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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Conche mit einer zylindrischen Trogwand
und einem Rotor mit an diesem befestigten, radial abstehenden Versalbungswerkzeugen,
wobei jedes Versalbungswerkzeug eine Vorderfläche und eine Rückseite
aufweist, wobei die Vorderfläche
zu einer Tangentialebene an der zylindrischen Trogwand in einer
der Vorderfläche des
Versalbungswerkzeuges in radialer Richtung am nächsten liegenden Erzeugenden
winkelig angeordnet ist und einen Spalt zur Trogwand bildet.
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Eine
derartige Conche ist beispielsweise aus der
DE 36 03 155 A1 bekannt
geworden. Die Ausbildung der Versalbungswerkzeuge entspricht dabei, wenigstens
im Querschnitt gesehen, der einer bekannten Type von Conchen. Die
oben beschriebene Konstruktion hat sich seit Jahren bewährt.
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Conchen-ähnliche
Vorrichtungen sind an sich bekannt.
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So
offenbart z. B. die
DE
443 856 A eine Misch- und Knetmaschine zur Behandlung von
Nahrungsmitteln und anderen Stoffen, die eine pastenartige oder
teigähnliche
Konsistenz besitzen, wie z. B. Schokoladenmassen. Die Maschine besitzt
einen halbzylindrischen Trog, der in seiner Längsrichtung von einer Welle
durchsetzt ist. Auf dieser Welle sitzt drehfest ein innerer Hilfszylinder,
der sich somit mit der Welle dreht, sowie eine Knethaspel mit zwei
jeweils drehbar gelagerten Rollen. Im Betrieb laufen die Rollen
zwischen der Troginnenwand und der Hilfszylinderaussenwand um, ohne
die Troginnenwand oder die Hilfszylinderaussenwand jemals zu berühren.
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Die
Rollen drehen sich dabei um ihre eigene Achse und können somit
die Widerstandskraft zwischen ihrer Oberfläche und der pastenartigen oder teigartigen
Masse verringern, da die Rollen zumindest zum Teil den an den Rollenoberflächen durch Haft-
und Gleitreibung angreifenden Zug- und Scherkräften durch ihre Drehbewegung
nachgeben können.
Auch eine radiale Verschiebbarkeit dieser mit einer Feder radial
beaufschlagten Knetrollen zusammen mit ihrer Drehbarkeit trägt dazu
bei, dass sich die Knetrollen mit geringstmöglichem Widerstand durch die
Masse bewegen. Es wird also insgesamt relativ wenig Energie und
insbesondere wenig Scherenergie in die Masse eingetragen.
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Aus
der
DE 582 863 A ist
ein Kreiselmischer zum Auflösen,
Mischen und Emulgieren von flüssigen,
zähflüssigen oder
pulverförmigen
Massen bekannt. In dem Kreiselmischer ist ein hohler Förderkreisel
innerhalb eines temperierbaren Gehäuses auf einer vertikalen Welle
entlang einer vertikalen Achse drehbar gelagert ist. Der um dieses
vertikale Drehachse rotationssymmetrische hohle Förderkreisel
ist nach oben hin entlang dieser vertikalen Drehachse kegelförmig aufgeweitet.
Am oberen aufgeweiteten Ende des Förderkreisels ist ein Deckel
derart angebracht, dass zwischen dem oberen Rand des Förderkreisels
und dem Deckel ein Ringspalt vorhanden ist. Ausserdem sind Abstreicher
und Rührarme
vorgesehen, um Masse von der Gehäuseinnenwand
und von den Kreiselwänden
abzustreichen. Im Betrieb wird von unten her in den sich um seine
vertikale Achse drehenden Förderkreisel
die zu bearbeitende Masse eingeleitet, die dann durch ihre Berührung mit
dem Kreisel ebenfalls in Drehung versetzt wird und aufgrund ihrer
Fliehkraft an der Kreiselinnenwand hoch wandert, wobei ein Teil
der Masse durch den Ringspalt getrieben wird und ein weiterer Teil
mittels der Abstreicher von der Kreiselinnenwand abgestrichen wird,
früher
oder später
jedoch auch durch den Ringspalt in das Gehäuse gepresst wird. Auf diese Weise
wird die Masse im Kreislauf durch den Kreiselmischer befördert, und
zwar von unten durch den Förderkreisel
nach oben, durch den Ringspalt in das Gehäuse und wieder zurück nach
unten, um erneut in den Förderkreisel
zu gelangen.
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Ähnlich wie
bei der im vorhergehenden Absatz beschriebenen Misch- und Knetmaschine
wird aber auch hier wegen der viel geringeren oder überhaupt
nicht vorhandenen Relativgeschwindigkeit zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen
im Bereich des Ringspaltes nur wenig Scherung in die Masse eingetragen.
Der Ringspalt wirkt aber ähnlich wie
eine Spaltmühle,
in der Dehnströmungen
eines Fluids zur Desagglomerierung von Agglomeraten führen, die
in dem Fluid emulgiert oder suspendiert mitgeführt werden. Auch die Abstreicher,
die die Masse von der Kreiselwand oder der Gehäusewand abstreichen, sind nicht
dazu geeignet, eine nennenswerte Scherwirkung und somit Versalbung
und Verspachtelung der Masse zu erreichen.
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Die
DE 642 990 A offenbart
eine Verfeinerungsmaschine für
Schokoladenmasse, die zuvor nacheinander gemahlen, gemischt und
gewalzt wurde. Wendeschaufeln sind vorgesehen, deren Aufgabe darin
besteht, die an der Innenwand eines Behälters haftende Masse zu „wenden" bzw. zu lockern und
weg von der Wand radial nach innen in dem mittigen Bereich des Behälters zu
bewegen. Dabei findet zwar eine Entfeuchtung und Entsäuerung der Masse,
jedoch keine spachtelnde oder versalbende Wirkung statt. Vielmehr
bewegt sich die jeweilige Wendeschaufel oder die Gehäusewand
streifend und die Masse von der Gehäusewand abstreifend an der jeweiligen
Gehäusewand
entlang. Es ist so als ob man einen Spachtel nicht zum Spachteln
verwendet, sondern in der „verkehrten" Richtung entlang
einer Fläche
bewegt.
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Nach
der
DE 40 29 037 A1 wird
beim Conchieren wirksame Bearbeitungsenergie nur während der
zäh-plastischen
Phase der Schokolade eingebracht. Daraus ergibt sich aber, dass
die Conchierzeit nur dann verkürzt
werden kann, wenn in dieser zäh-plastischen Phase
möglichst
viel Energie eingebracht werden kann. Allerdings sind der Einbringung von
Energie enge Grenzen gesetzt. Vor allem lässt sich die Drehzahl der Rotoren
nicht beliebig vergrössern,
vielmehr wird die höchstzulässige Grenzdrehzahl
im allgemeinen unter 50 U/min liegen.
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Es
wurden nun Untersuchungen über
die Wirkung der Versalbungswerkzeuge geführt, wobei festgestellt werden
konnte, dass ein wesentlicher, dabei auftretender Effekt ein Schereffekt
zwischen einzelnen, der Trogwand mehr oder weniger benachbarten
Schokoladeschichten ist. Dieser Schereffekt verbraucht einen Gutteil
der bei Drehung der Rotoren in die Schokolademasse eingebrachten
Energie. Allerdings gibt es auch hier wiederum Grenzen. Untersuchungen
zeigten, dass – besonders
zu Beginn des Conchierens – der
Scherwiderstand häufig
grösser ist
als die Haftung an der Trogwand, so dass sich beim Vorüberbewegen
des jeweiligen Scherwerkzeuges gegebenenfalls blanke Trogwände anstelle
eines versalbten dünnen
Filmbelages an der Trogwand zeigen. Dies bedeutet aber eine Art
von Schlupf – ganz ähnlich demjenigen
Schlupfe, dem ein Auto unterworfen ist, wenn es auf Eis gerät. In diesem
Falle muss das Auto mit geringerer Geschwindigkeit gefahren werden,
und ganz so ist es auch bei einer Conche.
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Hier
zeigt es sich also, dass das Einbringen von Energie in die Schokolademasse
ab eines gewissen Grenzbereiches auf Probleme stossen kann. Diese
Probleme scheinen offensichtlich nicht lösbar zu sein.
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Der
Erfindung liegt aber nun die Aufgabe zugrunde, eine Conche der eingangs
genannten Art so weiterzuentwickeln, dass die pro Zeiteinheit eingebrachte
Energie erhöht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt.
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In
einem ersten Schritte zur Lösung
dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass wenn
tatsächlich
die Versalbung der Schokolademasse auf einem Schereffekt beruht,
dieser Effekt einer besonderen Untersuchung zu unterziehen ist. Der
zweite Schritt zur Lösung
der gestellten Aufgabe besteht darin, dass bei einer Conche der
eingangs erwähnten
Art gemäss
der Erfindung vorgeschlagen wird, dass die Vorderfläche des
Werkzeuges zumindest zonenweise uneben und in Rotationsrichtung des
Versalbungswerkzeuges sich von der Trogwand progressiv entfernend
ausgebildet ist und dass der Spalt zwischen dem trognächsten Bereich
des Versalbungswerkzeuges und der Trogwand einstellbar ist. Hierfür ist das
Versalbungswerkzeug in seiner radialen Erstreckung durch Verschiebung
und/oder Verdrehung bzw. Verschwenkung verstellbar ausgebildet.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Einwirkung der Radialscherung
auf die radial inneren Schichten gewählt bzw. eingestellt werden.
Durch diese konstruktive Massnahme öffnet sich der Winkel zwischen
der Tangentialebene und dem Versalbungswerkzeug so dass eine intensive
Bearbeitung der Schokolademasse erreicht wird. Während des Arbeitsprozesses
wird erreicht, dass die Radialscherung der radial inneren Schicht
gering und im Bereiche der radialen äusseren Schichten vorteilhaft
am grössten
ist. Dies sichert eine innige Durchdringung der Schichten der Schokolademasse.
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Nach
einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Vorderfläche
des Versalbungswerkzeuges durch eine gekrümmte, sich in Richtung der
Achse des Rotors erstreckende, vorzugsweise durch eine gemäss einem
Kreisbögen
gekrümmte
Fläche
gebildet ist. Eine solche bevorzugte Ausbildung ist nicht nur insofern
günstig,
als damit die Tangentialebene an diese Fläche für radial einwärts gelegene
Schokoladeschichten einen grösseren
Winkel zur Trogwand einnimmt, als radial auswärts; vielmehr ergibt sich noch
der weitere günstige Effekt,
dass solche Flächen
leicht herstellbar sind. Der günstige
Bearbeitungseffekt wird ebenso erreicht, wenn nach einer weiteren
Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen ist, dass die Vorderfläche des Versalbungswerkzeuges
durch mehrere facettenartig entlang einer Krümmung angeordnete Tangentialflächen gebildet
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an
der Rückseite
des Versalbungswerkzeuges eine vorzugsweise scharfe Kante in Richtung
der Achse des Rotors vorgesehen ist, die vom trognächsten Bereich
des Versalbungswerkzeuges entfernt angeordnet ist. Hierdurch kann
bei Drehrichtungsumkehr des Rotors ein Trockenconchieren der noch
in festem Zustand befindlichen Schokolade durchgeführt werden.
Durch die Distanzierung dieser Kante wirkt sie nicht mehr als eine
Art Schaber, sondern vorteilhaft als Teilungskante, die es gestattet, während des
Bearbeitungsprozesses bereits frühzeitig
den Versalbungsvorgang einzuleiten, was wiederum Zeit und Kosten
spart.
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Um
die Verstellung rasch und einfach durchführen zu können, wird nach einer weiteren
erfindungsgemässen
Ausführungsform
vorgeschlagen, dass das Versalbungswerkzeug an mindestens einem
Schieber befestigt ist, der kolbenartig innerhalb eines hohlen Rotorarmes
durch ein Druckbeaufschlagungsmittel verschiebbar ist.
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Die
Einstellung kann in einfacher Weise nach weiterer Ausgestaltung
der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass zur radialen Verstellung
des Versalbungswerkzeuges eine Hubspindel im Rotorarm gelagert ist,
die über
eine zur Achse des Rotors koaxiale Welle und zumindest ein Zahnradwinkelgetriebe,
vorzugsweise ein Differentialgetriebe antreibbar ist. Durch Verwendung
des Differentialgetriebes ist die Verstellung des Spaltes auch während der Rotation
der Versalbungswerkzeuge möglich,
was zur Optimierung des Conchierens vorteilhaft beitragen kann.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnungen. Hierbei zeigt:
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1 die
bekannte Werkzeugform; und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemässen
Werkzeugform im Axialschnitt.
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In
dieser 1 ist ein Teil der im Wesentlichen zylindrischen
Trogwand 1 und ein um eine Achse A drehbarer Arm 2 mit
einem blattartigen Werkzeug 3 dargestellt. Das Werkzeug 3 nimmt
zu einer Tangente T, welche durch einen Punkt P in radialer Verlängerung
einer Werkzeugspitze 3a verläuft, einen Winkel α ein. Diese
Spitze 3a besitzt von dem Punkte P einen Abstand s, der
die Stärke
einer an der Trogwand 1 verbleibend sollenden Schokoladeschicht
L1 bestimmt.
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Stellt
man sich nun die vor dem Werkzeug 3 liegende Schokolademasse
als Schichten gleicher Dicke L1 bis L5 vor, so ergibt sich die grösste Scherung
an der Grenzfläche
zwischen den Schichten L1 und L2.
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Dies
bedeutet nun keineswegs, dass die übrigen Schichten L2 bis L5
von dieser Scherung unbeeinflusst bleiben, denn der Winkel α stellt einen
Einzugswinkel dar, der bewirkt, dass die Schicht L5 zunehmend radial
auswärts
gedrückt
wird, was gleichermassen auch für
die weiter aussen liegenden Schichten L4 bis L2 gilt. Das bedeutet,
dass bis zum Erreichen der Spitze 3a eine gegenseitige
Durchdringung der Schichten L5 bis L1 stattfindet, wobei sich auch
eine Scherung in Richtung radial auswärts ergibt. Das Mass dieser
Scherung hängt
zu einem Teil von der Grösse
des Spaltes s ab, zu einem anderen Teil von der Grösse des
Winkels α.
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Überlegt
man sich nun diese Gegebenheiten, so wird zunächst verständlich, dass es beim Conchieren
zu einem nicht unerheblichen Teil auch auf diese radiale Scherung
etwa entlang der Linien R1 bis R5 ankommt. Findet diese nicht statt,
so besteht die Gefahr, dass der Zusammenhang mindestens der Schichten
L2 bis L5 einerseits und L1 anderseits, in vielen Fällen aber
der Zusammenhang der Schichten L1 bis L5 einerseits und der Oberfläche der
Trogwand 1 abreisst und dann das Werkzeug 3 diese
Schichten nunmehr vor sich herschiebt, ohne eine wirksame Einbringung
der Energie in die Schokolademasse zu verursachen. Es kommt also
wesentlich darauf an, die Radialscherung entlang der Linien R1 bis
R5 in hohem Masse aufrechtzuerhalten.
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Dabei
wird es verständlich
sein, dass diese Radialscherung entlang der Linien R1 bis R5 bei
kleinerem Winkel α grösser sein
wird. Wird hingegen der Spalt s vergrössert, so ergibt sich eine
schwächere Durchdringung
der Schicht L1 durch die radial auswärts gedrückten Schichten L2 bis L5.
Dies führt
zunächst einmal
zur Erkenntnis, dass wenn es erwünscht
ist, die Bearbeitungsenergie zu erhöhen, der Hebel hier angesetzt
werden muss.
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Einzelheiten
der erfindungsgemässen
Conche ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung der ebenfalls
einen Axialschnitt dargestellen 2.
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Gemäss 2 ist
ein Arm bzw. Rotorarm 12 um die Achse A drehbar. Der Arm 102 trägt an seinem
freien Ende ein Werkzeug als Versalbungswerkzeug 103, das
an seiner – bei
Drehung in Uhrzeigergegensinne – vorderen
Arbeitsfläche
bzw. Vorderfläche 4 mit
nach vorne gerichteter zunehmender Öffnung ausgebildet ist. Diese
zunehmende Öffnung könnte auch
stufenförmig
durch mehrere, entlang einer Krümmung
verlaufende und aneinander anschliessende Tangenten gebildet sein,
doch ist eine bogenförmige
Krümmung
bevorzugt. Dabei kann der Bogen im Prinzip entlang verschiedener
Kurven, z. B. einer Parabel, verlaufen, doch hat sich ein Kreisbogen
als besonders günstig
erwiesen.
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Vergleicht
man die Auswirkungen einer solchen bogenförmigen Arbeitsfläche auf
die oben besprochenen fünf
Schichten L1 bis L5, so erweist es sich, dass die Projektion entlang
der Linien R1 bis R5 nicht mehr (wie in 1) in gleichmässigen Abständen verläuft, sondern
die Radialscherung die radial innere Schicht L5 am wenigstens betrifft,
hingegen am grössten
im Bereiche der äusseren
Schichten L2, L1 ist.
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Dies
sichert eine innige Durchdringung der Schicht L1 durch die Schicht
L2 und damit in diesem Bereiche eine so hohe Radialscherung, dass
das bisher in Laborversuchen beobachtete Abreissen des Filmes praktisch
gar nicht mehr auftreten kann. Dagegen nehmen die radial inneren
Schichten L4, L5 zunächst
in geringerem Masse an der erwähnten
Radialscherung teil, werden aber zunehmend in den Spalt s eingezogen,
wobei sie einer zunehmenden Scherung unterworfen werden. Es ist
daher ersichtlich, dass auf diese Weise eine intensive Bearbeitung der
Schokolademasse ge sichert wird, wobei sich der zusätzliche
vorteilhafte Effekt ergibt, dass das Werkzeug 103 gegebenenfalls
aus Stangenmaterial hergestellt werden kann, welches billig am Markte
ist.
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Um
nun gegebenenfalls die Einwirkung der Radialscherung auf die radial
inneren Schichten L4, L5 einstellen zu können, kann das Werkzeug 103 radial
verstellbar sein, womit auch die Grösse des Spaltes s verändert wird.
Dies kann so erfolgen, dass das Innere des Armes 102 (wie
strichliert angedeutet) hohl ausgebildet ist und das Werkzeug 103 an
einem Schieber bzw. Kolbenelement 5 befestigt ist, der
kolbenartig innerhalb des hohlem Armes 102 verschiebbar
ist. Dabei deckt der Kolben, der zweckmässig mit Dichtungen versehen
ist, einen Führungsschlitz 6 ab. Das
Werkzeug 103 ist somit entlang des Führungsschlitzes 6 verschiebbar,
ohne dass deswegen der Führungsschlitz 6 geöffnet wird,
da er stets durch das Kolben-element 5 abgedeckt
ist. Das Druckbeaufschlagungsmittel kann einerseits ein pneumatisches Fluid
sein, doch ist wegen der Zusammendrückbarkeit eines derartigen
Fluides eine Hydraulik bevorzugt. Allerdings ist dabei zu berücksichtigen,
dass dieses Hydraulikfluid lebensmitteltechnisch unbedenklich sein
muss. In Frage kommen flüssige,
essbare Fettsäureester,
wie gegebenenfalls auch flüssige
Naturfette. Bei letzteren ist allerdings die Oxydationsgefahr zu
berücksichtigen.
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Die
den Arm 102 tragende Welle 7 ist dann zweckmässig hohl
ausgebildet, um über
eine stirnseitige Einführöffnung 8 Druckfluid
in einen Sammelkanal 9 einzulassen. Allerdings zeigt 2 anhand der
strich-punktierten Darstellung auch noch eine Aus führungsvariante,
bei der die Verstellung des Werkzeuges 103 mechanisch erfolgt.
Hierbei ist strich-strichpunktiert am Ende einer in das Element eingeschraubten
Schraubspindel 10 ein Kronenrad 11 dargestellt,
das mit einem nicht gezeigten an einer durch die Öffnung 8 hindurchgesteckten
Welle sitzenden Sonnenrad kämmt.
Die Welle dieses Sonnenrades dreht sich im Normalbetrieb der Conche
mit der Welle 7 mit und ist gegenüber dieser gegen Relativdrehung
gesichert. Durch relative Drehung der beiden Wellen kann aber das
Werkzeug 103 radial verschoben werden, wobei eine solche
Relativdrehung, z. B. bei Verwendung eines Differenzialgetriebes,
auch während
des Betriebes der Conche erfolgen kann, so dass gegebenenfalls auch
während
des Betriebes der Conche der Spalt s verändert werden kann. Es sei erwähnt, dass
der Abstand der Kante bzw. Bearbeitungskante 103a, die
bei Drehung der Welle 7 im Uhrzeigersinne zur Wirkung kommt,
von der Wandung des Troges 1 gegebenenfalls auch einstellbar
sein kann, wenn das Werkzeug 103 an seiner Halterung um
seine eigene Achse 12 verschwenkbar ist.
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Wie
anhand der 1 gezeigt wurde, besitzt das
bekannte Werkzeug eine scharfe Kante 3a, die bei Umkehrung
der Drehrichtung des Rotors um die Achse A, d. h. bei Drehung des
Armes 2 im Uhrzeigersinn, als Schabekante wirkte und so
ein Trockenconchieren der noch im festem Zustand befindlichen Schokolade
gestattete. Es ist vorteilhaft, wenn daher auch bei der erfindungsgemässen Lösung an
der Rückseite
der gekrümmten
Vorder- bzw. Werkzeugfläche (4)
eine solche Kante (103a) des Werkzeuges (103)
vorgesehen ist.
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Allerdings
haben Untersuchungen gezeigt, dass auch hier eine gewisse Verbesserung
gegenüber
dem Stande der Technik möglich
ist. Es hat sich nämlich
gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Werkzeugkante bzw. Kante
(103a) vom trognächsten Punkt
entfernt ist. Während
nämlich
bei der bekannten Ausbildung die Kante (3a) selbst den
trognächsten
Punkt bildete, sind nun diese beiden geometrischen Orte voneinander
gesondert, was zu einer gewissen Funktionsverschiebung der Werkzeugkante führt. Während sie
nämlich
bisher als eine Art Schaber wirkte, wirkt sie nunmehr als Heilungskante,
die die ihr gegenüberliegende
Schokolademasse in einen abzuschabenden, radial innen liegenden
Teil und in einen Versalbungsteil unterteilt, welch letzterer der Trogwand
(1) benachbart ist. Wenn nämlich die im festen Zustand
eingebrachte Schokolade an den Trogwänden (1) zu haften
beginnt, so ist mindestens nahe der zäh-plastischen Phase, in der
es gün stig
ist, mit dem Versalben zu beginnen. Durch die genannte Ausbildung
der Werkzeugkante (103a) wird also ein Teil der Schokolade
in herkömmlicher
Weise abgeschabt, während
ein anderer der zäh-plastischen Phase
mindestens nahe Anteil bereits einer Versalbung unterworfen wird,
so dass der Versalbungsvorgang bereits frühzeitig eingeleitet wird, was
Bearbeitungszeit einspart.
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Wie
oben erwähnt,
kann der Abstand der Kante 103a von der Trogwand bzw. Innenwandung des
Troges 1 dafür
bestimmend sein, welcher Teil der bei Drehrichtung im Uhrzeigersinne
vor der Kante 103a liegenden Schokolademasse gegen die
Trogwand 1 gedrückt
und dabei versalbt wird bzw. welcher Teil abgehoben wird, um so
noch im festen Zustand befindliche Schokoladepartikel der Luft auszusetzen.
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Im
Rahmen der Erfindung sind allerdings zahlreiche Abänderungen
möglich.
Falls nämlich
beispielsweise nur eine einzige Drehrichtung (bei der Darstellung
gemäss 2 im
Uhrzeigergegensinne) gewünscht
wird, kann das Werkzeug 103 auch aus einem vollen Stangenmaterial
bestehen. Gewünschtenfalls
wird es aber auch kufenförmig
ausgebildet sein.