reinigt dieses Ventil das Luftrückschlagventil 34 und das Mixrückschlagventil 48 nun mit Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit, und zwar lediglich indem die Reinigungs- und/oder Sterilisierungslösung durch die Leitung 46 über das T-Stück 47, durch die Leitungen 46a, 47a und das Ventil 33, in das Rohr 26 und dann in den Gefrierzylinder 17 durch den Produktmixeinlass 26c zwangsgeführt wird.
  • Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, ermöglicht die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit ein Durchspülen der Leitungen und Ventile, die normalerweise mit dem Produktmix in Berührung kommen.
  • Die durch den normalen Produktmixeinlass 26c in den Gefrierzylinder 17 eingespeiste Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit füllt den Gefrierzylinder und bewirkt bei normalem Betrieb der Schlagwelle oder des Schlägers 110, der bei abgeschaltetem Kühlungszyklus die Durchrührung der Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit im Zylinder 17 auslöst, eine Reinigung des Gefrierzylinders. Sobald das Produktabgabeventil 60 öffnet, werden der Gefrierzylinder 17, die Klappenvorrichtung 80 und das Abgabeventil 60 allesamt einem Spülvorgang unterzogen, weil die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit durch alle diese Teile strömt.
  • Der Betriebsablauf und die Betriebsart sind in 21 dargestellt. Unter Bezugnahme auf diese Figur wird mit dem bei dem Block „Gehe zu RVO-Modus" 241 angezeigten Bedienbefehl in den RVO-Modus geschaltet. Dazu dient ein einfaches Schalter- oder Steuerelement auf dem Steuer- und Anzeigefeld 150. Beim Schalten in den RVO-Modus 240 wird der Luftkompressorausgang auf einen Endwert eingestellt, z.B. 5 psi, wie bei Block 242 in 21 dargestellt. Dadurch wird der Mixbehälter 43 mit Druck beaufschlagt. Gleichzeitig werden das Ablassventil 33 und das Ventil 133 in die in 5 gezeigte und durch den Block 243 (Reinigungsventil in Stellung Ein) in 21 dargestellte Stellung gebracht, wodurch diese Ventile nun als Reinigungsventil dienen und die Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit sowohl in den Gefrierzylinder 17 als auch den Dichtungseinlass 148a geleitet wird (zur Reinigung und/oder Sterilisierung des Raums zwischen den Wellenabdichtungen sowie der Dichtungen selbst). Dann wird das Schlägersystem, wie in Block 220 gezeigt, eingeschaltet. Danach bleibt das System für eine vorgegebene Zeit, zum Beispiel für einige Minuten, vorzugsweise in einem Halte- oder Verzögerungszustand 244, der abhängig vom Volumen im Rohr 26 und im Gefrierzylinder sowie vom Fluss der Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit ist, während das Rohr 26 und der Gefrierzylinder 17 mit der heißen Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit gefüllt werden.
  • Damit die Leitungen, das Rohr 26, der Gefrierzylinder 17, die Produktabgabeventileinrichtung 60 ordnungsgemäß von jeglichem Lebensmittelproduktmix befreit werden können, bleibt der Schläger 110 in Bewegung. Zudem löst danach die Software einen Zirkulationsvorgang aus, durch den das Produktabgabeventil 60 wiederholt geöffnet wird, d.h. gesteuert durch den Magnetschalter 59 und Bedienung gegen den Hebel 61 des Ventils 60. Der Hebel 61 kehrt mit Hilfe der Rückstellfeder 71 wieder in die geschlossene Stellung zurück. Auf diese Weise strömt heiße Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit durch das System und wird aus dem Produktauslass 70 abgeleitet (siehe 9). Durch einen zyklischen Betrieb (Öffnen und Schließen des Produktabgabeventils 60) über vorgegebene Zeiträume kann das gesamte System gereinigt und gesäubert werden. Zudem werden durch den zyklischen Betrieb des Systems über verschiedene Zeiträume verschiedene und unterschiedliche Druckbeaufschlagungen, Verdün nungen, Reinigungs- und Pumpvorgänge (Verspritzen) im System eingerichtet, die dazu geeignet sind, hartnäckige oder schwierig zu entfernende Lebensmittelpartikel zu lösen. Während diese Zeiträume unterschiedlich eingestellt und ihre Anzahl je nach Erfahrung mit den verschiedenen Produkten geändert werden können, wird die Säuberung des Systems durch den zyklischen Betrieb gewährleistet. Dieser Vorgang ist am besten in 21 in den Blöcken 245 veranschaulicht, wo das Produktentnahmeventil beispielhaft für einen Zeitraum von 1 Minute geöffnet, für 1 Minute, wie in Block 245a gezeigt, geschlossen und der Vorgang drei Mal, wie in Block 245b gezeigt, wiederholt wird. Diese Abfolge aufeinanderfolgender zyklischer Vorgänge über beispielhafte Zeiträume ist in Block 245c–245g dargestellt. Es ist anzumerken, dass diese Zeiträume und Vorgänge in ihrer Abfolge nur als Beispiel anzusehen sind und dass die ordnungsgemäße und vollständige Säuberung der Produktseite der Maschine 1 abhängig ist von der Zusammensetzung, der Temperatur, dem Volumen und dem Druck der Reinigungs- und/oder Sterilisierungsflüssigkeit sowie der Rückhaltefähigkeit und der Fähigkeit des Lebensmittelprodukts selbst, in seine Bestandteile zu zerfallen.
  • Das Produktentnahmeventil 60 kann dann wie bei Block 246 endgültig geschlossen werden, das Schlägersystem 110 kann wie bei Block 247 abgeschaltet werden, der Luftdruck kann abgeschaltet und der Druck abgelassen werden, wie bei Block 248 gezeigt, und der Modus „Reinigung vor Ort" kann wie bei 249 beendet werden.
  • Steuerung 55 oder Steuerungssystem 550
  • Die Steuerung oder das Steuerungssystem 55 ist die Hardware, die in Zusammenhang mit der Software und softwaregesteuert die im Abschnitt dieser Spezifikation mit dem Titel „Betriebsarten (Maschinenzustände und Software)" beschriebenen Betriebsarten ausführt.
  • Unter Bezugnahme auf 22 umfasst das Steuerungssystem 550 in einer grundsätzlichen Ausstattung eine Hauptplatine für die Anzeige der Schnittstelle zwischen CPU und Bediener oder Hauptsteuerplatine 555 und eine Platine 570 für Stromversorgung Ein/Aus. Diese beiden Komponenten sind durch einen seriellen RS-485-Datenbus 560 verbunden. Die Platine für Stromversorgung Ein/Aus hat die Funktion eines Slave der Main-CPU. Bei einer Erweiterung des Systems, zum Beispiel auf eine Maschine mit doppeltem Gefrierzylinder, kann eine zweite Platine für Stromversorgung Ein/Aus hinzugefügt werden, wie sie beispielsweise durch die gestrichelten Linien bei Punkt 571 angezeigt ist. Besteht ein Bedarf an weiteren Optionen für das System, wie sie beispielsweise durch die gestrichelten Linien von Block „Optionale Platine(n)" (572) angezeigt sind, können auf dem RS-485-Datenbus zusätzliche Slave-Platinen eingebaut werden, um einer gewünschten besonderen Funktion spezielle E/A zuzuordnen. Weitere mit dem seriellen RS-485-Datenbus 560 verbundenen Platinen umfassen eine Datenprotokollierungs- und Datenübermittlungsplatine 560, eine Steuerplatine 590 für die Reinigung vor Ort (RVO) und eine Kühlsteuerungsplatine 600 für die Mixkammer 43.
  • Die Hauptsteuerplatine 555 ist in 23 abgebildet. Sie ist um einen Regler, im Abbildungsbeispiel einen Mikroregler bzw. eine CPU 556, zum Beispiel einen Mikroregler Hitachi H8, herum angeordnet. Dieser bestimmte Mikroregler ist von Vorteil, weil er ein Flash-ROM für das Anwendungsprogramm, ein System-RAM (Hauptspeicher), einen Analog-Digital-Wandler (A/D), digitale E/A-Anschlüsse und ein eingebautes Datenaustauschsystem umfasst. Es können jedoch auch andere Prozessoren und/oder Mikroprozessoren mit den geeigneten Peripheriegeräten und der geeigneten Architektur zur Ausführung der erforderlichen Funktionen eingesetzt werden. Im Abbildungsbeispiel ist extern zum Mikroregler 556 ein EEP-ROM 556a vorgesehen, das der Speicherung von Kalibrier-, Einrichtungs-, Konfigurations- und Fehlerdaten dient. Extern zum A-D-Wandler befinden sich ein analoger Multiplexer 557 sowie Schaltungen 558a, 558b zur Aufbereitung analoger beziehungsweise digitaler Signale; diese Schaltungen koppeln verschiedene analoge Logiksensoren (Druck und Temperatur mit den zugehörigen Potentiometern) und digitale Sensoren (z.B. Positioniersensoren) an den Mikroregler 556. Der Kommunikationsmultiplexer 557 enthält geeignete Treiberschaltungen, über die das System mit verschiedenen Standardkommunikationsprotokollen kommunizieren kann, z.B. der RS-485 Sender und Empfänger 557a für die interne CPU-Platinen-Steuerung des Bus 560, ein RS-232 Sender und Empfänger 557b für externen Datenaustausch und externe Diagnose und gegebenenfalls ein Infrarot-(IR)Sender und Empfänger 557c, der einen drahtlosen Kurzbereichsdatenaustausch über Infrarotlicht erlaubt, ebenfalls beispielsweise für Daten und Diagnose.
  • Die Bedienerschnittstelle 559 ist maschinenabhängig und kann dem Bediener beispielsweise über das Steuer- und Anzeigefeld 150 (siehe 1 und 2) angezeigt werden. Die Schnittstelle kann für den Bediener Ein/Aus-Tasten, Melder (Leuchtsymbole), digitale Anzeigen, LED-Anzeigen u.ä. bereitstellen. Wie gezeigt kann die CPU-Platine 555 mit einem eigenen lokalen Stromversorgungs- und Gleichspannungsregler wie bei 554 und außerdem mit einem „Failsafe"-Programmieranschluss 553 versehen sein, der eine Aktualisierung der Anwendung im Mik roregler 556 ermöglicht. Es ist jedoch anzumerken, dass im normalen Betrieb die Aktualisierung auch durch und über den RS-232 Sender und Empfänger 557b und/oder den IR Sender und Empfänger 557c erfolgen kann.
  • Die Platine für Stromversorgung Ein/Aus 570 kann eine Einschub- oder Einsteck-Tochterplatine für die Hauptsteuerplatine 555 sein, hat aber vorzugsweise eine Architektur mit dezentraler Steuerung, bei der die Prozessoren dicht bei den zugehörigen von ihnen gesteuerten Aktoren oder Sensoren sitzen. Unter Bezugnahme auf 24 ist im Herzen der Stromversorgungsplatine 570 ein Mikroregler 573 untergebracht. Der Mikroregler kann in zahlreichen Formen vorliegen; es kann sich zum Beispiel um einen Prozessor vom Typ Intel oder AMD mit verschiedenen unterstützenden Chip-Schaltkreisen handeln; die beste Wahl ist jedoch ein Mikroregler der Klasse Motorola HC11. Der HC11 umfasst den ROM-Speicher für das Anwendungsprogramm, den System-RAM-Speicher, digitale E/A und ein Kommunikationssystem. Auf der Platine (falls gewünscht) und extern zum gewählten Mikroregler befindet sich ein EEROM 574, das für die Speicherung von Kalibrier-, Einrichtungs- und Konfigurationsdaten verwendet werden kann. Extern zum Kommunikationssystem ist eine Multiplexer- und Treiberschaltung, z.B. ein RS-485 Sender und Empfänger 575, geschaltet, mit der das System an andere RS-485-Geräten auf der Hauptsteuerplatine 555 und interne Steuer- und Leistungsbusse auf anderen an das System angeschlossenen Slave- oder Tochterplatinen angeschaltet werden kann. Wie der Name schon sagt, umfasst die Stromversorgungsplatine auch die Stromversorgung des Systems sowie die Regelmodule 576, die die ausgewählten Versorgungsspannungen (z.B. 24 V AC) gleichrichten, filtern und regulieren, damit dem gesamten System eine nutzbare Gleichstromversorgungsquelle zur Verfügung steht. Außer dem sind an den digitalen E/A des Mikroreglers 573 TRIAC-Treiberschaltungen 577 angeschlossen, die die Steuerspannung (z.B. 24 V AC) an die verschiedenen Schütze, Relais und Ventile im System liefern und je nach Bedarf einen pulsweitenmodulierten (PWM-)Ausgang bereitstellen. Um die Grundparameter der Systemstromversorgung zu überwachen, d.h. Druck, Temperatur, Spannungen und Strom, legt ein Schaltkreis 578 für die Aufbereitung der analogen Signale analoge Signale an den Analog-Digital-Wandler (A/D) 579 an, der wiederum die überwachte und umgewandelte Sensorinformation an den Mikroregler 573 anlegt.
  • Die Platine 590 für die Reinigung vor Ort (RVO) ist ebenfalls eine Slave-Platine, die von der Hauptsteuerplatine 555 gesteuert wird und die als Tochterplatine auf der Hauptsteuerplatine 555 bestückt werden kann. Unter Bezugnahme auf 25 können auf der RVO-Platine, wie auf der Stromversorgungsplatine und anderen Slave-Platinen, ebenfalls ein eigener Mikroregler 592 sowie ein eigener Onboard-ROM-Speicher für das Anwendungsprogramm, ein RAM-Speicher und ein UART für Kommunikationszwecke bestückt sein. Beispiele für Mikroreglertypen sind bereits oben angegeben, und der Motorola HC11 ist auch für diese Betriebsart des Systems eine ausgezeichnete Wahl. Auf der Platine (falls gewünscht) und extern zum betreffenden Mikroregler befindet sich ein EEPROM 592, das für die Speicherung von Kalibrier-, Einrichtungs- und Konfigurationsdaten verwendet werden kann. Extern zum UART ist ein RS-485 Sender und Empfänger 593 geschaltet, über den das System an die RS-485-Geräte auf der Stromversorgungsplatine und dem internen Steuer- und Leistungsbus angeschaltet werden kann. Ist es die Funktion der RVO-Platine, die Reinigung der Maschine vor Ort zu ermöglichen, sind auch an die digitalen E/A des Mikroreglers 591 TRIAC-Treiberschaltungen 594 angeschlossen, die die Steuerspannung (z.B. 24 V AC) an die verschiedenen Schütze, Relais und Ventile im System liefern und je nach Bedarf einen pulsweitenmodulierten (PWM-)Ausgang bereitstellen, um die oben im Abschnitt dieser Spezifikation mit dem Titel „Reinigung vor Ort (RVO)" beschriebene Betriebsart zu steuern. Wie herkömmlich kann die RVO-Platine mit dem lokalen Stromversorgungs- und Regelmodul 595 bestückt werden, das von der Stromversorgungsplatine mit Strom versorgt wird und das die RVO-Platine lokal mit Strom versorgt.
  • Unter Bezugnahme auf 26 ist auch die Kühlsteuerplatine 600 eine Slave-Platine unter der Kontrolle der Hauptsteuerplatine 555; sie kann ebenfalls, wie die anderen Platinen, als Tochterplatine auf der Hauptsteuerplatine 555 bestückt sein. Jedoch hat auch sie vorzugsweise eine Architektur mit dezentraler Steuerung, bei der der Prozessor nahe bei dem von ihm gesteuerten Aktor oder Sensor sitzt. Wie die Stromversorgungsplatine und andere Slave-Platinen kann auch die Kühlsteuerungsplatine 600 mit einem eigenen Mikroregler 601 bestückt sein und ihren eigenen Onboard-ROM-Speicher für ein Anwendungsprogramm, einen RAM-Speicher und einen UART für Kommunikationszwecke haben. Beispiele von Herstellern bzw. Typen für Mikroregler sind oben bereits genannt worden; auch hier ist wiederum der Motorola HC11 eine ausgezeichnete Wahl für diese Betriebsart des Systems. Auf der Platine (falls gewünscht) und extern zum betreffenden Mikroregler befindet sich ein EEPROM 602, das für die Speicherung von Kalibrier-, Einrichtungs- und Konfigurationsdaten verwendet werden kann. Extern zum UART ist ein RS-485 Sender und Empfänger 603 geschaltet, über den das System an die RS-485-Geräte auf der Stromversorgungsplatine und dem internen Steuer- und Leistungsbus angeschaltet werden kann. Ist es die Funktion der Kühlungs- und Steuerungsplatine, den einwandfreien Betrieb des Kühlungssystems zu ermöglichen, sind auch an die digitalen E/A des Mikroreglers 591 TRIAC-Treiberschaltungen 604 angeschlossen, die die Steuerspannung (z.B. 24 V AC) an die verschiedenen Schütze, Relais und Ventile im System liefern und je nach Bedarf einen pulsweitenmodulierten (PWM-)Ausgang bereitstellen, um die für die Maschine beschriebene Betriebsart bei der Kühlung nicht nur des fertigen Produkts, sondern auch bei Erhaltung des Produktmixes in der Mixkammer 43 zu steuern. Das bedeutet, dass die Kühlungs- und Steuerungsplatine die passive Kühlungs- und Kältemittelsteuerung für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Temperatursteuerung in der Mixkammer 43 steuern muss. Wie herkömmlich kann die Kühlsteuerungsplatine 600 mit dem lokalen Stromversorgungs- und Regelmodul 605 bestückt werden, das von der Stromversorgungsplatine mit Strom versorgt wird und das die Kühlsteuerungsplatine lokal mit Strom versorgt.
  • Unter Bezugnahme auf 27 dient die Datenprotokollierungsfunktion der Wartung der Maschine, indem ihre Nutzung überwacht wird, so dass die langfristige Verfügbarkeit, die mittlere Zeitspanne zwischen zwei Ausfällen (MTBF), die Produktverwendung und der Produktabfall überwacht sowie Eingriffe vorgenommen werden können sowie, wenn dies angebracht erscheint. Wie die anderen an die Hauptplatine 555 anschließbaren Tochter- oder Slave-Platinen hat auch diese Platine vorzugsweise eine Architektur mit dezentraler Steuerung, bei der der Prozessor dicht bei dem von ihm gesteuerten Aktor oder Sensor sitzt. Wie bei den zuvor beschriebenen Platinen kann der Mikroregler oder Mikroprozessor 581 das Herzstück der Datenprotokollierungs- (und Datenübermittlungs)Platine 580 sein. Im Abbildungsbeispiel kann ein Mikroprozessor, z.B. aus der Klasse 80486 von Intel, verwendet werden. An den Mikroprozessor 581 ist ein geeigneter ROM- Speicher angeschaltet, im vorliegenden Fall ein EEPROM 592, das das Anwendungsprogramm für den Mikroprozessor speichern kann. Wie herkömmlich sind auch das dynamische RAM, also das DRAM 583, und das Standard-BIOS-ROM (Basic Input/Output Scheure) 584 angeschlossen, um einen aktiven Speicher und einen Speicher für gespeicherte Systeminbetriebnahme für die Datenprotokollierungsplatine 580 bereitzustellen. Ein UART 585 schaltet den Mikroprozessor 581 an einen optisch isolierten RS-485 Sender und Empfänger 586 zur Kommunikation mit der Hauptplatine 555 an. Die Protokollierung und Übermittlung von Daten und außerhalb der Maschinen stattfindenden Ereignissen kann auf jede beliebige geeignete Weise durchgeführt werden, im Anwendungsbeispiel durch die Bereitstellung einer PCMCIA-Schnittstelle 587, die über Onboard-Sockel 587a, 587b das Einstecken einer ersten Karte 588a (zum Beispiel ein Flash-Speicher) oder für eine zweite Karte 588b das Einsetzen einer Netzwerk- oder Modemkarte ermöglicht. Wie gezeigt, ist auch auf der Protokollierungsplatine 580 ein lokales Stromversorgungs- und Spannungsregelmodul 589 bestückt, das ebenfalls an den internen Steuer- und Leistungsbus von der Stromversorgungsplatine 570 angeschaltet ist.
  • Somit weist die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile auf, wobei das geschlossene Kühlungssystem ein neuartiges passives Kühlungssystem, eine Steuerung für die Einspeisung von Produktmix und Luft, die für einen gleichbleibenden Overrun der Mischung sorgt, eine Vorrichtung für die Bestimmung der Menge an Mix, die im Produktmixbehälter übrig ist, aus dem der Gefrierzylinder versorgt wird, sowie Mittel umfasst, mit denen festgestellt werden kann, wann der Mix im Mixeinspeisebehälter vollständig aufgebraucht ist. Durch die neuartige Klappe und die neuartige Vorrichtung, die für eine gute Verriegelungswirkung und eine gute Abdichtung des Gefrierzylinders sorgt, was nicht nur eine Verriegelung mit und durch den Produktspender gewährleistet, ist ein unbeabsichtigtes Verschieben der Klappe ausgeschlossen. Zudem verhindert die Ausgestaltung der Abdeckung in Verbindung mit der Klappe die Entstehung von Kondensat. Die neuartigen Ausrichtungseigenschaften und die neuartige Abdichtungsanordnung der Klappe liefern weitere Vorteile beim Sichern der Klappe gegen den Rand des Gefrierzylinders. Zusätzlich erlauben die Rollmembrankonstruktion der Produktabgabevorrichtung zusammen mit den Vorteilen der neuen Ausgestaltung der Schlägervorrichtung eine stärkere, einfachere zu konstruierende und sauberer betriebene Schlagwellen- oder Schlägervorrichtung.
  • Obwohl die Erfindung mit großer Genauigkeit beschrieben wurde, sollte doch angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen nur als Beispiele anzusehen sind und dass zahlreiche Abwandlungen in der Konstruktion und im Betrieb möglich sind, ohne dass die Erfindung gemäß der nachfolgenden Ansprüche geschmälert oder geändert wird.

Claims (12)

  1. Maschine (1) zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten, die einen Kältemaschinenkreisprozess aufweist, der in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf einen in Serie geschalteten Verdampfer (16) mit einem Gefrierzylinder (17) für die Produktmischung, einem Kältekompressor (18), einem Kondensator (12) und einem Expansionsventil (14) umfasst, die weiterhin einen Container (43) sowie Vorrichtungen aufweist, die so ausgelegt sind, dass aus dem Container (43) zu verschiedenen Zeitpunkten ein Produkt aus einer Produktmischung sowie eine Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung zum Gefrierzylinder geführt werden, wobei der Gefrierzylinder (17) einen Einlass (26c) für die Produktmischung oder die Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung sowie ein als Auslass vorgesehenes Abgabeventil (60) für die Produktmischung und die Reinigungs- bzw. Sterilierungslösung und eine Schlagwelleneinheit (110) in dem genannten Gefrierzylinder (17) umfasst, die dazu dient, die Produktmischung zu mischen oder die Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung durchzurühren, und so deren Förderung vom Einlass (26c) bis zum genannten Abgabeventil (60) bewirkt, und die weiterhin ein Steuersystem zur Steuerung des Betriebs wenigstens eines Kältemaschinenkreisprozesses aufweist, wobei auf Anweisung das genannte Steuersystem die Zuführung der genannten Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung aus dem Container (43) auslöst und so die Reinigung des genannten Gefrierzylinders (17), des genannten Abgabeventils (60) und der genannten Schlagwelleneinheit (110) vor Ort ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass – der genannte Container (43) geeignet ist, mit Druck beaufschlagt zu werden, – die genannten Vorrichtungen so ausgelegt sind, dass das genannte eine Produkt aus der Produktmischung und die Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung mit einer Geschwindigkeit gefördert werden, die von dem Druck abhängt, mit dem der genannte Container (43) beaufschlagt wird, und – das genannte Steuersystem den Druck steuert, it dem der genannte Container (43) beaufschlagt wird.
  2. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach Anspruch 1, wobei die Maschine eine Antriebswelle (111), die an die genannte Schlagwelle (110) über ein Paar voneinander beabstandeter und die genannte Welle umgebender Dichtungen (142, 143) angekuppelt wird, und ein Antriebselement (25) umfasst, das die Drehung der genannten Antriebswelle bewirkt, wobei die genannten Dichtungen einen Durchtritt der Produktmischung aus dem genannten Gefrierzylinder (17) in das genannte Antriebselement (25) verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass Spülvorrichtungen (133, 148a) zum Durchspülen des genannten Raums zwischen den genannten Dichtungen (142, 143) vorgesehen sind, wodurch jegliche eventuell in den genannten Raum eintretende Produktmischung ausgespült werden kann.
  3. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Spülvorrichtungen ein mit dem genannten Container (43) verbundenes Ventil (133) umfassen, das zwischen einer ersten Stellung, in der der genannte unter Druck stehende Container (43) von dem genannten Raum getrennt ist, und einer zweiten Stellung, in der der genannte unter Druck stehende Container (43) mit dem genannten Raum verbunden ist, bedienbar ist.
  4. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablass (148b, 149) aus dem genannten Raum verläuft, durch den die genannte Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung aus dem genannten Raum abgelassen werden kann.
  5. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des genannten Steuersystems das genannte Abgabeventil (60) zyklisch über vorgegebene Zeiträume geöffnet und geschlossen wird und so die genannte Schlagwelle (110) antreibt.
  6. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des genannten Steuersystems die Drehung der genannten Schlagwelle (110) über vorgegebene Zeiträume unterbrochen wird.
  7. Maschine zum Gefrieren und Abgeben von Softeisprodukten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftverdichter (25a) und Luftzuführungsleitungen (29a) von dem genannten Kom pressor (25a) bis zu dem genannten Container (43) vorgesehen sind, um letzteren mit Hilfe des genannten Steuersystems mit Druck zu beaufschlagen.
  8. Verfahren zur Vor-Ort-Reinigung einer Maschine (1) zum Gefrieren von Softeisprodukten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Container (43) mit Luftdruck beaufschlagt wird, um Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung in und durch den Gefrierzylinder (17) der für die Kühlung gefrorener Softeisprodukte bestimmten Maschine (1) zu pressen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der genannte Gefrierzylinder (17) eine in diesem zur Drehung montierte Schlagwelle (110) und ein Produktabgabeventil (60) umfasst, das normalerweise die Abgabe von Softeisprodukten aus dem Gefrierzylinder (17) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Abgabeventil (60) geöffnet wird, damit der genannte Gefrierzylinder (17) und das genannte Abgabeventil (60) mit der genannten Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung durchgespült werden können.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schlagwelle (110) gedreht wird, um die Durchrührung der genannten Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung auszuführen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Abgabeventil (60) zyklisch geöffnet und geschlossen und erneut geöffnet wird, um die genannte Reinigungs- bzw. Sterilisierungslösung weiter durchzurühren und den genannten Gefrierzylinder (17) und das genannte Abgabeventil (60) zu reinigen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des zyklischen Öffnens und Schließens über unterschiedliche Zeiträume wiederholt werden, um weitere unterschiedliche Spül- und Reinigungsvorgänge auszulösen.
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