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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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Reinigung vor Ort (Reinigung
der Maschine)
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bessere Leistung des Kältemaschinenkreisprozesses
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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.
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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.
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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.
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Overrun
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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:
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- WL = Gewicht des Volumens (Test)
der Rohflüssigkeitsmischung
- WP = Gewicht eines gleichen Produktvolumens
(einschließlich
Luft)
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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.
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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.
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Schlägermesser
oder Schabemesser
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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.
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Konstruktion
der Ausgabeklappe
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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.
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Abgabeventilmechanismus
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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.
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Mixfüllstandssensor
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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.
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Betrieb und
Steuerung der Verteilungsmaschine
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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.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Reinigung vor Ort (RVO)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Klappe und
Produktspender
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Schläger- bzw. Schlagwelleneinrichtung
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Betriebsarten (Maschinenzustände und
Software)
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Überblick
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.