Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig mit mindestens einem Element zum Schneiden, Formen, Fördern und/oder Bestreuen von Teig, wobei das Element über mindestens einen elektrischen Antrieb mit einem Schrittmotor verfügt.

Stand der Technik

In der Lebensmittelindustrie, insbesondere im Bereich der Teigverarbeitung, werden heute üblicherweise Asynchronmotoren mit nachgeschalteten Getrieben verwendet, um Verarbeitungsmaschinen anzutreiben. Asynchronmotoren weisen typischerweise Nenndrehzahlen um die 1 500 Umdrehungen pro Minute auf. In Teigverarbeitungsmaschinen werden jedoch üblicherweise Drehzahlen im Bereich von 5 bis 20 Umdrehungen pro Minute benötigt, was die Verwendung von grossen, häufig mehrstufigen Getrieben nötig macht. Dies macht Antriebe für Teigverarbeitungsmaschinen schwer und ineffizient. Ferner entsteht eine Menge Abwärme, welche insbesondere im Bereich der Teigverarbeitung unerwünscht ist. Nachteilig ist auch die Notwendigkeit, eine Ölschmierung zu verwenden, da austretendes Öl den zu verarbeitenden Teig kontaminieren könnte. Denselben Nachteil weisen aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeiten auch Servomotoren auf.

Die US 6, 170,540 B 1 schlägt vor, im Zusammenhang mit einer Dosiereinheit einen Schrittmotor einzusetzen, um eine Pumpe der Dosiereinheit anzutreiben. Die in eine Form abgegebene Flüssigkeit oder Masse wird anhand der Anzahl Umdrehungen des Pumpenantriebsschafts gemessen. Die Anzahl Umdrehungen werden anhand einer Encoderscheibe aus Metall ausgelesen, welche auf dem Pumpenschaft angeordnet ist. Der Pumpenschaft ist über eine Kupplung mit dem Schaft des Schrittmotors verbunden. Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig zu schaffen, welche präzise gesteuert werden kann, eine hohe Effizienz aufweist und kostengünstig herzustellen ist.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig mindestens ein Element zum Schneiden, Formen, Fördern, und/oder Bestreuen von Teig. Das mindestens eine Element verfügt wenigstens über einen elektrischen Antrieb mit einem Gehäuse und einer Motorwelle. Direkt auf der Motorwelle ist eine Encoderscheibe befestigt. Mittels der Encoderscheibe ist eine Winketposition der Motorwelle bestimmbar.

Durch die Encoderscheibe kann eine Winkelposition der Motorwelle an eine Steuerungselektronik übermittelt werden. Anhand dieser Winkelposition kann die Steuerungselektronik den Schrittmotor vektorgeregelt ansteuern anstatt der üblichen Schritt- oder Teilschrittschaltung. Durch den dadurch verwendeten sinusförmigen Spannungsverlauf erfolgt die Drehung des Schrittmotors wesentlich gleichmässiger und leiser. Ferner kann der Wirkungsgrad des Schrittmotors erheblich gesteigert werden.

Dank der relativ tiefen Nenndrehzahl eines Schrittmotors können kompakte, einstufige Getriebe eingesetzt werden, was die Effizienz des Antriebs des mindestens einen Elements erhöht. Ferner kann aufgrund der tiefen Drehzahl der Getriebekomponenten eine Fettschmierung oder eine trocken laufende Untersetzung, wie z.B. Riemen, Kunststoffzahnoder Schneckenräder verwendet werden. Dadurch kann auf eine Ölschmierung verzichtet werden. Durch die Verwendung eines Schrittmotors kann auch die Menge an Abwärme, die durch den elektrischen Antrieb entsteht, reduziert werden.

Vorrichtungen zur Verarbeitung von Teig sind im Stand der Technik bekannt. Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemässen Vorrichtung um eine Vorrichtung, mittels der ein Teig zu einem Teigprodukt, wie beispielsweise einem Brot, Croissant oder ähnlich verarbeitet werden kann. Hierbei kann der Teig insbesondere auf eine bestimmte Dicke gewalzt, zu Teigstücken geschnitten und diese Teigstücke weiter verarbeitet werden, beispielsweise durch Aufwickeln. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Elemente, welche hintereinander angeordnet und jeweils für einen Bearbeitungsschritt des Teigs geeignet sind. Zwischen den einzelnen Elementen ist vorzugsweise eine Fördervorrichtung angeordnet, insbesondere ein Förderband. Die Fördervorrichtung ist ebenfalls als Element der Vorrichtung zu verstehen, welche über wenigstens einen elektrischen Antrieb verfügen kann. Das Gehäuse verfügt vorzugsweise an einer Austrittsöffnung für die Motorwelle über einen Radialwellendichtring. Dadurch kann eine hohe Dichtigkeit des Gehäuses gegenüber Staub und Wasser erzielt werden,

Die Encoderscheibe besteht bevorzugt aus einem Kunststoff. Aufgrund der relativ niedrigen Drehzahlen der Schrittmotoren können relativ dünne Encoderscheiben verwendet werden. Insbesondere bevorzugt werden Encoderscheiben mit einer Dicke von weniger als 1 mm verwendet. Solche Encoderscheiben sind günstig herzustellen.

Vorzugsweise ist das Gehäuse des Schrittmotors mit einem Polyurethanlack beschichtet, insbesondere mittels eine Pulverbeschichtungsverfahrens. Dadurch kann eine schlagzähe und chemisch beständige Beschichtung erzielt werden, welche insbesondere nur ein kleines Risiko von Abblättern aufweist.

Die Motorwelle ist vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Dadurch ist eine gute Rostbeständigkeit der Motorwelle gegeben.

Bevorzugt ist der Schrittmotor ein zweiphasiger Schrittmotor. Alternativ kann jedoch auch ein dreiphasiger Schrittmotor verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil des eingesetzten elektrischen Antriebs ist, dass ein Referenzieren eines Elements relativ einfach erfolgen kann. Insbesondere kann eine durch den elektrischen Antrieb angetriebene Komponente eines Elements in einen harten Anschlag gefahren werden, der als Referenzpunkt dient. Über den Encoder kann die bei Erreichen des Anschlags abrupte Änderung der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle gemessen werden, um das Erreichen des Referenzpunktes zu detektieren. Eine derartige Referenzierung bietet grosse Vorteile gegenüber der bei den üblicherweise in der Lebensmittelindustrie eingesetzten Asynchronmotoren, bei denen das Erreichen einer Referenzposition über zusätzliche Sensoren oder Schalter detektiert werden muss. Die Encoderscheibe ist direkt mit der Motorwelle verbunden, das heisst, dass die Encoderscheibe ohne ein Zwischenstück oder Adapter unmittelbar an der Motorwelle befestigt ist. Insbesondere ist die Encoderscheibe kraft- oder formschlüssig mit der Motorwelle verbunden. Die Bestimmung der Winkelposition erfolgt vorzugsweise durch Messung eines Durchgangs eines Signalgebers auf der Encoderscheibe. Als Signalgeber kann beispielsweise wenigstens ein Magnet dienen. Die Encoderscheibe weist vorzugsweise eine Vielzahl an Öffnungen oder reflektierender Oberflächen auf, deren Durchgang mittels einer optischen Sensoranordnung detektiert werden kann. Die optische Sensoranordnung umfasst vorzugsweise zwei optische Sensoren, welche in einer Drehrichtung der Encoderscheibe zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch lässt sich die Drehrichtung der Encoderscheibe durch die Sensoranordnung erfassen. Durch eine Encoderscheibe mit einer Vielzahl an Öffnungen oder reflektierender Oberflächen lässt sich eine relative Winkelposition der Encoderscheibe sowie der mit dieser verbundenen Motorwelle bestimmen. Daher ist durch die Encoderscheibe vorzugsweise eine relative Winkelposition der Motorwelle bestimmbar. Bei der Verwendung einer derartigen Encoderscheibe muss daher vor jedem Gebrauch eine Referenzierung stattfinden, insbesondere durch Anfahren eines Anschlags durch ein vom elektrischen Antrieb angetriebene Komponente eines Elements.

Alternativ kann auch eine Encoderscheibe verwendet werden, mit welcher sich eine absolute Winkelposition bestimmten lässt. Derartige Encoderscheiben arbeiten üblicherweise mit einem Magneten, dessen Position sich anhand der Polung und Stärke des Magnetfeldes messen lässt. Derartige Encoderscheiben weisen jedoch einen deutlich höheren Preis auf, als „einfache" Encoderscheiben mit Öffnungen oder reflektierenden Oberflächen, weshalb letztere bevorzugt eingesetzt werden.

Die Motorwelle lässt sich vorzugsweise mit einem Getriebe des wenigstens einen Elements verbinden oder ist mit dieser verbunden.

Vorzugsweise tritt die Motorwelle auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten aus dem Gehäuse aus, wobei die Motorwelle auf einer ersten Seite mit einem Getriebe des mindestens einen Elements verbunden ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Encoder auf der Motorwelle befestigt ist. Dadurch kann die zum Auslesen des Encoders benötigte Elektronik auf einer dem Getriebe abgewandte Seite angeordnet werden, wodurch sich der elektrische Antrieb insgesamt kompakter ausgestalten lässt.

Die Motorwelle ist auf der zweiten Seite möglichst kurz ausgestaltet, so dass eine kompakte Bauweise des Antriebs möglich ist. Die Länge der Motorwelle auf dieser Seite sollte jedoch genügend gross sein, um eine Befestigung der Encoderscheibe zu ermöglichen.

Vorzugsweise verfügt das mindestens eine Element zum Schneiden, Formen, Fördern und/oder Bestreuen von Teig über zwei oder mehr elektrische Antriebe und/oder zwei oder mehr Elemente zum Schneiden, Formen, Fördern und/oder Bestreuen von Teig verfügen über je wenigstens einen elektrischen Antrieb, wobei die Drehgeschwindigkeiten der Schrittmotoren der zwei oder mehr elektrischen Antriebe durch eine Steuerung der Vorrichtung anhand der gemessenen Winkellagen der Motorwellen auf ein vorbestimmtes Verhältnis eingestellt oder gehalten werden. Wenn ein Element über zwei oder mehr elektrische Antriebe verfügt und deren Drehgeschwindigkeiten auf ein bestimmtes Verhältnis eingestellt werden, können die zwei oder mehr elektrischen Antriebe ein mechanisches Getriebe im Element ersetzen.

Wenn mehrere Elemente über je mindestens einen Antrieb mit Schrittmotor verfügen, lassen sich die Geschwindigkeiten oder Takte von Arbeitsschritten, die durch die jeweiligen Elemente ausgeführt werden, je nach Bedarf auf einander abstimmen.

Da sich bei Schrittmotoren die Drehgeschwindigkeiten beliebig innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs einstellen lassen, können je nach benötigter Anwendung auf einfache Weise unterschiedliche Verhältnisse der Drehgeschwindigkeiten eingehalten werden. Daher ermöglicht eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig gemäss der vorliegenden Erfindung dank dem Einsatz von Antrieben mit Schrittmotor ein hohes Mass an Flexibilität und Konfigurationsmöglichkeiten, so dass eine Vielzahl an Teigprodukten mittels einer derartigen Vorrichtung hergestellt werden können. Bevorzugt weist die Motorwelle auf der zweiten Seite einen polygonalen Querschnitt auf, wobei die Encoderscheibe in ihrem Zentrum über eine Öffnung verfügt, welche dieselbe Dimension und Form wie der polygonale Querschnitt der Motorweile aufweist, so dass die Encoderscheibe formschlüssig mit der Motorwelle verbindbar ist. Ferner kann die Encoderscheibe zusätzlich mit einer Schraube gesichert werden. Die Verwendung eines Formschlusses garantiert eine spielfreie Befestigung der Encoderscheibe auf der Motorwelle, womit eine präzise Messung der Winkellage der Motorwelle ermöglicht wird. Zudem vereinfacht der Formschluss die Produktion des elektrischen Antriebs, da eine Justierung der Encoderscheibe auf der Motorwelle entfällt. Der mindestens eine elektrische Antrieb verfügt vorzugsweise über ein Steuerungsmodul, welches über einen Feldbus mit einer Steuerung der Vorrichtung verbindbar ist, insbesondere mittels einer Steckverbindung.

Vorzugsweise wird ein Feldbus nach dem Profinet (Process Field Network) Standard eingesetzt, der auf Ethernet basiert. Aufgrund der schnellen Datenübertragungsrate via Ethernet lässt sich der mindestens eine elektrische Antrieb ohne grosse Zeitverzögerung durch die Steuerung ansteuern. Daher kann die Steuerung ein bestimmtes Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten von mindestens zwei elektrischen Antrieben quasi in Echtzeit überwachen und - falls eine Diskrepanz vorliegt - sehr schnell nachregeln.

Die Steckverbindung ist vorzugsweise eine Steckverbindung nach dem RJ45 Standard. Vorzugsweise ist das Steuerungsmodul am Gehäuse des Schrittmotors befestigt, insbesondere auf der zweiten Seite. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung des elektrischen Antriebs realisieren.

Bevorzugt verfügt das Steuerungsmodul über eine mehrlagige Leiterplatte, auf welcher die zur Steuerung des Schrittmotors und Auslesen der Winkellage anhand des Decoders nötigen elektronischen Bauteile, insbesondere Transistoren, angeordnet sind. Die Zwischenlagen der Leiterplatte sind vorzugsweise im Bereich von Transistoren flächig ausgestaltet und mit Durchkontaktierungen (thermal vias) versehen. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht, dass die Leiterplatte als Kühlkörper für die elektronischen Bauteile des Steuerungsmoduls wirken kann. Somit kann auf den Einsatz von zusätzlichen Kühlkörpern oder auf eine aktive Kühlung des Steuerungsmoduls verzichtet werden, womit die Hersteilungskosten gering gehalten werden können.

Der mindestens eine elektrische Antrieb wird vorzugsweise über den Feldbus mit Strom versorgt. Dad urch wird ein möglichst einfacher Aufbau der Vorrichtung ermöglicht, da zu jedem elektrischen Antrieb nur ein einziges Kabel gelegt werden muss, mit welchem sowohl ein Datenaustausch mit der Steuerung als auch die Versorgung des elektrischen Antriebs mit Strom ermöglicht wird.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Element wenigstens eine Streuvorrichtung, insbesondere für Mehl.

Antriebe für Streuvorrichtungen weisen vorzugsweise einen grossen einstellbaren Bereich bei der Drehzahl auf, so dass selbst bei sehr unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten eines Teigs dieselbe Menge an Streugut pro Längeneinheit des Teigs streuen zu können. Als Streugut kann nebst Mehl auch Zucker, Saaten, Gewürze oder ähnlich mittels der Streuvorrichtung auf das Mehl gestreut werden.

Tests haben ergeben, dass zum Antrieb einer Streuvorrichtung ein Schrittmotor mit einer elektrischen Leistung unter 5 W ausreichend ist, während Streuvorrichtungen mit den üblichen Asynchronmotoren elektrische Leistungen von 90 bis 180 W aufweisen.

Das mindestens eine Element ist wenigstens eine Fördervorrichtung, insbesondere ein Förderband.

Versuche haben gezeigt, dass ein Förderband in einer Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig mit nachgeschaltetem Getriebe mit einer Untersetzung von 1 :5 bis 1 :20 mittels eines Schrittmotors angetrieben werden kann. Dabei konnte ein konventioneller Asynchronmotor, welcher im Normalbetrieb eine elektrische Leistungsaufnahme von 400 W aufwies durch einen Schrittmotor ersetzt werden, dessen elektrische Leistungsaufnahme im Normalbetrieb lediglich 26 beträgt. Durch den erfindungsgemässen Einsatz eines Schrittmotors zum Antrieb eines Förderbandes lässt sich somit eine grosse Menge an Strom einsparen, was die Betriebskosten der erfindungsgemässen Vorrichtung wesentlich verkleinert.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Element wenigstens eine Walze, insbesondere ein Walzenpaar, wobei ein Walzenspalt durch den mindestens einen elektrischen Antrieb verstellbar ist.

Durch die Verwendung eines Schrittmotors mit Encoder kann eine präzise Einstellung des Walzenspalts erfolgen. Die Dicke des durch die Walze verarbeiteten Teigs wird durch den Walzenspalt bestimmt, welcher zwischen der Fördervorrichtung und der Walze oder zwischen zwei Walzen eines Walzenpaares liegt. Ferner kann durch den Einsatz von zwei elektrischen Antrieben mit Schrittmotor und Encoder der Walzenspalt über die gesamte Breite der wenigstens einen Walze auf einem konstanten Wert gehalten werden, ohne dass beide Enden der wenigstens einen Walze durch eine mechanische Kopplung verbunden werden müssen.

Eine weitere Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 1 definiert. Diese betrifft die Verwendung eines Schrittmotors mit einer Motorwelle, auf welcher eine Encoderscheibe direkt befestigt ist, zum Antrieb eines Elements zum Schneiden, Formen, Fördern und/oder Bestreuen von Teig in einer Vorrichtung zur Verarbeitung von Teig. Durch die Encoderscheibe ist eine Winkelposition der Motorwelle bestimmbar.

Der verwendete Schrittmotor weist insbesondere eine Motorwelle auf, welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses des Schrittmotors austritt. Die Motorwelle ist auf einer ersten Seite des Gehäuses mit einem Getriebe des einen Elements verbindbar. Auf einer zweiten Seite, welcher der ersten Seite gegenüberliegt, ist direkt auf der Motorwelle eine Encoderscheibe befestigt.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der

Erfindung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur

Verarbeitung von Teig; Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt eines elektrischen Antriebs für die

Vorrichtung gemäss Fig. 1 .

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Verarbeitung von Teig 2 gemäss der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 1 umfasst mehrere Elemente zum Schneiden 6, Elemente zum Formen 4.1 , 4.2, 7, Elemente zum Bestreuen 5 und Elemente zum Fördern 3. 1 , 3.2 von Teig 2. Die Elemente zum Formen von Teig 2 sind bei der dargestellten Vorrichtung 1 ein Walzenpaar 4.1 , 4.2, um den Teig 2 auf eine vorbestimmte Dicke zu bringen, eine Guillotine 6 zum Zerteilen des Teigbandes in Stücke, sowie eine Schneidewelle 7, mit welcher sich der Teig 2 in Teigstücke mit definierten Formen schneiden lässt. Als Element zu Bestreuen von Teig 2 ist beispielhaft ein Mehlstreuer 5 dargestellt, mit welchem sich Mehl auf den Teig 2 streuen lässt. Die Elemente zum Fördern von Teig 2 sind als Förderbänder 3.1 , 3.2 dargestellt. Die Vorrichtung 1 könnte auch über weitere Elemente verfügen, mit denen sich Teig verarbeiten lässt. Beispielsweise könnte die Vorrichtung 1 auch über eine Anordnung zum Auftragen einer Füllung auf den Teig 2 aufweisen. Die Elemente 3.1 , 3.2, 4.1 , 4.2, 5, 6, 7 der Vorrichtung 1 verfügen über mindestens einen elektrischen Antrieb mit einem Schrittmotor gemäss der Fig. 2. Die Elemente 3.1 , 3.2, 4.1 , 4.2, 5, 6, 7 werden durch eine Steuerung 8 der Vorrichtung 1 gesteuert, wobei diese über entsprechende Datenkabel, insbesondere über einen Feldbus mit den Elementen 3.1 , 3.2, 4.1 , 4.2, 5, 6, 7 verbunden ist. Die Fig. 2 zeigt einen elektrischen Antrieb 10 für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 in einem schematischen Teilschnitt. Der elektrische Antrieb 10 verfügt über einen Schrittmotor 1 1 , welcher innerhalb eines Gehäuses 12 angeordnet ist. Der Schrittmotor 1 1 verfügt über eine otorwelle 13, welche auf einer ersten Seite 14 des Gehäuses 12 herausragt und mit einem Getriebe (nicht gezeigt) verbindbar ist. Auf einer zweiten Seite 1 5, welche der ersten Seite 14 gegenüberliegt, ragt die Motorwelle 13 ebenfalls aus dem Gehäuse 1 2 des Schrittmotors 1 1 heraus. Auf dieser zweiten Seite 15 ist eine Encoderscheibe 16 auf der Motorwelle 13 verbunden. Mittels der Encoderscheibe lässt sich die Winkelposition der Motorwelle 13 bestimmen. Hierzu verfügt der elektrische Antrieb 10 über ein Steuerungsmodul 17, welches in einem Steuerungsgehäuse 18 angeordnet ist, welches am zweiten Ende 1 5 mit dem Gehäuse 12 des Schrittmotors 1 1 verbunden ist. Das Steuerungsmodul 1 7 verfügt über eine Leiterplatte 20, insbesondere über eine mehrlagige Leiterplatte, auf welche sich elektronische Komponenten, insbesondere Transistoren zur Steuerung des elektrischen Antriebs 10 befinden. An der Leiterplatte 20 ist ferner ein Sensor 19, insbesondere ein optischer oder magnetischer Sensor befestigt, mit welchem sich die Encoderscheibe 16 auslesen lässt, um die Winkelposition der Motorwelle 13 zu bestimmen. Das Steuerungsmodul 17 verfügt ferner über einen Anschluss 2 1 für einen Feldbus. Vorzugsweise wird der elektrische Antrieb 10 über den Feldbus mit Strom versorgt.