InoTeK

Bei der gewerblichen Herstellung von Teig sind Chargen-Kneter die bevorzugte Lösung für kleinere Teigmengen mit wechselnder Rezeptur. In dem Kneter werden die Zutaten zunächst zu einer möglichst homogenen Masse vermischt. Nach der Vermischung folgt die Knetphase. Hierzu muss eine gewisse Menge an mechanischer Energie eingebracht werden, damit ein optimaler Teig entsteht, der sich beispielsweise durch eine gute Gärstabilität auszeichnet. Andererseits wird im Falle einer zu langen Knetung die Teigstruktur zerstört, wodurch sich u.a. die Wasseraufnahmefähigkeit reduziert. Aus diesem Grund war es bisher notwendig den Prozess durch einen Bäcker zu steuern. Mit der Erfindung des intelligenten Teigkneters konnte dieser Schritt automatisiert werden.

Sensierung des Teigzustands

Die verschiedenen Phasen des Teigherstellungsprozesses wurden bisher über die zeitliche Festlegung der Bottich- und Knetwerkzeugdrehzahl gesteuert. Als Naturprodukt unterliegt das Mehl, als wesentlicher Bestandteil des Teigs, allerdings zum Teil großen Qualitätsschwankungen. So hat das Weizen-Mischungsverhältnis und auch die Qualität und Menge des jeweils enthaltenen Glutens großen Einfluss auf die erforderliche Knetdauer. Zudem wirken sich die schwankenden Umwelteinflüsse und Eigenschaften der übrigen Zutaten ebenfalls auf die Teigeigenschaften aus, wodurch eine subjektive Steuerung und Überwachung des Teigherstellungsprozess durch einen ausgebildeten Bäcker zwingend erforderlich war. Da der Bäcker den Teig einzig nach optischen und haptischen Eindrücken prüfen kann, ist nur eine eingeschränkte Reproduzierbarkeit der rheologische Teigeigenschaften möglich.

Intelligenter Teigkneter. Prototyp während der gemeinsamen Prjektphase (links) und daraus resultierendes Serienprodukt (rechts) der Firma WP Kemper GmbH

Die Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik hat gemeinsam mit der WP Kemper GmbH im Rahmen des it’s OWL Projekts InoTeK ein Verfahren zur automatisierten Prozessführung einer Teigknetvorrichtung entwickelt. Zu diesem Zweck wurde ein bestehender Teigkneter um Sensoren und eine intelligente Informationsverarbeitung erweitert. Die Umschaltung zwischen Misch- und Knetphase wurde hierbei anhand des Minimums im Verlauf der Teigtemperatur durchgeführt. Als Endbedingung für den Knetprozess wurde das Maximum im Drehmomentverlauf des Knethackens festgelegt. Da aber das Messsignal zur Detektion des Maximums zu stark verrauscht war kamen an dieser Stelle verschiedene Beobachtertechniken zum Einsatz. Mit dieser Neuerung erkennt die Knetmaschine kontinuierlich den Teigzustand und steuert selbstständig den Knetprozess.

Gemessener Drehmomentverlauf M_t und mittels Beobachter geschätzte Drehmomentverläufe M_dφ1,M_dφ2, M_dφ3 und M_dφ4 zur Ermittlung des optimalen Endzeitpunktes beim Kneten.

Im März 2019 ist aus dem Forschungsprojekt ein Patent für das Verfahren der automatisierten Prozessführung entstanden. Dieses Patent bildet die Basis für eine neue Knetmaschinengeneration bei WP Kemper GmbH.

Das Verbundprojekt InoTeK war ein Innovationsprojekt des Spitzenclusters it‘s- OWL und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Projektpartner

WP Kemper GmbH

Ausgewählte Veröffentlichungen

[OTR+16] Oestersötebier, Felix; Traphöner, Phillip; Reinhart, Felix; Wessels, Sebastian; Trächtler, Ansgar: Design and Implementation of Intelligent Control Software for a Dough Kneader; Proceedings of the 3rd International Conference on System-Integrated Intelligence, Paderborn, 13. - 15. Jun. 2016

[Oes18] Oestersötebier, Felix; Modellbasierter Entwurf intelligenter mechatronischer Systeme mithilfe semantischer Technologien; Dissertation; Universität Paderborn, Heinz Nixdorf Institut; 2018