DE4200517A1 - Verfahren zur herstellung von pulver und muehle sowie kuehler hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Grundstoffen, wie Früchten od. dgl. mit unter­ schiedlichem Fettgehalt und unterschiedlicher Temperatur, ins­ besondere zur Herstellung von Kakaopulver in einer Schlagmühle, das zunächst durch Schlagbeanspruchung zerkleinert und an­ schließend in einem Kühler gekühlt wird, sowie auf eine Mühle zur Durchführung dieses Verfahren.

Die zu diesem Zwecke verwendeten Mühlen werden als Schlaglei­ stenmühlen oder als Stiftenmühlen ausgebildet. Je nach Fett­ gehalt bzw. Verarbeitungsart und daraus resultierender Tempera­ tur des Produktes ergibt sich ein unterschiedlicher Energieauf­ wand auf Seiten der Mühle, d. h. daß in das Produkt unter­ schiedlich viel Energie eingetragen wird. Je geringer der Fettgehalt und je geringer die Temperatur ist, desto höhere Energiemengen sind zur Verarbeitung des Rohmateriales erfor­ derlich, wobei es vor allem auf den Fettgehalt ankommt. Mit relativ hohen Fettgehalten, die natürlich von der Provenienz bzw. der Sorte des Kakaos und seiner vorhergehenden Bearbeitung abhängen (das Rohmaterial können Kakaonibs oder Kakaokuchen sein), wird bei Warmverarbeitung nur sehr wenig Energie einzu­ tragen sein, d. h. die mechanische, in das Produkt eingebrachte geringe Energie wird auch nur zu einer geringen Aufheizung der Kakaopulvermasse führen.

Aus diesen Verhältnissen ergeben sich also unterschiedliche einzutragende bzw. abzuführende Energiemengen. Anders dagegen sind die Verhältnisse innerhalb des Kühlers, wo sich ein höhe­ rer Energieaufwand für das Hindurchfördern dann ergibt, wenn das zu kühlende Material fettig ist und daher dem Fördern einen größeren Widerstand entgegensetzt.

Bisher hat man diesen Verhältnissen auf der Energieeintragsseite durch Veränderung der Werkzeuge bzw. Werkzeugdichte bei Stif­ tenmühlen beizukommen versucht, was zur Auswechslung der Werk­ zeuge bzw. der Rotorscheiben entsprechende Stillstandszeiten verursachte. Auf der Energieaustragsseite, d. h. im Kühler, wurde bisher nur mit einer Regelung der Kühlintensität gear­ beitet, wobei die damit gegebenen Beeinflussungsmöglichkeiten relativ gering sind. Zum anderen aber entstand bei fetten Pulvern ein deutlich erhöhter Förderwiderstand im Rohrkühler, der zu einer entsprechenden Leistungsminderung dieses Kühlers führte. Diese Erscheinung machte allerdings den möglichen Unterschied in der verbrauchten Kühlleistung weniger deutlich, weshalb diesem Problem bisher kaum Beachtung geschenkt wurde.

Von dieser Erkenntnis als erstem Schritt in Richtung zur Er­ findung ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Betrieb solcher Anlagen zeit- und energiemäßig zu ver­ bessern, insbesondere was den Energieverbrauch bei der För­ derung durch den Kühler betrifft.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, daß ein vorzugsweise mechanischer Energieeintrag während der Schlagbeanspruchung und/oder ein Energieaustrag durch Verän­ derung der Kühlleistung an den Grundstoff angepaßt wird, wobei diese Anpassung derart erfolgt, daß bei Verarbeitung eines Grundstoffes mit geringerem Fettgehalt bzw. niederer Temperatur ein großer Energieeintrag und bei Verarbeitung eines Grund­ stoffes mit höherem Fettgehalt bzw. hoher Temperatur ein gerin­ ger Energieeintrag vorgenommen wird und/oder anschließend die Kühlleistung für das hergestellte Pulver zumindest annähernd in Abhängigkeit von Fettgehalt bzw. Temperatur angepaßt wird. Durch diese besonderen Schritte werden in vorteilhafter Weise die Energieaufwendungen lediglich nur so hoch getrieben, als diese tatsächlich erforderlich sind, wobei die Regelmöglich­ keiten erweitert werden. Im Vergleich zu den bisher angewandten Verfahren bzw. Methoden erzielt man eine deutliche Kosten- und (mindestens durch einen ersparten Werkzeugwechsel) auch Zeiter­ sparnis.

Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschla­ gen, daß der mechanische Energieeintrag durch Veränderung der Drehzahl bzw. der Drehgeschwindigkeit des Rotors der Schlagmüh­ le angepaßt wird, wobei die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Rotors an den Fettgehalt und an die Temperatur des Grund­ stoffes angepaßt wird. Hierdurch erfolgt in einfacher Weise die angestrebte Optimierung in energie-wirtschaftlicher Hin­ sicht. Diese kann weiter noch dadurch verbessert werden, daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Rotors während der Schlagbeanspruchung des Grundstoffes dessen Zuführtemperatur angepaßt wird, wobei diese Änderung schrittweise oder konti­ nuierlich durchführbar ist.

Fernerhin wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorge­ schlagen, daß der Energieaustrag durch Veränderung der Kühl­ leistung derart vorgenommen wird, daß der für die Durchführung des Energieaustrages vorgesehene Energieaufwand an die Tempera­ tur des den Arbeitsprozeß bereits durchlaufenen Pulvers an­ gepaßt wird. Diese besondere Maßnahme steigert den Wirkungs­ grad beträchtlich und spart somit vorteilhaft Energie.

Bei einer Mühle zur Durchführung des oben beschriebenen Ver­ fahrens wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß für den mechanischen Energieeintrag eine Drehzahl-Wähleinrichtung für den Antrieb des Rotors vorgesehen ist, die vorzugsweise durch ein Wechselgetriebe, ein PIV-Getriebe, einen polumschaltbaren Wechselstrommotor oder einen mit frequenzabhängiger Geschwin­ digkeit antreibbaren Elektromotor gegeben ist, der von einem steuerbaren Frequenzumformer gespeist ist. Diese konstruktiven Maßnahmen ermöglichen besonders vorteilhaft die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Weiters wird in konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung vor­ geschlagen, daß eine Wähleinrichtung zur Einstellung der Kühl­ leistung vorgesehen ist, die mindestens eine Überbrückungslei­ tung aufweist, welche die wirksame Länge von einer den Kühler bildenden, vorzugsweise mäanderförmig angeordneten Kühlrohrlei­ tung reduziert. Hierdurch kann die Kühlleistung sehr einfach an die tatsächlichen Erfordernisse angepaßt werden und nicht er­ forderliche Mehrleistungen vermieden werden.

Jede Überbrückungsleitung ist erfindungsgemäß über vorzugswei­ se fernbedienbare Rohrweichen in die Kühlrohrleitung schaltbar. Weiters wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Rohr­ weichen mehrere Auslässe und Einlässe aufweisen, an die Über­ brückungsleitungen mit unterschiedlicher Länge angeschlossen sind, welche Überbrückungsleitungen eine selektiv wirksame Ver­ kürzung der Kühlrohrleitung bilden. Hierdurch kann vorteilhaft einfach der Energieaufwand zur Kühlung je nach Erfordernis variiert werden.

Schließlich wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß Fett- und Temperatursensoren vorgesehen sind, deren Ausgangssi­ gnale einem Mikroprozessorsystem zugeführt sind, das zur Pro­ grammsteuerung des minimal erforderlichen Energieeintrages und/oder des minimal erforderlichen Energieaustrages vorgesehen ist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise auch bei der Verar­ beitung unterschiedlich beschaffener Grundstoffe ein automati­ scher und energiesparender Betriebsablauf erreichbar, ohne daß die Mühle bzw. der Kühler abgestellt werden muß und Umbauten durchgeführt werden müssen.

Alle die genannten erfindungsgemäßen Ausbildungen tragen zur Erreichung eines geringen Energieaufwandes sowohl auf der Seite des Energieeintrages als auch auf der Seite des Energieaustra­ ges effektiv und ökonomisch bei.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt das Schema der Kombination einer erfindungsgemä­ ßen Mühle mit einer erfindungsgemäßen Kühlanlage zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2 stellt einen vergrößerten Ausschnitt der Kühlanlage gemäß einer Variante dar.

Gemäß Fig. 1 ist an eine Kakaomühle 1 und deren Ausgang eine Rohrleitung 2 angeschlossen, die in Kühlschlangen 3, 4, 5 über­ geht und in einem Zyklon 6 endet, der mit der Saugseite eines Gebläses 7 verbunden ist. Die Druckseite dieses Gebläses 7 ist vorzugsweise mit dem Mühleninneren verbunden, um Spülluft bereitzustellen. Dadurch ist ein geschlossener Kreislauf ge­ schaffen, der die Belastung der Umwelt möglichst gering hält. Die Ausbildung der Mühle bzw. des durch die Mühle geführten Abschnittes des Luftkreislaufes entspricht vorzugsweise der DE-A-41 24 855. Auf die darin beschriebene Stiftenmühle bezieht sich die vorliegende Erfindung vorzugsweise, zumal eine solche Stiftenmühle auch sehr zweckmäßig zum Auflösen von Agglomera­ ten eines Kakaofilterkuchens geeignet ist. Es sei aber erwähnt, daß auch andere schlagausübende Mühlen, wie insbesondere mit Schlagleisten, Messern und/oder Brechkanten besetzte Rotoren von Mühlen mit oder ohne Statorwerkzeugen Verwendung finden können. Um den Energieeintrag in das im Sinne eines Pfeiles 8 zugeführte, zu vermahlende Produkt zu beeinflussen bzw. zu steuern, ist der Motor M der Mühle 1 mit einer Geschwindig­ keitswähleinrichtung 9 verbunden. Obwohl diese Wähleinrichtung 9 auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein kann, ist es bevorzugt, die Wähleinrichtung 9 mit einem Frequenzwandler 10 zu versehen, der über einen Wahlschalter 11 zur Veränderung der Drehzahl, vorzugsweise in Stufen, gegebenenfalls aber auch stu­ fenlos, verstellbar ist. Je nach Durchführung des Prozesses und der damit verbundenen Erwärmung des zu vermahlenden Gutes und seines Fettgehaltes wird der Wahlschalter 11 derart einge­ stellt, daß bei Ausgangsmaterial höheren Fettgehaltes (z. B. 22 bis 24%) und einer gewissen Mindesttemperatur dieses Gutes (z. B. über 36°C) die niedrigste Drehzahl angewählt wird, hinge­ gen bei einem geringem Fettgehalt, z. B. 10 bis 12% und im kalten Zustand entsprechend dem Pfeil 8 der Mühle 1 zugeführtem Ausgangsmaterial die höchste Drehzahl eingestellt wird.

Es versteht sich, daß dieser Einstellvorgang gegebenenfalls auch automatisiert werden könnte, indem beispielsweise in der vor der Mühle 1 entlang des Pfeiles 8 gelegenen Weges die Temperatur bzw. der Fettgehalt mit entsprechenden Sensoren be­ stimmt und beispielsweise über einen Mikroprozessor automatisch eingestellt wird, so daß der Wahlschalter 11 durch eine der­ artige Automatik ersetzt wird. Während für eine on-line-Tempe­ raturmessung zahlreiche verschiedene Sensoren und Anordnungen dem Fachmanne bekannt sind, eignet sich für die on-line-Messung des Fettgehaltes besonders ein Interferometer, wie es etwa in der WO 90/10 191 beschrieben ist. Zusätzlich kann ein Tempera­ tursensor vorteilhaft sein.

Auf diese Weise ist es also möglich, rasch und ohne Stillstand der Mühle 1 eine Anpassung von deren Energieeintrag in das zu vermahlende Produkt herbeizuführen.

Anderseits versteht es sich, daß je nach Energieeintrag, und damit verbunden, je nach Erwärmung des über die Leitung 2 aus­ tretenden Produktes eine unterschiedliche Kühlleistung erfor­ derlich ist. Wenn auch die hier dargestellte Leitung 2 die Kühlschlangen 3, 4, 5 mit der Mühle 1 unmittelbar verbindet, so ist dies doch keineswegs Bedingung, vielmehr können Zwischen­ stufen zwischengeschaltet sein. Die Kühlung im Kühler 3, 4, 5 erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die Rohrschlangen 3, 4, 5 doppelwandig ausgeführt sind, wobei im äußeren Ringraum eine Kühlsole zirkuliert, die die Wärme über ein Kälteaggregat ab­ führt. Im Rahmen der Erfindung ist es wohl möglich, die Durch­ flußgeschwindigkeit dieser Kühlsole zu verändern, doch verän­ dert sich damit auch ihre Verweilzeit innerhalb des Kühlag­ gregates. Günstiger ist daher die aus Fig. 1 ersichtliche Lö­ sung, bei der eine Veränderung der wirksamen Kühlrohrlänge da­ durch erreicht wird, daß sich die Kühlschlange 5 durch eine Überbrückungsleitung 12 kurzschließen läßt, so daß sie dann stillgelegt ist. Selbstverständlich kann eine Mehrzahl solcher Überbrückungsleitungen 12 vorgesehen sein, beispielsweise um wahlweise jede zweite Schlange oder jede dritte zu überbrücken.

Im Prinzip wäre es möglich, einfach Anschlüsse für die Über­ brückungsleitung 12 vorzusehen und diese im Bedarfsfall jeweils anzuschließen. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn zur raschen Umschaltung mindestens an einem Ende der Überbrückungsleitung 12 eine Rohrweiche 13 vorgesehen ist, wobei die Anordnung zwei­ er solcher Weichen 13 jeweils an einem Ende der Überbrückungs­ leitung 12 bevorzugt ist. Mit solch einer Weiche ist leicht auch eine Automatisierung mit Hilfe eines den Fettgehalt be­ stimmenden Gerätes, insbesondere gemäß der WO 90/10 191, und/oder einem Temperatursensor möglich.

Die Ausbildung der Rohrweichen kann an sich beliebig sein, doch ist die Wahl einer solchen mit möglichst geringer Rohrkrümmung vorteilhaft. Günstig ist beispielsweise eine Kükenweiche gemäß der DE-A-31 02 384, bei der die Drehachse senkrecht zu einer durch die Weichenkanalachse verlaufenden Ebene liegt. Besonders günstig ist eine Kreuzungsweiche, wie sie beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung OKFE vertrieben wird, da dann der Aufwand geringer ist und außerdem keine offenen Rohr­ enden verbleiben können, durch welche eine Kontaminationsgefahr gegeben sein kann.

Mit einer Anordnung gemäß Fig. 1 kann selbstverständlich nur die Länge einer vollen Rohrschleife 5 kurzgeschlossen werden. Wollte man kürzere Längen wahlweise einstellen, so kann die Ausbildung gemäß Fig. 2 getroffen sein. In dieser Fig. ist die Kühlschleife 5 längs abgerissen dargestellt, an deren Ende sich Rohrweichen 113 befinden. Diese Rohrweichen 113 können im Prin­ zip ähnlich ausgestaltet sein, wie die Weiche 13, besitzen aber einen zusätzlichen Auslaß 14, an den eine gegenüber der Über­ brückungsleitung 12 längere Überbrückungsleitung 112 ange­ schlossen ist. Diese längere Überbrückungsleitung 112 kann beispielsweise der halben Länge der Kühlschleife 5 entsprechen oder einem anderen Bruchteil davon. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn mindestens die Überbrückungsleitung 112 als doppelmantelige Kühlrohrleitung ausgebildet ist, gegebenenfalls aber auch die kürzere Leitung 12.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die Anordnung zweier Überbrückungsleitungen 12, 112 beschränkt ist, sondern daß gewünschtenfalls eine Vielzahl davon vorhanden sein kann.

In diesem Falle wird es günstig sein, als Rohrweiche eine Trommelrohrweiche zu verwenden, bei der sich die Drehachse der Rohrweiche etwa parallel zur Achse des Weichenkanales (in einem Endabschnitt damit fluchtend) erstreckt.

Da die beiden Weichen 13 bzw. 113, die jeweils an einem Ende der Überbrückungsleitung 12 bzw. 112 liegen, in einander zugeordneten Positionen eingestellt sein müssen, ist es zweckmäßig, ihnen einen gemeinsamen Antrieb, beispielsweise in Form eines gemeinsamen Motors MW zuzuordnen. Alternativ kann der gemeinsame Antrieb zwar zwei gesonderte, jeweils einer Weiche 13 bzw. 113 zugeordnete Motoren umfassen, die aber an eine gemeinsame Steuereinrichtung angeschlossen sind.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Grund­ stoffen wie Früchte od. dgl. mit unterschiedlichem Fettgehalt und unterschiedlicher Temperatur, insbesondere zur Herstellung von Kakaopulver in einer Schlagmühle, das zunächst durch Schlagbeanspruchung zerkleinert und anschließend in einem Kühler gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein, vorzugs­ weise mechanischer, Energieeintrag während der Schlagbeanspru­ chung und/oder ein Energieaustrag durch Veränderung der Kühl­ leistung an den Grundstoff angepaßt wird, wobei diese Anpas­ sung derart erfolgt, daß bei Verarbeitung eines Grundstoffes mit geringerem Fettgehalt bzw. niederer Temperatur ein großer Energieertrag und bei Verarbeitung eines Grundstoffes mit höhe­ rem Fettgehalt bzw. hoher Temperatur ein geringer Energieein­ trag vorgenommen wird und/oder die Kühllänge für das herge­ stellte Pulver zumindest annähernd in Abhängigkeit vom Fett­ gehalt bzw. Temperatur angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Energieeintrag durch Veränderung der Dreh­ zahl bzw. der Drehgeschwindigkeit des Rotors der Schlagmühle angepaßt wird, wobei die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Rotors an den Fettgehalt und an die Temperatur des Grundstoffes angepaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Rotors während der Schlagbeanspruchung des Grundstoffes dessen momentaner Temperatur angepaßt wird, wobei diese Änderung schrittweise oder kontinuierlich durchführbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Energieaustrag durch Veränderung der Kühl­ leistung derart vorgenommen wird, daß der für die Durchführung des Energieaustrages vorgesehene Energieaufwand an die Tempera­ tur des den Arbeitsprozeß bereits durchlaufenen Pulvers ange­ paßt wird.

5. Mühle zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den mechanischen Energieeintrag eine Drehzahl-Wähleinrichtung (9, 11) für den Antrieb des Rotors vorgesehen ist, die vorzugs­ weise durch ein Wechselgetriebe, ein PIV-Getriebe, einen polum­ schaltbaren Wechselstrommotor oder einen mit frequenzabhängiger Geschwindigkeit antreibbaren Elektromotor (M) gegeben ist, der von einem steuerbaren Frequenzformer (10) gespeist ist.

6. Mühle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Fett- und Temperatursensoren vorgesehen sind, deren Ausgangs­ signale einem Steuersystem, vorzugsweise einem Mikroprozessor­ system zugeführt sind, das zur Programmsteuerung des minimal erforderlichen Energieeintrages vorgesehen ist.

7. Kakaopulverkühler zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer eine Anzahl von Windungen (3 und 4 bzw. 5) aufweisenden Kühlrohrleitung (3-5), dadurch gekennzeichnet, daß eine Wähleinrichtung (13, 113) zur Einstellung der Kühlleistung vorgesehen ist, die mindestens eine Überbrückungsleitung (12; 112) aufweist, durch welche die wirksame Länge (2, 3, 4, 5) veränderbar ist.

8. Kühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Überbrückungsleitung (12, 112) über mindestens eine, vorzugsweise fernbedienbare, Rohrweiche (13, 113) in die Kühl­ rohrleitung (2 bis 5) schaltbar ist.

9. Kühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrweichen (113) mehrere Auslässe und Einlässe (14) aufweisen, an die Überbrückungsleitungen (12, 112) mit unter­ schiedlicher Länge angeschlossen sind, welche Überbrückungslei­ tungen eine selektiv wirksame Verkürzung der Kühlrohrleitungen (2 bis 5) bilden.

10. Kühler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzei­ chnet, daß wenigstens eine Rohrweiche (13; 113) als Drehrohr­ weiche, vorzugsweise als Kükenweiche ausgebildet ist.

11. Kühler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrweiche als Kreuzungs­ weiche ausgebildet ist.

12. Kühler nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Fett- und Temperatursensoren vorgesehen sind, deren Ausgangssignale einem Steuersystem, vorzugsweise einem Mikroprozessorsystem zugeführt sind, das zur Programm­ steuerung des minimal erforderlichen Energieaustrages vorgese­ hen ist.