CZ186797A3 - Zařízení pro krájení potravinových výrobků - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro krájení potravinových výrobků, obsahujícího ultrazvukový kráječi člen s přiřazeným hnacím ústrojím pro selektivní řízení postupu krájecího členu krájeným výrobkem.

Dosavadní stav techniky

Zařízení tohoto typu je. známo například z EP-A-614733. Tento doklad ze známého stavu techniky popisuje úpravu dvou kráječích členů (ultrazvukových čepelí), poháněných tyčovým a klikovým mechanismem, na ústrojí, které může postupovat synchronně s dopravníkem a tak, že sleduje potravinové výrobky, které se na nem posunují.

Toto řešení představuje příklad mnohých běžných řešení, jichž se používá pro krájení potravinových výrobků v průmyslových závodech na výrobu takových výrobků. Pracovní kriteria a typy takového přístroje jsou skutečně mimořádně rozmanité.

Samočinné krájení potravinových výrobků musí v takové souvislosti brát zřetel na řadu faktorů, které se stávají stále důležitějšími jako podmínky provádění postupu. Především se stále zvyšují výrobní kapacity takových závodů, a z toho důvodu rychlost, při které je zapotřebí provádět krájení, má tendenci se plynule zvětšovat.

Na druhé straně jsou však zpracovávané výrobky často choulostivé a nemohou vydržet násilné zacházení, které může výrobek poškodit a/nebo může vyvolat odlomení úlomků, drobků a částeček, které mohou znečistit samotné zařízení.

Kromě toho může mít mnoho potravinových výrobků ve své podstatě nehomogenní povahu v tom smyslu, že nejsou tvořeny jedinou potravinovou hmotou, avšak spíše kombinací potravinových látek, jež mohou být navzájem velmi odlišné: stačí si představit například výrobky plněné a/nebo vrstvené.

Účelem vynálezu je vytvořit přístroj, který je -schopen velmi dobře splnit všechny shora vysvětlené požadavky.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu se uvedeného účelu dosáhne přístrojem v úvodu uvedeným, který je vyznačen tím, že hnací mechanismus nese přiřazené řídící členy, upravené pro selektivní řízení rychlosti postupu krájecího členu krájeným výrobkem, a pro místní změnu rychlosti postupu v závislosti na místních .vlastnostech výrobku v pásmu, které je v tomto okamžiku krájeno.

Podle výhodného provedení vynálezu pracuje ultrazvukový kráječi člen při kmitočtu přibližně 45 KHz.

Podle dalšího výhodného provedení je krájecímu Členu přiřazen zdroj ultrazvuku, který může¹ být uváděn v činnost selektivně, takže může být spuštěn dříve, než kráječi člen přijde do styku s krájeným výrobkem.

Je dále výhodné to provedení, při němž zdroj ultrazvuků může být vypnut dříve, než kráječi člen dokončí svůj postup krájeným výrobkem.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu obsahuje hnací mechanismus spojovací tyč, poháněnou klikou, která je kruhově otáčivá hnacím ústrojím, a dále je upraveno ří3 dici ústrojí pro selektivní řízení rychlosti otáčení hnacího ústrojí tak, že se selektivně mění rychlost postupu krájecího členu krájeným výrobkem.

Vynález se také týká příslušného způsobu krájení potravinového výrobku pomocí ultrazvukového krájecího členu; kterému je přiřazen hnací mechanismus pro posunování krájecího členu selektivně krájeným výrobkem, přičemž podle vynálezu obsahuje tento způsob takové řízení hnacího mechanismu, že se selektivně'místně mění rychlost přeósouvání krájecího členu krájeným výrobkem a tato rychlost předsouvání je místně pozměňována v závislosti na místních vlastnostech krájeného výrobku v pásmu, které je právě krájeno.

Přitom tento postup zahrnuje s výhodou takové napájení ultrazvukového krájecího členu, že pracuje s ultrazvukem při frekvenci přibližně 45 KHz.

S výhodou se přitom ultrazvukový.kráječi člen uvede selektivně v Činnost před tím, než přijde do styku s krájeným· výrobkem.

Je dále výhodné uvést ultrazvukový kráječi člen mimo Činnost dříve, než tento kráječi člen ukončí svůj postup krájeným výrobkem.

Způsob podle vynálezu zahrnuje také ten krok, při němž se ultrazvukový kráječi Čleň spojí s hnacím mechanismem, obsahujícím tyč, poháněnou.klikou, která je uveditelná do otáčivého pohybu hnacím ústrojím a zahrnuje také krok selektivního řízení rychlosti otáčení hnacího ústrojí tak,

V ' v v * , , , , „ _ ze se selektivně mem rychlost predsouvani krájecího clenu krájeným výrobkem.

Vynález bude nyní popsán na příkladu, na nějž ovšem není omezen, v souvislosti s připojenými výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje schematicky konstrukci krájecího přístroje podle vynálezu.

Obr. 2 znázorňuje strukturu prvního potravinového výrobku, který může být krájen zařízením podle vynálezu.

Obr. 3 je graf, znázorňující způsob činnosti zařízení podle vynálezu při krájení výrobku, znázorněného na obr. 2.

Obr. 4 znázorňuje strukturu jiného potravinového výrobku, který může být krájen zařízením podle vynálezu.

Obr.. 5 je graf, znázorňující způsob činnosti zařízení podle vynálezu při krájení výrobku, znázorněného na obr, 4.

Obr. 6 pak ukazuje možnou obměnu způsobu činnosti, znázorněného na obr. 5.

Příklady provedení vynálezu

Kráječi přístroj podle vynálezu, označený jako celek značkou _1 na obr. 1, obsahuje v zásadě následující prvky:

kráječi člen 2 (čepel nebo nůž), mající s výhodou ostrý tvar a konstrukci typickou pro tak zvanou sonotrodu ultrazvukového svářecího nebo krájecího zařízení, jednotku 3 (známého typu) pro vytváření a vedení ultrazvuků, která je schopna dodávat čelo vlny pří ultrazvukovém kmitočtu, tj. tak zvaný ultrazvuk do čepele 2 při, kmitočtu typicky řádu 45 KHz, hnací mechanismus 4, který uděluje čepeli 2 vratný pohyb (se selektivně regulovatelnou rychlostí, jak je podrobněji níže popsáno), vůči rovině P, na které jsou umístěny potravinové výrobky A, určené ke krájení, a obvykle jsou předsouvány (způsobem v podstatě takovým, jaký je popsán v EP-A-0614733), a řídící jednotku 5. (například tak zvaná PLC, tj. páska modifikací), která řídí činnost jednotky 3 a hnacího mechanismu 4.

U znázorněného provedení obsahuje uvedený mechanismus otáčivý motor 6, například elektrický motor, který otáčí kolem 7, které na svém obvodu nese klikový čep 8. Jeden konec spojovací tyče 9 je spojen s klikovým čepem 8., kdežto její protilehlý konec působí na čepel _2 a uvádí ji do vratného pohybu podél vodicích členů (označených' schematicky značkou 10) , umístěných kolmo k rovině P.

Tento hnací mechanismus je v podstatě stejný jako hnací mechanismus, sestávající z kliky a spojovací tyče, a popsaný v EP-A-0614733, na který se poukazuje pro zjištění dalších konstrukčních podrobností.

Poukaz na tento určitý typ hnacího mechanismu je však třeba považovat na pouhý příklad, jelikož vyřešení vynálezu může být provedeno hnacími mechanismy (pohony) pro čepel 2. velmi různého typu. Pro uvedení několika příkladů lze například uvažovat o lineárních hnacích mechanismech (včetně pohyblivého Členu, schopného dodávat vratný pohyb krájecímu členu 2 vůči rovině P), jež jsou poháněny hydraulicky, elektromagneticky, piesoelektricky, atd. V žádném případě nejsou konstrukční podrobnosti hnacího mechanismu 4 pro kráječi Čepel 2 o sobě důležité pro účely provedení vynálezu.

Uvažujeme-li mechanismus kliky a spojovací tyče, zde příkladem popsaný, lze snadno usoudit, že při otáčení motoru 6 konstantní úhlovou rychlostí se bude kráječi člen 2 pohybovat vůči rovině P v harmonickém pohybu, to znamená minimální (prakticky nulovou) rychlostí na koncových bodech, tak zvaných horní a dolní úvratě jeho postupu vůči rovině P, přičemž dosáhne maximální rychlosti na prostředním bodu svého postupu. To platí v obou směrech pohybu a zejména při jeho předsouvání, jež odpovídá jeho kráječi činnosti. Je snadno zřejmé, že v tomto případě, i když se rychlost postupu krájecího členu 2 místně mění, není dána možnost měnit tuto rychlost selektivně, jelikož zákon, ovládající změnu rychlosti v čase, (harmonický pohyb) je pevný.

Vynález je založen na poznání skutečnosti, že základní požadavky, udané v úvodu popisu, mohou být téměř ideálně splněny, užije-li se v kombinaci ultrazvukového krájecího zařízení a takového hnacího mechanismu'pro kráječi člen, který je schopen měnit rychlost postupu krájecího členu krájeným výrobkem.A, selektivně a místně (virtuálně bod za bodem, kdykoliv to požadavky vyžadují a v každém případě podle jakéhokoliv zákona, zvoleného podle požadavků jeho aplikace).

To platí zejména pro výrobky A, jež mají nehomogenní vlastnosti ve směru krájení. Příklady výrobků tohoto druhu jsou znázorněny na obr. 2 a 4.

V obou případech jde o plněné výrobky s vrstvenou strukturou.

Například obr. 2 znázorňuje úsek potravinového výrobku A, který sestává ze dvou vrstev těsta S (případně navlhčených sirupem na bázi cukru nebo alkoholu), mezi nimiž je vrstva C krémovité náplně nebo pasty, tvořená například mléčným krémem.

Vžrobek A, znázorněný na obr. 4, obsahuje naopak mezilehlou vrstvu K z čokolády, tuhé (karamel) nebo podobné látky, která je celkově spíše pevná a je vložena mezi dvě těstovité vrstvy S.

Jinými slovy, jsou obě situace, znázorněné na obr.

a 4, přesně navzájem doplňkové. Ve výrobku A na obr. 2 je totiž celkově měkká vrstva C uložena mezi vrstvy těsta S. V případe výrobku A na obr. 4, je však celkem tvrdá vrstva K uložena mezi dvě vrstvy těsta.

Oba příklady na obr. 2 a 4 byly zvoleny úmyslně pro ilustrování dvou komplementárních situací, V každém případě je tu prakticky nekonečný počet případů, jak pokud jde o výrobky, mající méně vrstev (například pouze dvě vrstvy) a o výrobky, mající více vrstev (což je častější případ):, například jako ilustraci lze uvést výrobek, na obr. 2, kte rý má horní povlak-z čokolády, případnesmíchané se zrnitým materiálem, jako jsou sekané lískové oříšky, rozemletý kokosový ořech a podobně.

Kráječi soustavy, nejčastěji používajé v potravinovém oboru, zejména v cukrářství, používají mechanicky ovládaných kráječích členů, jejichž samočinné ovládání je provedeno tak, aby reprodukovalo kráječi činnost, kterou může pekař nebo cukrář provádět kuchyňským nožem nebo podobným nástrojem, jako je nůž na chleba.

Pokusy, provedené přihlašovatelem, vsak ukázaly, še tato běžná řešení mohou být z různých důvodů naprosto nedostačující.

Například je-li výrobek A, znázorněný na obr. 2, krájen úplně mechanickým způsobem a má-li být krájení prováděno velmi rychle (zde jsou míněny samočinné kráječe,· které mají pracovat v závodech, kde se usiluje o dosažení co možná nejvyšší pracovní rychlosti), je jedním z nejvážnějších nebezpečí okolnost, že dojde k nežádoucímu stlačení měkké nádivkové vrstvy C s tou možností, že nádivka C je vytlačena po stranách výrobku, což nastane obvykle v podobě pásu o konečném.příčném rozměru.

Pokusíme-li se omezit toto vytlačení užitím běžných soustav s pomalým posouváním Čepele při krájení, zabrání to sice vytlačení měkké náplně C, avšak krájení se značně zpomalí, takže je nutné snížit rychlost výroby.

Pro tvrdé vrstvy pak kromě možného vytlačení měkčích vrstev, pod nimi ležících, vzniká další nebezpečí, že při příliš rychlém pohybu touto vrstvou dolů může tato vrstva popraskat a vytvořit úlomky a drobky.

Pokusy provedené přihlašovatelem ukázaly, že - zcela neočekávaně se použití ultrazvukového krájecího členu s předsouvací rychlostí selektivně měnitelnou ukázalo být prospěšným, jak pokud jde o měkké vrstvy, tak i pokud jde o tvrdé vrstvy. I když příčiny tohoto jevu nejsou úplně jasné, je možná ta hypotéza, že v přítomnosti tvrdých vrstev, například vrstvy čokolády nebo podobného výrobku^ působí ultrazvukový kráječi Člen a čelo vibrační vlny, jím šířené, při dopadu na krájenou vrstvu tak, že ji rozrušuje a kdy ji odděluje podél zamýšlené kráječi čáry, nepatrně za (ve směru postupu) vlastním krájecím členem. Jinými slovy se kráječi látka začne oddělovat, a ve skutečnosti se odděluje podél žádané kráječi čáry dokonce předtím, než na ni ve skutečnosti působí vlastní kráječi činnost samotného krájecího členu. Tato skutečnost byla přihlašovateli systematicky ověřena a bylo zjištěno, že zlepšené kráječi výsledky se dostaví, když ultrazvukový generátor 3 (není obvykle uváděn do Činnosti nepřetržitě, aby se zabránilo neŽidoucímu ultrazvukovému hluku):

' se uvede v činnost nepatrně před tím, než se hrot krájecího členu 2 skutečně dotkne výrobku A při svém postupu k výrobku A, to znamená, když je člen 2 ještě v určité vzdálenosti od výrobku A, a/nebo když se generátor 3 vypne poněkud dříve, než kráječi člen 2 ukončí svůj postup k rovině P, na níž spočívá výrobek A, to jest, když člen _2 je ještě v určité vzdálenosti od bodu P.

I když je nesnadné udat v tomto ohledu absolutní hod noty, je třeba údaj v určité vzdálenosti interpretovat vzhledem k tomu, že obvyklé tlouštky potravinových výrobků například cukrářského zboží, vystavených krájení, jsou v rozmezí přibližně 1 až 3 cm, tak, že se týkají velikostí řádově milimetrů až několika milimetrů.

Pokud jde o měkké vrstvy, pak skutečnost, že kráječi člen 2 je ultrazvukový člen, se ukázala příznivou v tom směru, že při značné pravděpodobnosti mikroskopického otřásacího jevu, jsou účinky přilnavosti krájecího materiálu ke krájecímu členu 2 samotnému minimalizovány a ve skutečnosti odstraněny. To platí i pro velmi přilnavé nebo vazké materiály, jako jsou určité potravinové náplně (například džem, cukrové polevy, atd.).

Při kombinovaném vzájemném působení umožňuje skutečnost, že je možné řídit bod za bodem rychlost postupu krájecího členu 2, aby tato rychlost byla kdykoliv přizpůsobena vlastnostem krájené vrstvy, což znamená, že10 rychlost postupu ultrazvukového krájecího členu 2 může týt místně měněna v závislosti na místních vlastnostech (je-li vrstva více nebo méně tvrdá nebo měkká) výrobku A v pásmu (vrstvě) právě krájeném.

Prvním výsledkem toho je, že obecně je možné provádět rychlý posun při krájení měkkých vrstev a pomalý, posun při krájení tvrdých vrstev, a to bez ovlivnění celkového trvání krájení, jak se to děje v běžných soustavách, kde rychlosti krájení se zvolí nejmenší rychlost těch rychlostí, jež jsou přílustné pro různé krájené vrstvy

Pokusy, provedené přihlašovatelem, však ukázaly, že shora popsané kritérium není absolutní, a že v každém případě musí být zákon postupu krájecího Členu 2. výrobkem A určen experimentálně podle vlastností výrobku právě uvažovaného. Například grafy na obr. 3 a 5 ukazují na pořadnicích rychlosti předsouvání (v cm/s), které se ukázaly optimálními při krájení výrobků A, znázorněných na obr. 2, popřípadě obr. 4. V obou grafech na obr. 3 a 5 je měřítko na ose úseček dáno v milimetrech tloušťky výrobku A, přičemž nula odpovídá hornímu povrchu výrobku, body X^ a odpovídají rozhraním mezí různými vrstvami a bod Χθ odpovídá rovině P.

Graf na obr. 3 se týká-například pkusů, prováděných na výrobku pro který body X^, X^ a X^ odpovídají hodnotám 5, 10 a 15 mm. V grafu na obr. 4 jsou příslušné hodnoty 12, 17 a 29 mm.

Z vyšetření údajů na obr. 3 a 4 může být například zjištěno, že zákon změny rychlosti předsouvání krájecí-ho členu 2 v případě obr. 5, není pouze odlišný, nýbrž ve skutečnosti je úplně opačný než zákon uskutečnitelný čin11 ností motoru 6 při konstantní úhlové rychlosti. Jinou zajímavou skutečností je, že (z důvodů ještě ne zcela úplně objasněných) jsou strukturálně identické vrstvy, jako průlinčité vrstvy S, krájeny optimálním způsobem při různých rychlostech podle jejich polohy uvnitř vrstvené struktury výrobku. Bylo také zjištěno, že je vhodné zabránit prudké změně rychlosti předsunu na rozhraních X^, X^ mezi vrstvami nad sebou upravenými, aby se zabránilo poškození výrobku. Změny mezi různými rychlostmi předsouvání se tak provádějí (podle kritérií známých v oblasti samočinného řízení) ve shodě se zákony spojování, například typu běžně de2 finovaneho at sine

Graf na obr. 6 má však ukázat, jak se při dané struktuře výrobku mohou měnit, dokonce značně, optimální zákony pro změnu rychlosti krájení. Graf na obr. 6 odpovídá například zákonu změny, který byl zjištěn jako optimální pro výrobek podle obr. 4, kde X^ = 5 mm a X^ = 28 mm.

V tomto· případě bylo zjištěno, že je třeba postupovat velmi pomalu (přibližně 1 cm/s) na začátku, když je třeba kráječi těsto S, čímž se zároveň brání rozmačkání výrobku, Potom je možné zvyšovat postupně rychlost krájení, aby se dohonilo zpoždění, jež vzniklo pomalým krájením v počáteční fázi.

EP-A-0 614 733 popisuje podrobně, jak se motcr, například motor 6, může selektivně řídit tak, aby se selektivně řídila rychlost členu, poháněného samotným motorem přes tyč a klikový mechanismus, například tak aby se uvedený člen poháněl konstantní rychlostí.

Obecněji vyjádřeno, může být pracovní vazba mezi rychlostí otáčení = 2 n (rad/s) motoru 5 a lineární rychlostí pohybu Čepele 2, vyjádřena rovnicí η = V/ (Rsin( /*-/?)cos/3) (I) kde

R znamená poloměr dráhy čepu 8 spojovací tyče, ý*“ znamená úhel kliky (srv. obr. 1) a beta znamená úhel spojovací tyče Csrv. opět obr. 1).

Shora uvedený vzorec I však ukazuje, že pro každou hodnotu úhlů gamma a beta (hodnoty zjistitelné známým způsobem pomocí čidel) a tedy pro každou okamžitou polohu, kterou čepel 2_ zaujímá vůči rovině P, -je možné měnit úhlovou rychlost motoru _6 selektivně tak, aby se Čepeli 2_ udělila selektivně určená rychlost.. Všeho toho lze dosáhnout podle o sobě známých kriterií, a to vhodným programováním řídící jednotky _5. Příslušné konstruktivní a programovací podrobnosti jsou o sobě dobře známy odborníkům v příslušném oboru (zejména při programování PLC) a nemusí být zde podrobně vysvětlovány zejména proto, že nejsou podstatné pro účely porozumění vynálezu.

I když princip, popřípadě podstata vynálezu zůstávají stejné, mohou být konstrukční podrobností a tvary provedení značně pozměňovány oproti popsanému a znázorněnému provedení, bez vyloučení z rámce vynálezu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   IV '!9Vf IT

   1. Zařízení pro krájení potravinových výrobků (A), obsahující ultrazvukový kráječi člen (2) s přiřazeným hnacím ústrojím (4 až 7) pro selektivní řízení postupu krájecího Členu (2) krájeným výrobkem (A), vyznačující se tím, že hnací mechanismus (4) nese přirazené řídící členy (5), upravené pro selektivní řízení rychlosti postupu krájecího členu (2) krájeným výrobkem, a pro místní změnu rychlosti postupu v závislosti na místních vlastnostech výrobku (A) v pásmu, které je v tomto okamžiku krájeno.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačuj íc í se t í m , že ultrazvukový kráječi Člen (2) pracuje při kmitočtu přibližně 45 KHz.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj jící se tím, že krájecímu členu (2) je přiřazen zdroj (3) ultrazvuku, který může být uváděn v činnost selektivně, takže může být spuštěn dříve, než kráječi člen (2) přijde do styku s krájeným výrobkem (A).
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačuj ící se t í m , že zdroj (3) ultrazvuku může být vypnut dříve, že kráječi Člen (2) dokončí svůj postup krájeným výrobkem (A) .
5. 5. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že hnací mecha14 nismus obsahuje spojovací tyč (9), poháněnou klikou (8), která je otáčivá po kruhu (7) hnacím ústrojím (6) a že je dále upraveno řídící ústrojí (5) pro selektivní řízení rychlosti otáčení hnacího ústrojí (6) pro selektivní měnění rychlosti postupu krájecího členu (2) krájeným výrobkem (A) .
6. 6. Způsob krájení potravinového výrobku (A) ultrazvukovým krájecím členem (2), kterému je přiřazen hnací mechanismus (4 až 7) pro posunování krájecího členu (2) selektivně krájeným výrobkem (A), vyznačující se tím, že se selektivně mění rychlost předsouvání krájecího členu (2) krájeným výrobkem (A) a tato rychlost předsouvání se místně pozměňuje v závislosti na místních vlastnostech krájeného výrobku (A) v pásmu, které je právě krájeno.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačuj íc í se t í m , že se ultrazvukový kráječi.Člen napájí pro prácí s ultrazvukem při frekvenci přibližně 45 KHz.
8. 8. Způsob podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že se ultrazvukový kráječi člen (2) uvede selektivně v činnost dříve, než přijde do styku s krájeným výrobkem (A).
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se t í m , že se ultrazvukový kráječi člen (2) uvede mimo činnost- dříve, než dokončí svůj postup krájeným výrobkem (A),
10. 10. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 6 až 9,vyznačující se tím, že se ultrazvukovému krájecímu Členu přiřadí hnací mechanismus, sestávající z tyče (9), poháněné klikou (8), otáčivou v kruhu (7) hnacím ústrojím (6), a že se rychlost otáčení hnacího ústrojí (6) selektivně řídí tak, že selektivně mění rychlost předsouvání krájecího Členu (2) krájeným výrobkem (A).