Kein Zweifel am guten Geschmack

Sharon Nowak

Bei der Kartoffelchip-Herstellung lässt sich die Zugabe der pulverisierten Gewürze in die Gewürztrommel volumetrisch oder gravimetrisch kontrollieren. Das Gewürz oder die Würzmischung wird direkt in den einen Beschickungstrichter gegeben, der das Produkt dann an die ausgefahrene Einzelschnecke weiterleitet. Schneckendosierer werden deshalb benutzt, weil sie sogar Materialien mit schwierigen Fließeigenschaften, wie Gewürzpulver mit hohem Ölanteil, direkt und gleichmäßig dosieren können und es zu keinen Schwankungen im Materialfluss kommt. Das Gewürzpulver wird von der Schnecke direkt in die Gewürztrommel weitergeleitet, in der die Kartoffelchips sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehen. Die dosierte Gewürzzugabe aus dem Schneckendosierer in die Gewürztrommel ermöglicht den gleichmäßigen Würzauftrag auf die Oberfläche der Chips und garantiert damit gleichbleibenden Geschmack und die Qualität des Produktes.

K-Trons Einzelschneckendosierer, die mit einer Schnecke von 60 mm Durchmesser ausgerüstet sind, dosieren Materialien wie Salz, Paprikapulver und andere Gewürze mit Geschwindigkeiten von 5 bis 200 kg/h. Die Verbindung der Dosierersteuerung mit dem auf der Intellution-Technologie basierenden Bedienungsprogramm Smart Commander ermöglicht es, eine Plattform zur Verwaltung der Rezepturen zu erstellen. Abhängig vom hinzuzufügenden Gewürz kann der Bediener einfach auswählen, welche Rezeptur benötigt wird; die Steuerung reguliert die Dosierervariablen entsprechend. Der K-Tron-Dosierer ist einfach zu reinigen und instand zu halten und ermöglicht dadurch eine schnelle Umstellung, wenn zugeführte Gewürze bzw. Zutaten geändert werden.

Um die Dosierergenauigkeit vollständig zu beurteilen, sind drei voneinander getrennte und unterschiedliche Gebiete der Dosiererleistung zu untersuchen: Reproduzierbarkeit, Linearität und Störfestigkeit. Die Reproduzierbarkeit beschäftigt sich mit der Gleichmäßigkeit der Austragsgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Linearität beschreibt die Genauigkeit des Dosierers bei der erwünschten Durchschnittsgeschwindigkeit im Bereich des gesamten Leistungsspektrums. Zur Feststellung der Störfestigkeit werden Leistungsschwankungen über einen längeren Zeitraum gemessen.

Besonders die Zahlen zur Reproduzierbarkeit sind den Benutzern von Dosierern bekannt. Sie messen kurzfristig den Gleichmäßigkeitsgrad der Austragsgeschwindigkeit. Reproduzierbarkeit ist für die Qualitätssicherung wichtig, da sie die erwartete Schwankung des Ausflussstroms und somit die des Produktes an sich misst. Die Daten für Reproduzierbarkeit erhält man wie folgt: Man nimmt vom Ausflussstrom eine Reihe von aufeinander folgenden Proben in genauen Zeitabständen, wiegt sie und berechnet dann die Standardabweichung des Probegewichts, ausgedrückt als prozentuale Abweichung vom Mittelwert der entnommenen Proben.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Zahlen über die Reproduzierbarkeit nichts darüber aussagen, ob der Dosierer durchschnittlich mit der angestrebten Geschwindigkeit funktioniert. Die Reproduzierbarkeit misst nur die Schwankung der Ausflussgeschwindigkeit. Die Linearitätswerte dagegen geben an, wie gut der Dosierer in der angestrebten Durchschnittsgeschwindigkeit arbeitet, und zwar über das gesamte Spektrum seines Einsatzbereiches. Eine perfekte Linearität ist dann erreicht, wenn der Sollwert und die erreichte durchschnittliche Zufuhrgeschwindigkeit über das gesamte Spektrum des Dosierers hinweg – von der minimalen bis hin zur maximalen Betriebsleistung – identisch sind. Um die Linearität zu messen, müssen mehrere Stichprobengruppen in bestimmten Zeitabständen vom Ausflussstrom entnommen werden. Typischerweise werden zehn aufeinander folgende Stichproben bei jeder der folgenden Materialflussgeschwindigkeiten entnommen und gewogen: 5, 25, 50, 75 und 100 % der vollen Betriebsleistung. (Die kleinste getestete Materialflussgeschwindigkeit sollte bei minimaler Betriebsleistung des Dosierers getestet werden.)

Ein perfekt funktionierender Dosierer ist nicht viel wert, wenn er seine Leistung auf lange Sicht hin nicht halten kann. Viele Faktoren können potenziell zu Leistungsschwankungen beitragen, wie die Art des Dosierers, die Stabilität des Kontroll- und Wiegesystems, die Handhabungseigenschaften und Schwankungen des Materials, die mechanischen Systeme des Dosierers, die Instandhaltung und das Betriebsumfeld selbst. Schwankungen werden durch Kalibrierprüfungen entdeckt und meist durch ein simples Justieren der Gewichtsspanne behoben. Letztlich entscheidet der Benutzer vor dem Hintergrund der im Betrieb gemachten Erfahrungen über die angemessene Häufigkeit von Kalibrierprüfungen.

Wie der Name sagt, messen gravimetrische Dosierer das Gewicht des Materialflusses und verändern dann den Durchsatz des Dosierers, um so den angestrebten Sollwert zu halten. Volumetrische Dosierer funktionieren, indem sie ein bestimmtes Materialvolumen pro Zeiteinheit liefern. Volumetrische Dosierer als solche sind zwar einfach und preisgünstig, doch haben diese einen offenen Regelkreis und können somit Schwankungen in der Materialdichte nicht erkennen oder sich darauf einstellen. Da volumetrische Dosierer die Austragsgeschwindigkeit nicht berücksichtigen, bleiben Unregelmäßigkeiten bei der Materialverteilung und Materialansammlungen innerhalb der Schnecke möglicherweise unentdeckt, und die Volumenzusammensetzung ändert sich pro Umdrehung. Diese Probleme verursachen Kalibrierfehler beim Volumen und letztlich bei der Produktfertigung – ohne äußerlich sichtbare Anzeichen.

Für Materialien, deren Dichte nicht stark variiert, können volumetrische Dosierer die gewünschte Genauigkeit leisten. Jedoch variieren Dichte und Materialflusseigenschaften von vielen, wenn nicht den meisten Materialien stark genug, um gravimetrisches Dosieren erforderlich zu machen – auch wenn nicht allzu hohe Ansprüche an die Genauigkeit gestellt werden müssen. Dies war der Fall bei der Firma Zweifel: Abweichungen bei den Flusseigenschaften der Gewürze sowie unterschiedliche Dichten trugen zu der Entscheidung für gravimetrisches Dosieren bei. Ein weiterer Bonus der gravimetrischen Dosierung ist, dass die zugefügte Gewürzmenge durch Feststellung des tatsächlichen Gewichts genau kontrolliert werden kann und so dazu beiträgt, die Kosten für die Zutaten zu verringern.

Ein Dosierer nach dem Differenzialprinzip (loss-in-weight, LIW) besteht aus einem Trichter und einem Dosierer, die mit dem Endprodukt (in diesem Falle Chips) nicht in Berührung kommen. So kann das gesamte Dosiersystem kontinuierlich gewogen werden. Mit der Abgabe von Material durch den Dosierer nimmt das Gewicht des Systems ab. Die Steuerung des Differenzialdosierers verändert die Zufuhrgeschwindigkeit und erreicht damit, dass die Geschwindigkeit des Gewichtsverlustes mit der gewünschten Zufuhrgeschwindigkeit übereinstimmt. Dabei prüfen die Steuerungen der Differenzialdosierer, ob das Material fließt, und senden einen Alarm, wenn der Materialfluss durch ein Problem vor dem Dosierungsschritt unterbrochen ist.

Während des Betriebs werden der gesamte Dosierer, der Trichter und das Material kontinuierlich gewogen. Dabei wird die Austragsgeschwindigkeit des Dosierers präzise so gesteuert, dass sie der gewünschten Zufuhrgeschwindigkeit entspricht. Gravimetrische Dosierer haben geringe Schwankungen in der Zufuhrgeschwindigkeit, da Schwankungen in der Füllmenge der Schnecken und in der Schüttdichte des Materials durch Anpassung der Schneckengeschwindigkeit kompensiert werden. Durch diese Technik ist eine gleichmäßige Abgabe des Produktes in die Gewürztrommel garantiert.

Um einen hohen Genauigkeitsgrad sicherzustellen, besitzen LIW-Dosierer von K-Tron einen Smart Force Transducer (SFT). Für eine präzise Dosierung – sogar in kurzen Intervallen oder in vibrationsanfälligen Herstellungsumgebungen – sorgt der SFT durch direktes, digitales Wiegen, eine Verdrahtung mit hoher Auflösung sowie eine leistungsstarke, integrierte, digitale Signalverarbeitung. Diese Fähigkeiten waren bei der Produktionskonfiguration bei Zweifel besonders nützlich. Dank der SFT-Technologie sind sehr hohe Auflösungen und geringe Stabilisierungszeiten möglich, sogar unter beträchtlichen Änderungen bei der Materialverteilung. Diese Verbesserung hat zur Entwicklung von sehr schnellen Differenzialsystemen beigetragen, die nach einer Materialnachfüllung einen schnellen und glatten Übergang bewerkstelligen. Diese Systeme sind sehr verlässlich und können sofort Probleme entdecken, die aufgrund der Antwortzeit der Lastzellen mit dem Materialfluss auftreten können. Zudem stellen sie sicher, dass die genaue Gewürzmenge dem Herstellungsprozess zugefügt wird.

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Zweifel im Überblick

Gravimetrische Dosiergeräte von K-Tron