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Schokoladenspezifisches Simulationsmodell

Forschungstitel:
Schokoladenspezifisches Simulationsmodell von Spülprozessen geschlossener Systeme

Arbeitsgruppe: Süßwarenmaschinen

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Technische Universität Dresden, Professur für Verarbeitungsmaschinen/ Verarbeitungstechnik, Sebastian Kricke
  2. Technische Universität Dresden, Professur für Strömungsmechanik, Dr. Frank Rüdiger

IGF-Vorhaben: 20672 BR
Finanzierung: BMWi
Laufzeit: 2019 – 2021

Die deutsche Schokoladenindustrie blickt auf eine erfolgreiche Tradition zurück. Entscheidend für diesen Erfolg ist vor allem die hohe Qualität der hergestellten Produkte. Um aktuelle Markttrends auch weiterhin bedienen zu können, ist es notwendig verschiedene Schokoladenprodukte auf einer Anlage zu produzieren. Dadurch besteht ein erhöhtes Risiko für qualitätsmindernde Kreuzkontaminationen wie die Verschleppung von Aromen, Farben und anderen Zutatenbestandteilen, was eine gründliche Reinigung zwingend erforderlich macht. Spülprozesse zum Ausschub der Vorgängerschokoladenmasse rücken daher zunehmend in den Fokus angestrebter Prozessverbesserungen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Durch die hohe Komplexität der Maschinen und Anlagen sowie der schlechten Möglichkeiten zur Beobachtung und Beurteilung des Spülprozesses lassen sich Verbesserungsprozesse bisher nur mit hohem experimentellem Aufwand durchführen.

Das Ziel des Projekts ist es, ein tiefgehendes Verständnis für den Spülvorgang zu schaffen und eine Strömungssimulation als Werkzeug zur Auslegung von Spülprozessen in der industriellen Praxis zu etablieren. An der TU Dresden wird das schokoladenspezifische Simulationsmodell an der Professur für Strömungsmechanik erarbeitet und anhand experimenteller Messungen der Professur für Verarbeitungsmaschinen/Verarbeitungstechnik validiert. Im Fokus liegen dabei zunächst Betrachtungen einer geraden Rohrströmung. Grundlage des Simulationsmodells bilden physikalische Charakterisierungen der schokoladenspezifischen Stoff- und Fließeigenschaften. Mithilfe eines industrienahen Versuchsstands und eines geeigneten Messsystems lassen sich außerdem zeit- und ortsaufgelöste Informationen zur Lage der Phasengrenze beim Spülen gewinnen und die Simulation validieren. Die Komplexität der Spülkonfiguration wird dabei schrittweise im Projekt erhöht. Die perspektivische Anwendung des Simulationsmodells auf komplexere Geometrien wird hierbei bereits berücksichtigt.

Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse liefern einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis industrieller Spülprozesse. Mithilfe des Simulationswerkzeug lassen sich ebendiese Spülprozesse optimieren, was letztlich zu einer Einsparung von verworfenen Spülmengen und Reinigungszeiten führt. Darüber hinaus profitiert auch der Maschinen- und Anlagenbau der Branche. Komplexe Bauteile, die etwa zur Temperierung oder dem Gießen von Schokoladenmassen genutzt werden, lassen sich simulationsgestützt verfahrenstechnisch optimieren. Dadurch werden zahlreiche, aufwendige empirische Versuche eingespart, auf welche dieser traditionelle Industriezweig bisher ausschließlich angewiesen ist. Weiterhin lassen sich durch das Simulationswerkzeug industrierelevante Empfehlungen zur hygienegerechten Gestaltung neuer Maschinen und Anlagen prüfen und innerhalb der Schokoladenindustrie etablieren.

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV e.V.) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.