Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von eßbaren, zumindest aber zum überwiegenden Teil oder zur Ganze verrottbaren, dünnwandigen Formkorpern, wie z B Becher, Teller, Fast-Food-Verpackungen, Trays, ebene Blatter und dergleichen

Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem ein Verfahren zur Herstellung solcher Formkor- per, bei welchem eine auf Kohlehydratbasis hergestellte Backmasse auf den unteren Formteil einer mehrteiligen vorzugsweise zweiteiligen Form aufgebracht wird, die Backmasse in der Form ausgebacken wird und das entstandene Produkt erforderlichenfalls konditioniert wird

Die vorliegende Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Herstellung von geschäumten, dünnwandigen Formkorpern, wie z.B. Becher, Teller, Fast-Food-Verpackungen, Trays, ebene Blat¬ ter und dergleichen, aus Backmassen, die auf Kohlehydratbasis hergestellt wurden und sich wah¬ rend des Backprozesses in der Backform ausdehnen

Als Kohlehydrate kommen neben Starken und modifizierten Starken und Mehlen auch Cellulosepro- dukte in Frage

Stand der Technik

Die bekannten Verfahren zur Herstellung der genannten Formkorper beruhen auf dem Ausbacken der Backmassen in beheizten Backformen, die über die Gestalt ihrer, für den Kontakt mit der Backmasse bestimmten Backflachen die Gestalt des fertigen Produktes und mit dem gegenseitigen Abstand dieser Backflachen die Wandstarke des fertigen Produktes bestimmen

Die prinzipiellen Schritte in diesem Backvorgang sind

1 Aufwarmen der Backmasse wahrend des Einbringens einer genau dosierten Menge an Backmasse in die geöffnete Backform und wahrend des Schließens der Backform, wobei auch eine mecha¬ nische Teigverteilung durch den oberen Teil der Backform erfolgt

2 Beginn der Dampfentwicklung durch Verdampfen des in der Backmasse enthaltenen Wassers, sobald an den Kontaktflachen zwischen der Backmasse und den heißen Backflachen der Back¬ form der Siedepunkt überschritten wird

3 Ausfüllen der Backform (bzw des von den Backfiachen der Backform begrenzten inneren Back¬ raumes der Backform) mit Backmasse durch den durch die Dampfentwicklung erzeugten Dampf¬ stoß Nach etwa 5 bis 20 Sekunden, zumeist nach etwa 10 bis 15 Sekunden wird ein Druckma¬ ximum in der Backform erreicht, danach fallt der Innendruck in der Backform innerhalb von weiteren 10 bis 45 Sekunden, bei optimalem Backverhalten der Backmasse innerhalb von 10 bis 35 Sekunden rasch ab

4 Parallel dazu verkleistern die Starkeanteile der Backmasse weitgehend Die Dampfentwick¬ lung bringt die Ausbildung der porösen Struktur innerhalb der Backmasse mit sich, zumal

das Material noch weich und noch nicht formbeständig ist Am fertigen Produkt lassen sich bei Betrachtung von Querschnitten im Mikroskop und im Elektronenmikroskop 5 Schichten un¬ terscheiden, welche drei Arten von Strukturzonen zuzuordnen sind

(a) Außenhaut mit ca 25-50 Mikron an den, an der Innenseite und an der Außenseite (bzw an der Oberseite und an der Unterseite) des Formkorper liegenden Kontaktflachen zwi¬ schen dem Formkorper und den heißen Backflachen der Backform - sehr kleine Poren,

(b) Zwischenschicht von ca 300 - 600 Mikron in den beiden, an die Außenhaut jeweils nach innen anschließenden Bereichen des Formkorpers - mittelgroße, flache Poren,

(c) Kernschicht des Formkorpers mit großen, überwiegend kugelförmigen Poren geringer Dichte mit guter thermischer Isolierung

5 Nach dem Entfernen der Hauptmenge an Wasser aus der Backmasse steigt die Temperatur im Formkorper, beginnend mit der Außenhaut zunehmend bis auf die Temperatur der jeweiligen Backflache an Die Fixierung der Struktur innerhalb der Backmasse (Übergang vom weichen Zustand der Backmasse in den harten, glasartigen Zustand) erfolgt aber erst mit dem weit¬ gehenden Verdampfen des Wassers Dies geschieht zuerst in der Außenhaut des Formkorpers im Zentrum des Formkorpers aber erst gegen Ende der Backzeit

6 Erst wenn auch das Zentrum genügend erhitzt und das Restwasser hier soweit entfernt ist, daß der Glaspunkt des Formkorpers überschritten wird, kann die Backform geöffnet werden, ohne daß noch Dampfreste zu einem Aufblähen des Formkorpers und zum Delaminieren seiner Struktur fuhren können

Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß das Einbringen von genügend Wärmeenergie in den Zen¬ trumsbereich des Formkorpers, um hier den Ausbackvorgang und die Wasserentfernung voranzutrei¬ ben - dies wird durch die isolierende Wirkung der Mittelschicht verzögert -, der bestimmende Faktor für die Gesamtbackzeit ist

In der Patentliteratur finden sich lediglich Hinweise auf kurzzeitige Wippvorgange nach dem Einbringen einer dosierten Menge an Backmasse in die geöffnete Backform zur schnellen, gleich¬ mäßigen Verteilung der Backmasse innerhalb der Backform und für ein gewisses vorzeitiges Aus¬ dampfen der Backmasse zum Abfangen der Dampfdruckspitze

Die US-PS 5,336 511 beschreibt für Pita-Tuten ein Verfahren mit einem Formkern und einem da¬ von getrennten Ausbackkern um die spezifische Struktur dieser Backware zu erzielen Hier ist die Position der Kerneinsatze beim Formen und Ausbacken zeitweise nicht fixiert, wodurch ein "Aufschwimmen" der Kerneinsatze in der Backmasse möglich wird, verbunden mit einer Vergröße¬ rung des gegenseitigen Abstandes der Backflachen wahrend des Backvorganges Dies durfte sich auf die Backzeit verlängernd auswirken

Die Anmeldung WO 95/00023 betrifft das Herstellen verdichteter Tuten durch ein kurzzeitiges starkes Komprimieren des Backteiges in der Anfangsphase des Backens Vor und insbesondere nach diesem Komprimierstoß wird ein vergleichsweise weiter Abstand (2- bis 3-fache Endwand¬ starke) der Formteile eingehalten, offenbar um ein Ausdampfen trotz Komprimierung zu erleich-

tern, und diese Position der Formteile wird für den Großteil der Backzeit gehalten (It Anga¬ be 100-110 see ) Erst in der Schlußphase (Angabe 60 see) wird wiederum komprimiert und fer¬ tig gebacken Auch hier sind, wie sich aus dem weiten Abstand der Backflachen in der Zwischen¬ phase und den Angaben zur Backzeit - mehr als 160-170 see - ergibt normale bis verlängerte Backzeiten erforderlich

Die genannten Formkorper werden üblicherweise in langgestreckten Backofen hergestellt, in denen jeweils mit einer Backform ausgestattete Backzangen untereinander zu einer endlose Ket¬ te verbunden sind und innerhalb des jeweiligen Backofens eine in sich geschlossene Bewegungs¬ bahn durchlaufen Wahrend eines Umlaufes der Backzangenkette im Backofen passiert jede Back¬ zange eine Aufgießstation, in der die Backmasse in die geöffnete Backform der geöffneten Back¬ zange eingebracht wird Nach der Aufgießstation werden Backform und Backzange geschlossen und verriegelt und die Backzange durch einen Backraum transportiert, in welchem die Backzange von außen beheizt wird, wahrend im Inneren der Backform der Backprozeß ablauft Anschließend ge¬ langt die Backzange zu einer Ausgabestation, wo die Backzange entriegelt und der gebackene Formkorper aus der geöffneten Backform der geöffneten Backzange ausgegeben und aus dem Back¬ ofen hinaustransportiert wird Das allfallige Konditionieren der gebackenen Formkorper er¬ folgt außerhalb des Backofens

Bei den bekannten Backofen werden Backzangen zum Herstellen der geschäumten, dünnwandigen Formkorper verwendet, bei denen jeweils eine oder mehrere Backformen in der Backzange aufge¬ nommen sind, deren innerer, von den Backflachen der jeweiligen Backform begrenzter Backraum nach dem Schließen der Backformen und der Backzange nicht mehr verändert werden kann Bei einer bekannten Backzange besteht die in ihr enthaltene Backform aus zwei, jeweils in einem eigenen Zangenteil zwischen einem seitlichen Scharnierabschnitt und einem seitlichen Endabschnitt aufgenommenen Formhalften, die durch eine Haupt-Formtrennungsebene getrennt und an ihren einander zugewandten Vorderseiten mit Backflachen versehen sind Bei geschlossener Backzange liegen die Backflachen der beiden Formhalften einander mit Abstand gegenüber und begrenzen zumindest einen inneren Backraum, in dem der jeweilige Formkorper geschäumt und ge¬ backen wird Die beiden Zangenteile sind an ihren Scharnierabschnitten durch ein Scharnier mit zur Haupt-Formtrennungsebene paralleler Schwenkachse schwenkbar verbunden und können bei geschlossener Backzange an den, dann einander gegenüberliegenden, seitlichen Endabschnitten durch zumindest eine, bei geschlossener Backzange zum Geschlossenhalten der Backzange betatig- bare Haltevorrichtung verbunden werden Die seitlichen Endabschnitte der beiden Zangenteile liegen bei geschlossener Backzange über Distanzbolzen aneinander an und tragen die miteinan¬ der in und außer Eingriff bringbaren Vorπchtuπgsteile der Haltevorrichtung

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von eßbaren, zumindest aber zum überwiegenden Teil oder zur Ganze verrottbaren, dünnwandigen Formkorpern zu verbessern

Zur Losung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine auf Kohlehydratba- sis hergestellte Backmasse auf den unteren Formteil einer Backform aufgebracht, die Backform geschlossen und die Backmasse in der Backform zu einem Formkorper gebacken wird, der aus der Backform entnommen wird Der entstandene Formkorper kann anschließend auf einen vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 1 - 4 Gew -% oder im Bereich von 8 und mehr Gew -% kondi¬ tioniert werden Dieses Verfahren ist erfmdungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Vorbackzeit bei geschlossener Backform und bei gegenüber der endgültigen Wandstarke des Form¬ korpers vergrößerten Wandstarke das vorgebackene Produkt nach Erreichen des Dampfdruckmaxi¬ mums, spätestens jedoch vor dem Ausharten der Mittelschicht des Formkorpers, auf die endgülti¬ ge Wandstarke des Formkorpers komprimiert und fertig gebacken wird.

Es hat sich für den Fachmann in überraschender Weise gezeigt, daß dadurch eine signifikante Reduktion der Backzeit bei der Herstellung solcher, nach der Waffelbacktechnik hergestellter Formkorper zu erzielen ist Von dem erfindungsgemaßen Komprimiervorgang, der nach einer Vor¬ backzeit, wahrend der die Backmasse in der geschlossenen Backform bei einer gegenüber der end¬ gültigen Wandstarke des Formkorpers vergrößerten Wandstarke vorgebacken wird, nach Erreichen des Dampfdruckmaximums an dem vorgebackenen Produkt vorgenommen wird, ist vor allem die zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgehartete Mittelschicht des Formkorpers betroffen Bei dem er¬ findungsgemaßen Komprimiervorgang wird das vorgebackene Produkt vor dem Ausharten der Mittel¬ schicht auf die endgültige Wandstarke des Formkorpers komprimiert und fertig gebacken Die Verkürzung der Backzeiten hegt im Bereich von 5% bis über 50% der bisher erforderlichen

Die Vorbackzeit betragt vorzugsweise zwischen etwa 90% und etwa 10% der Gesamtbackzeit Vorteilhafterweise betragt die Wandstarke des Formkorpers wahrend der Vorbackzeit nicht mehr als das 4-fache, vorzugsweise etwa das 2,7 bis 2-fache der endgültigen Wandstarke des Formkor¬ pers

Die Komprimierung kann sowohl in einem Schritt als auch stufenweise oder kontinuierlich zu¬ nehmend erfolgen

Es hat sich weiters als vorteilhaft herausgestellt, wenn nach erfolgter Komprimierung zur lokalen Druckentlastung des Formkorpers eine zumindest kurzzeitige Rücknahme der Komprimie¬ rung auf maximal die Vorbackwandstarke, bevorzugt auf etwa das Doppelte der endgültigen Wand¬ starke des Formkorpers vorgenommen wird

Ohne die tatsächlichen Ursachen für den die Backzeit verkürzenden Effekt angeben zu können, ist doch zu vermuten

1 daß durch eine Kompression der wenig dichten, noch weichen Mittelschicht deren thermische Iso erwirkung verringert wird,

2 daß durch eine Verringerung des gegenseitigen Abstandes der Backflachen der Wärmeübergang begünstigt wird

Das bekannte, anfängliche Wippen vor dem Erreichen der Dampfdruckspitze wird davon nicht be-

ruhrt und ist, wegen der vergleichsweise kurzen Dauer, vermutlich hinsichtlich einer anfälli¬ gen Verlängerung oder Verkürzung der Backzeit wenig relevant

Zu bemerken wäre noch, daß allfallige Gravuren in den Backflachen, die zu an der Formkorper- oberflache nach außen vorspringenden Rippen, Graten und dergleichen fuhren, in den angespro¬ chenen Wandstarken nicht enthalten sind. Diese Wandstarkeangaben beziehen sich nur auf die sogenannte Kernstarke der nach der Waffelbacktechnik hergestellten Formkorper. Zur Losung dieser Aufgabe wird weiters eine Backzange zum Herstellen von geschäumten, dünn¬ wandigen Formkorpern vorgeschlagen, in der eine Backform aufgenommen ist, die aus zwei Form¬ halften besteht, die jeweils in einem eigenen Zangenteil zwischen einem seitlichen Scharnier¬ abschnitt und einem seitlichen Endabschnitt aufgenommen sind Diese Formhälften sind durch eine Haupt-Formtrennungsebene getrennt und an ihren einander zugewandten Vorderseiten mit Backflachen versehen, die bei geschlossener Backzange einander mit Abstand gegenüberliegen und zumindest einen inneren Backraum begrenzen, in dem die Backmassen geschäumt und gebacken werden Die beiden Zangenteile sind an ihren Scharnierabschnitten durch ein Scharnier schwenk¬ bar miteinander verbunden und können bei geschlossener Backzange an ihren dann einander gegen¬ überliegenden, seitlichen Endabschnitten durch zumindest eine Haltevorrichtung miteinander verbunden werden, die bei geschlossener Backzange zum Geschlossenhalten der Backzange betä¬ tigt wird Die seitlichen Endabschnitte der beiden Zangenteile tragen die miteinander in und außer Eingriff bringbaren Vorrichtungstelle der Haltevorrichtung

Diese Backzange ist erfmdungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß zum Verandern des Volumens des inneren Backraumes ihrer Backform die beiden Zangenteile bei geschlossener Backzange und geschlossener Haltevorrichtung zueinander und auseinander bewegbar ausgebildet sind, wobei für die beiden Scharnierabschnitte der Zangenteile zwei verschiedene, zueinander und zur Haupt-Formtrennungsebene parallele Schwenkachsen vorgesehen sind, die zum Verandern des Volu¬ mens des inneren Backraumes der Backform gegeneinander verstellbar sind

Diese Ausbildung erlaubt es, die in der geschlossenen Backform eingeschlossene Backmasse wah¬ rend des Backprozesses zu komprimieren

Erfmdungsgemaß können die zwei Schwenkachsen des Scharnieres von einem gekröpften Scharnier- bolzen gebildet werden, dessen Kröpfungen jeweils einen im Scharnierabschnitt des einen Zan- genteiles drehbar gelagerten Achsabschnitt mit einem dazu exzentrisch angeordneten, im Schar¬ nierabschnitt des anderen Zangenteiles drehbar gelagerten Achsabschnitt verbinden Erfmdungsgemaß kann das Scharnier mit zwei gekröpften Scharnierbolzen versehen sein, die jeweils zwei zueinander exzentrisch angeordnete Lagerzapfen besitzen, die jeweils in einem der Scharnierabsehnitte drehbar gelagert sind

Erfmdungsgemaß kann ein quer zu den beiden Schwenkachsen des Scharnieres angeordneter Schwenkhebel vorgesehen sein, der mit einer der beiden Schwenkachsen drehfest verbunden ist und bei geschlossener Backzange und geschlossener Haltevorπchtung quer zu den beiden Schwenk¬ achsen verschwenkbar ist, um die beiden Zangenteile relativ zueinander zu bewegen

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird ein Ausfuhrungsbeispiel einer Backzange zur Herstellung von geschäumten, dünnwandigen Formkorpern anhand der Zeichnungen naher erläutert In den Zeichnungen zeigen Fig 1 eine Stirnansicht einer aufgeklappten Backzange, Fig 2 eine geschlossene Backzange mit abgesenktem oberem Zangenteil ohne Backform im Querschnitt, Fig 3 einen horizontalen Querschnitt des Backzangenscharnieres und Fig 4 einen vertikalen Querschnitt des Backzangen- scharnieres der Backzange, bei angehobenem oberen Zangenteil

Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen

Die Zeichnungen zeigen eine Backzange 1 zum Herstellen von geschäumten, dünnwandigen Formkor¬ pern aus sich wahrend des Backprozesses ausdehnenden Backmassen mit einer, in der Backzange 1 aufgenommenen Backform, die aus zwei jeweils in einem eigenen Zangenteil 2, 3 zwischen einem seitlichen Scharnierabschnitt 2a, 3a und einem seitlichen Endabschnitt 2b, 3b aufgenommenen Formhalften 4, 5 die durch eine Haupt-Formtrennungsebene getrennt sind und an ihren einander zugewandten Vorderseiten mit Backflachen 4a, 5a versehen sind Bei geschlossener Backzange 1 liegen die Backflachen 4a, 5a der beiden Formhalften 4, 5 einander mit Abstand gegenüber und begrenzen zumindest einen inneren Backraum, in dem der jeweilige Formkorper geschäumt und ge¬ backen wird

Die beiden Zangenteile 2, 3 sind an ihren Scharnierabschnitten 2a, 3a durch ein Scharnier 7 schwenkbar miteinander verbunden, das für die beiden Scharnierabsehnitte 2a, 3a zwei verschie¬ dene, zueinander und zur Haupt-Formtrennungsebene parallele Schwenkachseπ 8, 9 aufweist Bei geschlossener Backzange 1 liegen die beiden Schwenkachsen 8, 9 in einer im wesentlichen hori¬ zontalen Ebene hintereinander Die in Fig 4 vordere Schwenkachse 8 ist dem unteren Zangen¬ teil 3 zugeordnet und die in Fig 4 hintere Schwenkachse 9 ist dem oberen Zangenteil 2 zuge¬ ordnet

Der innere Backraum wird an seinen äußeren Seitenrandern durch, in der Zeichnung nicht darge¬ stellte, obere und untere, seitliche Abschlußleisten begrenzt Die oberen Abschlußleisten sind an den, quer zu den Schwenkachsen 8, 9 des Scharnieres 7 verlaufenden äußeren Randern der oberen Formhalfte 4 befestigt und stehen über deren Backflache 4a nach unten vor Die un¬ teren Abschlußleisten sind an den, parallel zu den Schwenkachsen 8, 9 des Scharnieres 7 ver¬ laufenden äußeren Randern der unteren Formhalfte 5 befestigt und stehen über deren Backflache 5a nach oben vor Bei geschlossener Backzange stehen die oberen Abschlußleisten über die dann einander gegenüberliegenden Backflachen beider Formhalften 4, 5 nach unten vor und die unte¬ ren Abschlußleisten über die dann einander gegenüberliegenden Backflachen beider Formhalften 4, 5 nach oben

Die bei geschlossener Backzange 1 einander gegenüberliegenden, seitlichen Endabschnitte 2b, 3b der beiden Zangenteile 2, 3 tragen die miteinander in und außer Eingriff bringbaren Vor-

richtungstelle 12a, 12b einer von außen betatigbaren Haltevorrichtung zum Geschlossenhalten der Backzange 1 Bei geschlossener Backzange können die Vorrichtungstelle 12a, 12b der Halte¬ vorrichtung miteinander in Eingriff gebracht werden Die Haltevorrichtung verbindet dann die beiden Zangenteile 2, 3 auf der dem Scharnier 7 gegenüberliegenden Seite der Backzange 1 an den seitlichen Endabschnitten 2b, 3b.

Die beiden Schwenkachsen 8, 9 des Scharnieres 7 werden von einem gekröpften Scharnierbolzen gebildet, dessen Kröpfungen jeweils den im Scharnierabschnitt 2a des einen Zangenteiles 2 drehbar gelagerten Achsabschnitt 9a mit einem dazu exzentrisch angeordneten, im Scharnierab¬ schnitt 3a des anderen Zangenteiles 3 drehbar gelagerten Achsabschnitt 8a verbinden

Das Scharnier 7 ist mit zwei gekröpften Scharnierbolzen versehen sein, die spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und jeweils eine im Scharnierabschnitt 3a des unteren Zangenteiles 3 angeordneten Lagerzapfen 8a und einen dazu exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 9a im Schar¬ nierabschnitt 2a des oberen Zangenteiles 2 besitzen

Das Scharnier 7 ist mit einem, quer zu beiden Schwenkachsen 8, 9 angeordneten Schwenkhebel

13 versehen, der mit der in Fig 4 hinteren Schwenkachse 9 drehfest verbunden ist und an sei¬ nem freien Ende eine Steuerrolle 14 tragt, die für den Eingriff mit im Backofen angeordneten Führungsleisten 15 vorgesehen ist

Am freien Ende des oberen Zangenteiles 2 ist ebenfalls eine Steuerrolle 16 vorgesehen, die für den Eingriff mit im Backofen angeordneten Führungsleisten 17 vorgesehen ist

Bei geschlossener Backzange 1 und geschlossener Haltevorrichtung wird der obere Zangenteil 2 über die mit den Führungsleisten 15 und 17 des Backofens im Eingriff stehenden Steuerrollen

14 und 16 zum unteren Zangenteil 3 hin, im wesentlichen senkrecht zur Haupt-Formtrennungsebe¬ ne der Backform abwärts bewegt, um den inneren Backraum der Backform zu verkleinern und da¬ durch die im inneren Backraum befindliche Backmasse zu komprimieren Dabei wird auf der Schar- nierseite der Backzange der gekröpfte Scharnierbolzen durch die Steuerrolle 14 und den Schwenkhebel 13 verschwenkt, wobei der Schwenkhebel 13 nach unten in die in Fig 2 dargestell¬ te Position geschwenkt und gleichzeitig die hintere Schwenkachse 9 gegenüber der Haupt-Form¬ trennungsebene der Backform nach unten bewegt wird

Zum Entlasten der im inneren Backraum der Backform eingeschlossenen Backmasse wird der obere Zangenteil 2, bei geschlossener Backzange 1 und geschlossener Haltevorrichtung, über die Steuerrollen 14 und 16, die mit anderen Führungsleisten des Backofens im Eingriff stehen, re¬ lativ zum unteren Zangenteil 3 im wesentlichen senkrecht zur Haupt-Formtrennungsebene der Backform aufwärts bewegt Dabei wird auf der Scharnierseite der Backzange der gekröpfte Schar¬ nierbolzen über den Schwenkhebel 13 nach oben verschwenkt bis der Schwenkhebel 13 an einem Anschlag 18 des unteren Scharnierabschnittes 3a anliegt Dabei wird die hintere Schwenkachse 9 gegenüber der Haupt-Formtrennungsebene der Backform nach oben bewegt