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Vorrichtung zur Bereitung von Speiseeis Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Bereitung von Speiseeis mit umlaufender Gefriertrommel
und in letzterer angeordneter, um ihre Achse sich drehender Spatelsahraube, die
während der Eiserzeugung das an der Innenwand der Trommel sich bildende Eis abstreift
und eine starke Rührwirkung erzeugt.
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Es sind bereits verschiedene Bauarten' von Speiseeisbereitern bekannt,
bei denen der Antrieb der in einer Kältelösung um ihre vertikale Achse umlaufenden
Gefriertrommel über ein Getriebe von oben aus erfolgt und das an der Wandung der
Trommel sich bildende Eis entweder ständig oder in gewissen Zeitabständen mittels
eines Spatels abgeschabt wird, so daß frische Masse mit der Wandung unmittelbar
in Berührung kommt. Eine befriedigende Lösung brachten diese feststehenden Spatel
jedoch nicht. Man ging daher dazu über, neben diesen Spateln zusätzlich noch einen
Rührflügel drehbar anzuordnen, um dadurch eine bessere Gefrierleistung zu erzielen.
Zweckmäßiger als ein feststehender Abstreifer allein oder in Verbindung mit einem
solchen Rührflügel ist die Verwendung einer sich langsam um ihre Achse drehenden
Spatelschnecke, die zweigängig ausgebildet ist und bei welcher der eine Gang zum
Spateln und Abstreifen, der andere zum Zubringen der Speiseeismasse auf die Trommelwand
dienen soll.
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Diese Spatelschnecke hat aber den Nachteil, daB hiermit keine besonders
vorteilhafte Rührwirkung erzielt wird. Der Zubringergang der Spatelschnecke fördert
die Speiseeismasse nämlich je nach der
augenblicklichen, Stellung
;zur Trommelwand hin oder von ihr weg und erfüllt seine Aufgabe infolgedessen nur
unvollkommen. Die Spatelschneeke selbst verhindert nicht, daß Eismasse bis über
den oberen Rand der Gefriertrommel 'steigt und nach außen spritzt. Aus diesem Grunde
ist ein gesonderter Abstreifer erforderlich. Die umlaufenden Abstreifer müssen im
übrigen die Trommelwand unmittelbar berühren, um das Eis zeitweilig restlos zu entfernen
und damit einen guten Wärmeübergang sicherzustellen. Sie müssen daher achsparallel
zur Gefriertrommel einstellbar sein, eine Forderung, die von den meisten Geräten
ebenfalls nicht erfüllt wird.
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Der bei diesen Maschinen mit umlaufender Spatelsohneeke aus konstruktiven
Gründen verwendete Antrieb der Gefriertrommel von oben hat im übrigen den Nachteil,
daß wegen der beschränkten Raumverhältnisse nur ein Zahnra.dübersetzungsgetriebe
vom Motor auf die- langsamer umlaufende Welle der Gefriertrommel verwendet werden
kann, das als Präzisionsgetriebe mit Schrägverzahnung ausgeführt werden .muß, um
die Geräuschbildung möglichst einzuschränken. Die umlaufende Spatelschpecke wird
bei dieser Anordnung mittels Kegel-und Schneckenradübersetzung angetrieben. Das
Gesamtgetriebe ist demzufolge für eine solche Apparatur unverhältnismäßig kostspielig.
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Man kennt zwar bei umlaufenden Gefriertrommeln mit beweglichem Spatel
die Anordnung des Antriebsmotors unterhalb der Gefriertrommel. Dabei wird die Gefriertrommel
mittels Riemen von oben über eine außerhalb des Solebehälters liegende, senkrecht
angeordnete Welle angetrieben, von der auch die Bewegung des Spatels albgenommen
wird. Wenn auch durch diese Bauweise die Gefriertrommel von oben leichter zugänglich
ist, so stößt vor allem die Lagerung der Trommel auf bauliche Schwierigkeiten, so
daß die Herstellungskosten wesentlich erhöht werden.
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An Stelle dieser vorerwähnten umlaufenden Gefriertrommel mit feststehender,
um ihre Achse sich langsam drehender Spatelschnecke hat man auch feststehende Gefriertrommeln
gebaut, in denen die Spatelschnecke sich um die Gefriertrommelachse dreht. Zusätzlich
gab man diesen Spatelschnecken neben der Drehung um die Trommelachse noch eine Drehbewegung
um ihre eigene Achse, die durch ein Klemm- oder ZaQmgesperre erfolgt, das bei jeder
Drehung um die Trommelachse die Spatelschnecke um einen bestimmten Winkelgrad weiterdreht.
Auch diese Anordnung läßt wie bei den früher schon erwähnten Maschinen eine genaue
achsparallele Einstellung der Sppatelachnecke gegenüber der Gefriertrommel nicht
zu. Außerdem verlangte sie besondere Einrichtungen zur Erzeugung des Kühlmittelumlaufes,
um einen ausreichenden Wärmeübergang von der Kältelösung zum Kessel zu gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet die bei den bisher bekannten Bauarten
auftretenden Nachterle, indem die Spatelschraube in einem über der Gefriertrommel
befindlichen Schwingarm gelagert ist, dessen Drehachse parallel zur Achse der Gefriertrommel
und außerhalb derselben und in einem solchen Abstand von ihr angeordnet ist, daß
die Spatelschnecke unter dem Einfluß des Strömungsdrucks der Eismasse gegen die
Gefriertrommelwand gedrückt wird und dabei die Verbindungslinien der Schwinghebeldrehachse
mit der Gefriertrommelachse einerseits und der Schw inghebeldrehaahse mit der Spatelschraubenachse
andererseits einen spitzen Winkel einschließen. Das Drehmoment für den Spatelantrie#b
bewirkt eine zusätzliche Anpressung im gleichen Sinne.
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Im Sinne dieses Erfindungsgedankens kann der Antrieb der Spatelschraube
über ein Reduziergetriebe.lContinuierlich oder z. B. über ein Sperradgetriebe intermittierend
erfolgen. Letztere Ausführung hat unter anderem den Vorzug, daß die Bewegung der
Spatelscihraube in einfacher Weise von der Antriebswelle der Gefriertrommel abgenommen
werden kann.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Abb.
i zeigt einen Längsschnitt durch die Speiseeismaschine, während in der Abb. 2 eine
Draufsicht auf die Maschine mit dem Antrieb der Spatelschraube und den Kräfteverihältnissen
wiedergegeben ist.
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Wie aus der Abb. i ersichtlich, wird die Gefriertrommel i von der
Antriebswelle 2 von unten aus angetrieben. Eine Stopfbuchse 3 bewirkt die Abdichtung.
Die Lagerbuchsen 4 arbeiten in diesem Falle mit Wasser- bzw. Soleschmierung und
können aus Kunststoff hergestellt sein. Wird die Stopfbuchse am oberen Ende der
Antriebswelle angeordnet, so können die Lager mit normaler Ü1- oder Fettschmierung
versehen werden. Der Antrieb vom eingebauten Motor aus erfolgt mittels Keil- oder
Flachriemen 5, da bei der dargestellten Bauart ausreichend Raum für einen Riemenantrieb
vorhanden ist und dieser allen Ansprüchen an Einfachheit und Geräuscharmut am besten
entspricht.
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Der Antrieb des mit geringer Drehzahl umlaufenden Spatels wird mittels
eines Schrittschaltwerks vorgenommen. Die auf der Antriebswelle angeordneten, um
18o° gegeneinander versetzten Exzenter-oder Nockenscheiben 6 erteilen den Hebeln
7 schwingende Winkelbewegungen. Im Falle der Verwendung von Exzenterscheiben können
diese von den gabelförmigen Enden der Hebel umfaßt werden, während bei Verwendung
von Nocken die Hebel durch Federn an die Nockenscheiben gedrückt werden. Die Hebel
7 sind unter Zwischenschaltung von je einem Freilauf 8 mit der Welle 9 verbunden
und drehen diese abwechselnd um den Betrag ihrer Winkelbewegung weiter. Die beiderseits
gelagerte Welle 9 überträgt die intermittierende Drehbewegung über eine Kupplung
io und den Wellenstumpf i i auf das Kettenrad 12, von wo sie mittels der Kette 13
und das Kettenrad 14 auf die Spatelwelle 15 übertragen wird. Die Ungleichförmigkeit
der Drehbewegung des Spatels ist für dessen einwandfreie Arbeitsweise ohne Belang.
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Von der beschriebenen Anordnung abweichend kann der Antrieb der Schwingbewegung
auch von irgendeinem anderen Element des Antriebsmechanismus, beispielsweise von
am Umfang der Gefriertrommel
angeordneten Nocken abgenommen werden.
Auch kann die Welle 9 an Stelle der schwingenden Hebel 7 eine Riemenscheibe tragen,
die mittels eines gekreuzten Riemens von der Gefriertrommelwelle aus angetrieben
wird.
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Die Spatelwelle 1,5 ist in einem Arm i9 gelagert, der mittels einer
mit ihm fest verbundenen durchbohrten Achse 20 in den Lagerbock 21 eingesetzt und
in diesem leicht schwenkbar gelagert ist. Beim Schwenken des Arms bleibt die Spatelachse
gegenüber der Gefriertrommelachse stets paralle'I. Wie aus Abh. 2 ersichtlich, kann
der Arm um den Winkel a gegenüber derMittellinie geschwenkt werden, bis der Spate'
mit der Gefriertrommelwand in Berührung kommt. Unter dem Einfluß des Strömungsdrucks
der Eismasse auf den Spate' und der Wandreibung (Abstreifwiderstand) wird dieser
gegen die Wandung des Eiskessels gedrückt, so d'aß stets und ohne jegliche Nachstellung
ein einwandfreies Abstreifen gewährleistet ist. Das eingezeichnete Kräftedreieck
verdeutlicht diesen Vorgang. Der in der Kraft PS zusammengefaßte Strömungsdruck
und Abstreifwiderstand ist in eine Kraft Pal in Richtung der Armachse aufzuteilen
und in eine Normalkraft P"1, die die Anpressung an die Trommelwand darstellt. Diese
Anpressung ist um so höher, je kleiner der Winkel gewählt wird. Sie kann also beim
Bau der Maschine den Erfordernissen angepaßt werden. Die Anpressung wird um so größer,
je mehr Speiseeismasse sich in der Gefriertrommel befindet , und je steifer die
Eismasse. durch das zunehmende Gefrieren wird. Dies ist erwünscht, weil mit zunehmendem
Gefrieren auch eine zunehmende Kristallisation und Haftung an der Wandung der Gefriertrommel
erfolgt, die eine entsprechend verstärkte Anpressung des Spatels erfordert.
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Auf den Arm i9 überträgt sich weiterhin das volle Moment für den Spatelantrieb,
wodurch eine Kraft P. an der Spatelachse erzeugt wird. Durch Zerlegung dieser Kraft
in die Richtung ihrer Wirksamkeit erhält man die Normalkraft P"., die ebenfalls
eine Anpressung in dem erforderlichen Sinne darstellt. Auch diese Anpressung wird
um so stärker, je höher das Antriebsmoment, je mehr also das Eis an der Wandung
haftet.
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Der Spate' kann als Schraube mit veränderlicher Steigung ausgebildet
werden. Die Schraube beginnt in ihrem unteren Bereich 16 mit verhältnismäßig geringer
Steigung. Diese nimmt dann zu, bis der Schraubengang bei 17 in die Senkrechte übergeht.
Im oberen Teil des Spatels schließt sich ein Schraubengang 18 mit entgegengesetzter
und wiederum geringer Steigung an. Bei der langsamen Drohung des Spatels wird nacheinander
die gesamte Mantelfläche der Gefriertrommel abgestreift. Der besondere Vorteil des
beschriebenen Spatels liegt in seiner Rührwirkung. Die mit der Gefriertrommel umlaufende
Eismasse wird außen, d. rh. zwischen der Spatelachse und der Trommelwandung, von
dem unteren Schraubengang 16 kräftig nach oben gedrückt, so daß die Eismasse auch
bei geringer Füllung der Gefriertrommel die Wandung bis weit nach oben berührt.
Von dem innen liegenden Teil der Schraube wird sie entgegengesetzt, also nach unten
gefördert. Hierdurch kommt ein kräftiger Umlauf in dem in Abb. i eingezeichneten
Sinne zustande. Die gesamte Eismasse wird also in stetigem Turnus umgewälzt und
mit der Oberfläche in Berührung gebracht, wodurch eine vollkommene Mischung und
eine gleichmäßige und schnelle Aufnahme von Luft erreicht wird. Hinsichtlich der
Drehrichtungen ist zu beachten, daß bei rechtsgängiger Sdhrau@e 16 der Spate', wie
aus Abb. 2 ersichtlich, rechtsherum gedreht wird, während die Gefriertrommel sich
entgegengesetzt, also linksherum drehst.
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Der obere, entgegengesetzt laufende Schraubengang 18 bewirkt, daß
die Speiseeismasse auf jeden Fall abgestreift bzw. nach unten gedrückt wird, bevor
sie über den Rand der Gefriertrommel steigt und herausspritzt. Diese Anordnung erspart
die bei anderen Maschinen mit drehbarem Spate' erforderliche Verwendung eines besonderen
Abstreifers und gestattet, die Gefriertrommel verhältnismäßig weit mit Speiseeismasse
anzufüllen.
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Aus Gründen der einfacheren Herstellung kann der Abstreifschraubengang
des Spatels von unten bis zum Beginn des entgegengesetzt laufenden Schraubenganges
auch mit 'konstanter mittlerer Steigung hergestellt werden, ohne daß sich dies auf
die Rührwirkung sehr nachteilig auswirkt. Das oben liegende Gegengewinde braucht
nicht an das untere Gewinde anzuschließen, sondern dessen Beginn kann z. B. um 18o°
gegenüber dem Auslauf des unteren Gewindes versetzt sein.
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Der Spate' kann jederzeit ohne weiteres herausgenommen werden, indem
man den Schwinghebel einfach aus seiner I,,agerung herauszieht, wobei sich die Kupplung
io des Spatelantriebs löst.
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Eine vorteilhafte Anwendung der beschriebenen Speiseeismaschine ergibt
sich auch bei Verwendung von Trockeneis .(Kohlensäureschnee). Die Gefriertrommel
kann in diesem Fall von einer zweiten sich mitdrehenden Trommel umgeben sein. Der
Zwischenraum zwischen beiden wird durch Trockeneis gekühlt, indem dieses zusammen
mit geeignetem Trägermaterial eingefüllt wird. Die Gefriertrommel kann aber auch
unmittelbar durch das .Trockeneis ohne Verwendung eines Doppelmantels gekühlt werden,
was bei kontinuierlichem Betrieb vorzuziehen ist. In beiden Fällen ergibt sich eine
Konstruktionsvereinfachung dadurch, daß die untere Stopfbuchse fortfällt.
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Eine Möglichkeit, die Stopfbuchse auch bei normalem Betrieb mit Kühlsole
fortzulassen, ist in Abb.3 dargestellt. Sie besteht darin, daß die Gefriertrommel
22 einen unten offenen zylindrischen Einsatz 23 erhält, der bis über die Höhe des
Flüssigkeitsstandes im Solebehälter heraufreicht. An dessen oberen Abschluß befindet
sich die Aufnahme 24 für das Wellenende 26, das z. B. mittels einer leicht lösbaren
Sperrklinke 25 fest mit dem Aufnahmestück 24 verbunden wird.. Die Antriebswelle
27 wird innerhalb eines Rohres, das ebenfalls bis über den Solestand heraufreicht,
gelagert. Die Sole kommt infolgedessen mit der Lagerung nicht in Berührung.
Die
Speiseeismaschine gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt nicht nur sämtliche Anforderungen,
die an eine solche Maschine gestellt werden, sondern besitzt gegenüber allen bekannten
Anordnungen den Vorteil; daß in kürzester Zeit völlige Durchmisehung der Eismasse
erzielt wird. Sie gewährleistet eine intensive Beimischung der Luft und feinste
Verteilung der Luftbläschen. Die erwünschte gleichmäßige feine Struktur des Speiseeises
wird dadurch in höchster Qualität und in kürzester Zeit erzielt. Der Druck des Spatels
gegen die Trommel erfolgt selbsttätig und progressiv mit Zunahme der Haftung des
abzustreifenden Eises an der Trommelwand. Nach Herausnahmedes Spatels, die mit einem
einzigen Handgriff möglich ist, liegt die Gefriertrommel völlig frei und ist zur
Entleerung und Reinigung bestens zugänglich. Das Fehlen jeglichen Überbaues ist
im übrigen vorteilhaft für das Aussehen der häufig in Gasträumen stehenden Maschine.
Die Maschine arbeitet infolge Fehlens von Zahnradübersetzungen und schalldämmender
Unterbringung des Motors im Gehäuse außerordentlich geräuscharm. Die Herstellung
ist gegenüber Maschinen ähnlicher Wirksamkeit wesentlich billiger.