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Dokumentenidentifikation DE69714409T2 16.01.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0877558
Titel VERFAHREN UND GERÄT ZUR HERSTELLUNG VON SPEISEEIS
Anmelder Tetra Laval Holdings & Finance S.A., Pully, CH
Erfinder GONON, Peter, DK-8200 Arhus N, DK
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner GbR, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69714409
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.01.1997
EP-Aktenzeichen 979009370
WO-Anmeldetag 22.01.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/DK97/00028
WO-Veröffentlichungsnummer 0009726800
WO-Veröffentlichungsdatum 31.07.1997
EP-Offenlegungsdatum 18.11.1998
EP date of grant 31.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.01.2003
IPC-Hauptklasse A23G 9/14

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Speiseeisrohmasse und insbesondere auf ein derartiges Herstellungsverfahren, durch welches die Rohmasse in der Form des sogenannten Gemischs mit einem erheblichen Inhalt von Luft zunächst auf eine herkömmliche Bildungstemperatur von typischer Weise -5ºC herabgekühlt wird und dann ferner zu einem Durchflussfroster gebracht wird, in welchem vorbereitend zum Extrudieren der Masse für das Bilden der endgültigen Speiseeiskörper zum Packen und Endlagern versucht wird, die Masse auf eine Temperatur von -15ºC oder weniger herabzukühlen.

Diese Verfahrensweise ist zwar aus der Literatur, vgl. DE-C 3 918 268, was aber herkömmliches Speiseeis angeht, nicht wirklich aus der Praxis bekannt, da herausgefunden wurde, dass das Verfahren ziemlich gekennzeichnete Probleme mit sich bringt. Im Prinzip ist die Verfahrensweise sehr attraktiv, da sie es idealer Weise möglich machen würde, die Eiskörper direkt in die Endlagerung, ohne den herkömmlichen Gebrauch eines zwischenliegenden und teureren Tieffrostersystems zwischen der Verpackungsstation und dem Endlager, zu formen und zu verpacken. Überdies wird eine intensive Kühlung der Masse eine verbesserte Produktqualität ermöglichen, insbesondere wenn größere Blockprodukte produziert werden.

Der direkte Ausgangspunkt der Erfindung war ein Testsystem mit einem herkömmlichen Durchflussfroster, der eine angetriebene, schabende Förderschnecke hatte, die für ein Weiterfördern des Flusses bzw. Stroms von dem vorangehenden, herkömmlichen fortlaufenden Froster ausgelegt war, welcher die Masse auf etwa -5ºC herabkühlt. Da der Fluss unverändert bleibt, war es natürlich, vergrößerte oder unveränderte Röhrenabmessungen bzw. Röhrendimensionen auszuwählen. Anfangs wurde ein Standardgemisch von Speiseeis mit einem sogenannten Aufschlag (Quellgrad) von 100% verwendet und in dem Durchflussfroster wurde eine Verdampfungstemperatur von annähernd -40ºC verwendet.

Es wurde ziemlich bald herausgefunden, dass die erreichbaren Ergebnisse in der Praxis völlig unbrauchbar waren. Es wurde herausgefunden, dass es schwierig war, die erwünschten niedrigen Temperaturen des Speiseeis zu erreichen, und überdies wurde der Aufschlag auf völlig unakzeptable 30 bis 50% herunter verringert. Geänderte Verfahrensparameter machten keinen Unterschied in diesem Bild, aber legten dar, dass das drastische Geringerwerden des Aufschlags durch solche Änderungen erkennbar beeinflusst wurde.

Eine Lösung dieser Aufgabe wurde durch die Tatsache schwierig gemacht, dass es nicht möglich war - und immer noch nicht ist - genau den Grund aufzuzeigen, warum sich herausstellte, dass der Aufschlag verringert wird.

Es wurde jedoch Erfindungsgemäss eine überraschende Lösung der Aufgabe gefunden, nämlich durch Einführung eines gesteuerten Widerstandes in dem Fluss des Durchflussfrosters. Von einem Verfahrensgesichtspunkt aus, wird dies keine besonders attraktive Lösung sein, aber sie wird jedenfalls solange attraktiv sein, solange sie die einzige Möglichkeit zu sein scheint, die diskutierte Verfahrensweise überhaupt praktisch anwendbar zu machen. Auch wird der Widerstand nicht auf alle Fälle so hoch gemacht werden müssen, dass er indirekt die Produktionskapazität auf ein kommerziell uninteressantes Niveau reduzieren wird.

Somit sollte unbestreitbar etwas zusätzliche Energie für das Herausdrücken der Masse aus dem Durchflussfroster verwendet werden, aber diese beläuft sich auf nahezu nichts in Hinsicht auf die Tatsache, dass dafür die diskutierte Verfahrensweise dann in der Praxis zum Erreichen eines wirklich brauchbaren Ergebnisses verwendet werden kann, z. B. zum Schaffen eines Endprodukts mit dem gewünschten Aufschlag, der gewünschten Struktur und der gewünschten tiefen Temperatur.

Es könnte wünschenswert sein, dass es möglich wäre, als ein einfaches Maß die Abgabeflussbegrenzung als eine ständige Röhrenverengung einzuführen, aber die weiteren Bemühungen in Verbindung mit der Erfindung haben gezeigt, dass dies normaler Weise nicht ausreichend sein wird, da die optimale Einschnürung nicht nur von den mechanischen Verfahrensparametern, sondern auch von dem Ansatz des Gemischs und der relevanten Verfahrensparametern abhängt. In der Praxis scheint es daher eine Notwendigkeit zu sein, einen steuerbaren, variablen Strömungswiderstand zu verwenden. Dieses kann durch die Verwendung eines anpassbaren Drosselventils oder druckregulierenden Ventils, oder durch die Verwendung einer gesteuerten Teilerhitzung einer eingeengten Abgaberöhre realisiert werden.

Dadurch, dass der Durchflussfroster mit einer starken Kälteübertragung bei besonders tiefen Temperaturen arbeiten sollte, wird dort gegenwärtig an der Innenseite des Frosters eine Eisschicht ausgebildet, welche abgeschabt werden sollte. Da es auch wünschenswert ist, eine sichere Förderung der Speiseeismasse innerhalb des Zylinders zu verursachen, wird es dort kein technisches Problem im Kombinieren solch eines Schabens und Förderns geben, nämlich durch Verwendung eines schabenden Schneckenförderers, welcher ein bekanntes Maschinenelement ist. Mit einem Testsystem jedoch, welches einen solchen bekannten Schneckenfördererfroster verwendet, ist das Ergebnis ziemlich entmutigend, da es beobachtet wurde, dass es erforderlich ist, um das Schaben und das Fördern der Speiseeismasse zu verursachen, soviel Energie zuzuführen, dass der Froster aufgrund der aufgebrachten Schab-, Knet- und Pumpenergie, welche sich selbst als Hitzeentwicklung enthüllen wird und direkt dem Frosten entgegensteht, uneffizient wird. Dem kann durch Verwendung einer weiter verringerten Temperatur auf der Kühlungsseite entgegengewirkt werden, aber nur mit dem Ergebnis, dass der Aufbau der Eisschicht so gefördert wird, dass noch mehr Energie für die Schabfunktion benötigt wird, und es wurde herausgefunden, dass auch dieser Grundzustand dafür verantwortlich sein muss, dass die diskutierte Verfahrensweise bis jetzt nicht kommerziell realisiert wurde.

Vor diesem Hintergrund und in Verbindung mit der Erfindung wurde überlegt, ob es möglich sein könnte, einen völlig unterschiedlichen und wirkungsvolleren Durchflussfroster vorzusehen. Überraschend genug jedenfalls wurde es als möglich herausgefunden, das relativ einfache und wirkungsvolle Konzept eines Schneckenförderers beizubehalten, wenn nur seine herkömmliche Gestalt, in Bezug auf die Drehzahl des Rotors und dem Taktabstand der Schneckenwindung oder -windungen, drastisch geändert wird.

Für Schneckenförderer in Verbindung mit Durchflussfrostern ist es üblich, eine Rotordrehung von einigen 100 bis 1000 U.p.M. zu verwenden, wobei der kleinste Wert für größere Zylinder und der größte Wert für Zylinder mit kleinem Durchmesser ist. Für einen typischen Schneckenförderer mit einem inneren Schneckendurchmesser von 105 mm wird die Rotordrehzahl typischer Weise bei 200-600 U.p.M. sein, welches durch einen typischen Schneckentaktabstand von zwischen einmal und einem halben Mal des äußeren Durchmessers der Schnecke, in einer axialen Schabgeschwindigkeit von 1-3,5 m/s resultieren wird.

Mit der Erfindung wurde es als möglich und optimal herausgefunden, mit einer Umdrehungszahl von nur etwa 5-20 U.p.M. sowie mit einem Schneckentaktabstand zu arbeiten, der ungewöhnlich groß ist, nämlich zwischen einem und zwei Mal des äußeren Durchmessers der Schnecke, bevorzugter Weise zwischen einem und eineinhalb Mal dieses Durchmessers. Die Schabgeschwindigkeit wird daher mit einem reduzierten Wert von nur etwa 1-10% des herkömmlichen Standards auftreten, aber es wurde herausgefunden, dass es dann im Gegenzug möglich ist, das Verfahren in der Praxis zu realisieren. Was es eigentlich ist, ist ein praktisch anwendbarer Kompromiss zwischen der Wirkung der aufgebrachten Energie, welche ausreichend zum Fördern ist und dem Schaben, ohne unerwünschte Erhitzung zu verursachen. Es ist ein überraschendes Ergebnis, dass die geringe Schabgeschwindigkeit und die zugehörige geringe Schabfrequenz ausreichend ist, die Hitzeaustauschfläche in so einem Ausmaß sauber zu halten, dass es möglich ist, mit einer praktisch akzeptablen Wirksamkeit des Hitzeaustauschs zu arbeiten.

Es ist auch zu erwähnen, dass es aus guten Gründen erforderlich ist, ein Kühlmittel mit einer Verdampfungstemperatur zu verwenden, die niedriger als die annähernden -30ºC ist, welche für den Fachmann als eine minimale Verdampfungstemperatur in Verbindung mit fortlaufenden Speiseeisfrostern gehalten wurde; es wurde vorher herausgefunden, dass mit noch niedrigeren Temperaturen ein zu starkes Hartfrieren des Speiseeis auf der Hitzeaustauschfläche auftreten wird. Augenscheinlich ist es ein Paradoxon, dass es mit der Erfindung und dem zugehörigen reduzierten Schaben möglich ist, effektiv mit Gefriertemperaturen von -40ºC und kälter, zum Beispiel bis zu -100ºC und bevorzugter Weise in dem Bereich von -50 bis -60ºC zu arbeiten, um eine gute Effizienz durch das Herabfrieren der Masse auf ungefähr -15 bis -22ºC zu erreichen. Es kann jedenfalls nur bestätigt werden, dass die guten Ergebnisse durch die Verwendung des modifizierten fortlaufenden Frosters erreicht wurden, in dem es die Schnecke selbst ist, die als das wirkungsvolle Schabwerkzeug wirkt.

Es wurde kein Grund gefunden anzunehmen, dass die vorstehend erwähnten und tatsächlich ähnlich wichtigen Wirkungen mit Hinsicht auf das Bewahren des Aufschlags, besonders abhängig von der Verwendung des diskutierten modifizierten Frosters sein sollten, aber auf der anderen Seite kann bestätigt werden, dass die relevanten guten Ergebnisse auch durch die Verwendung dieses Frosters erreicht werden können, sodass das kombinierte Ergebnis die Verfahrensweise in kommerzieller Anwendung durchführbar macht.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, in welchen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Verfahrens zeigt, während

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Durchflussfrosters zeigt.

Das Verfahrenssystem zum Herstellen extrudierter Speiseeisprodukte, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, hat einen fortlaufenden Froster 2, welcher von einer Quelle 4 mit Gemisch versorgt wird, welches eine Pumpe 6 und eine Mischkammer 8 durchläuft, in welcher das Gemisch mit Luft von einer Druckluftquelle 10 zum Erreichen eines Aufschlags von herkömmlicher Weise etwa 100% gemischt wird. Diese fertig hergestellte Speiseeissubstanz wird in dem fortlaufenden Froster 2 auf eine Temperatur von annähernd -5ºC gekühlt, wie dies völlig üblich für ein anschließendes Portionieren und Formen der Substanz ist.

In Verbindung mit der Erfindung ist es jedenfalls wünschenswert, die gekühlte Substanz ferner durch einen fortlaufenden Froster 12 hindurch für ein anschließendes Extrudieren bei einer Temperatur von -12 bis -25ºC zu fördern, sodass die geschnittenen Eiskörper für direkte Weitergabe zu dem Gefrierlager verpackt werden können. Der Froster 12 sollte sicher fördernd sein, d. h. er sollte eine durch einen Motor angetriebene Förderschnecke 14 haben, welche hier mit W bezeichnet ist, um anzuzeigen, dass dieser Antrieb eine gewisse Zufuhr von Hitzeenergie, teilweise für die Förderfunktion an sich und teilweise für die Schabarbeit, die durch die Schnecke zum Abschaben der festgefrorenen Speiseeismasse verursacht werden soll, übernehmen wird.

In Folge der damit verbundenen erhöhten Viskosität der Masse, wäre es natürlich, eine etwas vergrößerte Abmessung der Abgaberöhre 18, verglichen mit der Zuführröhre 16, zu verwenden, aber wie dies erwähnt wurde, wurde herausgefunden, dass das Endergebnis davon in Hinsicht auf den Aufschlag der extrudierten Masse tatsächlich unbrauchbar ist. Mit der Erfindung wurde herausgefunden, dass diese Hauptaufgabe durch Vorsehen eines Abgabewiderstands R in der Röhre 18 gelöst werden kann. Dieser Widerstand ist relativ kritisch, da er zum Erreichen des erwünschten Ergebnisses in Hinsicht auf den Aufschlag deutlich sein sollte, aber nicht so deutlich, dass er einen Anstieg des Förderwiderstands in dem Froster 12 ergibt, der auf ein Niveau ansteigt, auf welchem sich die erforderliche Förderenergie an sich, als ein unakzeptabler Hitzeerzeuger in dem Froster herausstellt.

Dies ist an sich ein deutliches Problem, da es mit sich bringt, dass es sehr schwierig ist, die erwünschte Kühlung des Speiseeis, praktisch unabhängig davon, wie stark der Froster von außen gekühlt wird, zu erreichen. Dies wird im folgenden genauer betrachtet.

Zunächst ist es wichtig anzumerken, dass der erforderliche Fliesswiderstand R normaler Weise statisch oder dynamisch anpassbar sein sollte, da ausführliche Tests gezeigt haben, dass der optimale Widerstand von verschiedenen Verfahrensparametern, inklusive dem Ansatz des Gemischs und der Abgabetemperatur und Kapazität des Speiseeis, abhängt. Es ist üblich, dass in einem gegebenen System Produkte mit unterschiedlichen Ansätzen und Verfahrensbedingungen hergestellt werden und entsprechend sollte der Widerstand R basierend auf gesammelten Erfahrungen anpassbar sein. Normalerweise sollte als ein Standard die Röhrenabmessung an der Abgabeseite des Frosters 12 geringfügig reduziert werden, aber der Widerstand sollte noch anpassbar sein. Dies wird durch eine differenzierte Teilerhitzung der Einengröhre erreichbar, aber bevorzugter Weise sollte ein gesteuertes Drosselventil oder ein Druck regulierendes Ventil verwendet werden, zum Beispiel eine steuerbare Einschnürung eines Schlauchabschnitts, welcher in die Abgaberöhre eingeführt ist.

Als nächstes ist es wichtig, dass der fortlaufende Froster 12 mit einer verhältnismäßig sehr geringen Temperatur an der Primärseite, zum Beispiel im Bereich von -40ºC bis -100ºC arbeitet und dass er, was die Förder-/Schabschnecke betrifft, in Verbindung mit einer gleichmäßigen, ungewöhnlich geringen Drehzahl der Schnecke in einer besonderen Geometrie gefertigt ist, bevorzugter Weise so gering wie 5 bis 20 U.p.M.

Die Frostereinheit 12, 14 wird genauer in Fig. 2 mit den folgenden Abmessungsbezeichnungen bezeichnet.

D1 = Durchmesser des Rotorkerns;

D2 = äußerer Durchmesser der Schnecke an diesem Kern;

D3 = innerer Durchmesser des umgebenden Frosterzylinders;

L = Länge des Frosterzylinders und der Schnecke;

P = Taktabstand der Schnecke.

Mit der Erfindung werden die folgenden Beziehungen bevorzugt:

L/D3= 5 - 10;

P/D2 = 150/105 = 1 - 2;

Der Taktabstand P sollte nicht notwendiger Weise konstant entlang der Länge L sein, da er wie gewünscht für ein optimierte Gestaltung und zum Reduzieren des Speiseeisdrucks während seiner Förderung durch den Froster 12 hindurch variieren kann.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Bewirken fortlaufender Herstellung einer Speiseeissubstanz, durch welches die zuvor gekühlte, luftenthaltende Substanz durch einen fortlaufenden Froster (2) zum weiter Herunterkühlen auf -12ºC bis -15ºC für anschließende Extrusion hindurch geleitet wird, wobei die Substanz durch eine Röhre (16) mit einer ersten Röhrendimension dem Froster (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Speiseeis stromabwärts des Frosters (2, 12) durch einen Röhrenbereich, welcher enger als die erste Röhrenabmessung ist, bevorzugter Weise in so einer steuerbaren Weise hindurchgeleitet wird, dass es möglich ist, den zugehörigen Strömungswiderstand (R) für die Speiseeissubstanz anzupassen, wobei dieser Widerstand (R) angepasst wird, um einen hohen Aufschlag der extrudierten Substanz sicherzustellen.

2. System zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, welches einen fortlaufenden Froster (12) der Schraubenschneckenförder- und Schabweise (14) mit einer Einlassröhre (16) der ersten Röhrendimension und einer Abgaberöhre (18) hat, die an einen Extrusionsauslass für das gefrorene Speiseeis angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaberöhre (18) eine Einschnürung einer Dimension aufzeigt, die kleiner als die erste Röhrendimension ist, wobei diese Einschnürung bevorzugterweise steuerbar ist, um zu ermöglichen, dass ihr Fließwiderstand (R) gegen das Speiseeis angepasst wird.

3. System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung eine steuerbare Einheit zum mechanischen Anpassen der Querschnittsfläche der Einschnürung ist.

4. System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung durch einen Röhrenabschnitt gebildet wird, der mit Vorrichtungen zum anpassbaren Erhitzen des Röhrenabschnitts versehen oder verbunden ist.

5. System gemäß Anspruch 2, in welchem der fortlaufende Froster (12) als ein Zylinder mit einem angetriebenen Schraubenrotor (14) zum Drücken des Speiseeis durch und aus dem Zylinder heraus und zum Abschaben fester Eisformationen an der Innenseite des Zylinders gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenrotor (14) mit Vorrichtungen (W) zum Drehen desselben mit sehr geringer Geschwindigkeit, nämlich in dem Bereich von 5 bis 20 U.p.M., verbunden ist und dass der Taktabstand (P) der Förder- und Schabschnecke des Schraubenrotors (14) sehr groß ist, nämlich ein bis zwei Mal der äußere Durchmesser (D2) der Schnecke.

6. System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des fortlaufenden Frosters (12) eine Betriebstemperatur von -40ºC bis -100ºC herrscht.







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