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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten zur Injektion
von Flüssigkeiten
in Lebensmittelprodukte, mit hohlen Nadeln, einer Leitung zur Zufuhr
der Flüssigkeit
zu den Nadeln, und einer Dosiereinrichtung für die Flüssigkeit.
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Als
ein Beispiel für
eine solche Vorrichtung kann eine Pökelmaschine genannt werden,
bei der Pökellake
mit den Nadeln in die Fleischprodukte injiziert wird.
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Bei
bekannten Pökelvorrichtungen
wird die injizierte Lakemenge zumeist dadurch gesteuert, daß für einen
gegebenen Strömungswiderstand
des Lakezufuhrsystems der Lakedruck und/oder die Geschwindigkeit,
mit der die Nadeln in das Fleisch einstechen, geeignet eingestellt
wird. Es sind auch Pökelvorrichtungen
bekannt, bei denen als Lakepumpe eine Verdrängerpumpe eingesetzt wird,
mit der sich das injizierte Volumen präzise vorgeben läßt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine genauere
Kontrolle der injizierten Flüssigkeitsmenge
erlaubt..
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Leitung einen Durchflußmesser zur
Messung des Volumendurchsatzes der den Nadeln zugeführten Flüssigkeit
enthält.
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Die
Erfindung erlaubt es somit, die Menge an Flüssigkeit zu messen, die pro
Zeiteinheit tatsächlich injiziert
wird. Der auf diese Weise erhaltene Meßwert kann beispielsweise dazu
benutzt werden, die Einspritzdauer oder den Einspritzdruck so anzupassen, daß innerhalb
der zur Verfügung
stehenden Einspritzzeit die gewünschte
Flüssigkeitsmenge
injiziert wird. Sofern als Pumpe eine volumetrische Pumpe eingesetzt
wird, bietet die Erfindung die Möglichkeit, das
Fördervolumen
der Pumpe zu kontrollieren, so daß Lecks oder sonstige Fehler
festgestellt werden können.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer
Weiterbildung dieser Vorrichtung ist ein Integrationsglied zum Integrieren
des gemessenen Volumendurchsatzes vorgesehen. Die Dosierung kann
dann z. B. in der Weise geschehen, daß man den aufintegrierten Volumenstrom
mit einem vorgegebenen Sollvolumen vergleicht und die die Zufuhr
von Flüssigkeit
zu den Nadeln unterbricht, sobald der integrierte Volumendurchsatz
das Sollvolumen erreicht.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer Pökelvorrichtung;
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2 eine
schematische Stirnansicht der Pökelvorrichtung
nach 1 während
eines Pökelvorgangs;
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3 eine
schematische Stirnansicht einer Pökelvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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4 eine
schematische Stirnansicht der Pökelvorrichtung
nach 3 in einem anderen Stadium des Arbeitsablaufes;
und
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5 ein
Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Pökelvorrichtung nach 3 und 4.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung dient zum Pökeln von
Lebensmittelprodukten 10 und weist einen Förderer 12 auf,
auf dem die Lebensmittelprodukte in Pfeilrichtung einer Pökelstation 14 zugeführt werden.
In der Pökelstation
ist oberhalb des Förderers 12 ein
auf und ab bewegbarer Nadelträger 16 installiert,
der in einer quer über
den Förderer
verlaufenden Zone eine Vielzahl von parallelen, nach unten vorspringenden
Nadeln 18 trägt.
Die Nadeln 18 sind als Hohlnadeln ausgebildet, und eine
in dem Nadelträger 16 untergebrachte
Ventilsteuerung 20 dient dazu, die Lakezufuhr zu den einzelnen
Na deln 18 zu steuern. Die Ventilsteuerung 20 wird
ihrerseits durch eine elektronische Steuereinrichtung 22 angesteuert, die
auch den Hub des Nadelträgers 16,
den Antrieb des Förderers 12 und
dergleichen steuern kann.
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Die
Nadeln 18 durchsetzen einen Niederhalter 23, der
höhenverstellbar
an dem Nadelträger 16 oder
einem nicht gezeigten Gestell der Vorrichtung angeordnet ist.
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Mit
Hilfe des Förderers 12 werden
die Lebensmittelprodukte 10 schrittweise vorgerückt, und wenn
sie sich bei angehaltenem Förderer
in einer Position unterhalb des Nadelträgers 16 befinden,
so wird der Nadelträger
abgesenkt, so daß die
Nadeln 18 in die Lebensmittelprodukte 10 einstechen. Gleichzeitig
wird über
die Ventilsteuerung 20 die Lakezufuhr gesteuert, so daß Pökellake
in die Lebensmittelprodukte 10 injiziert wird. Anschließend wird
der Nadelträger 16 wieder
angehoben, so daß die
Nadeln 18 aus den Lebensmittelprodukten austreten können, und
der Förderer
transportiert die Produkte um einen Schritt weiter, so daß Pökellake
in eine nachfolgende Charge von Lebensmittelprodukten injiziert
werden kann.
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Stromaufwärts der
Pökelstation 14 ist
an dem Förderer 12 eine
Abtastvorrichtung 24 angeordnet, die im gezeigten Beispiel
einen sich über
die gesamte Breite des Förderers 12 erstreckenden
optischen Abtastkopf 26, beispielsweise einen Laser-Abtastkopf,
aufweist.
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Die
Abtastvorrichtung 24 dient dazu, das Profil der auf dem
Förderer
zugeführten
Lebensmittelprodukte 10 aufzunehmen, während sie unter dem Abtastkopf 26 hindurchtransportiert
werden. Auf diese Weise läßt sich
mit der jeweils gewünschten
Auflösung
für jeden
Punkt auf der Breite des Förderers 12 feststellen,
wo sich die Lebensmittelprodukte befinden und welche Dicke sie haben.
Diese Information wird an die Steuereinrichtung 22 gemeldet,
die aus dem Abstand zwischen der Abtastvorrichtung 24 und
der Pökelstation 14 und
der Transportgeschwindigkeit des Förderers 12 den Zeitpunkt
berechnet, zu dem sich Lebensmittelprodukte 10, deren Profil
gerade abgetastet wurde, unter dem Nadelträger 16 befinden.
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Wenn
sich die Lebensmittelprodukte 10 dann unter dem Nadelträger 16 befinden
und dieser abgesenkt wird, so wird die Ventilsteuerung 20 so
angesteu ert, daß an
jeder Stelle über
die Breite des Förderers 12 die
den einzelnen Nadeln 18 zugeordneten Ventile erst dann
geöffnet
werden, wenn die betreffende Nadel in das Lebensmittelprodukt eingedrungen
ist. Als Beispiel soll hier angenommen werden, daß die Nadeln 18 nur
an ihrer Spitze oder in ihrem unteren Endabschnitt mit Austrittsöffnungen
für die Pökellake
versehen sind. So läßt sich
durch die Steuerung der Einspritzzeiten sicherstellen, daß die Lake nur
im Inneren der Lebensmittelprodukte 10 abgegeben wird und
keine Lake außerhalb
der Lebensmittelprodukte verspritzt wird.
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In 2 ist
die Pökelstation 14 in
einer Stirnansicht dargestellt, also mit Blickrichtung in Transportrichtung
des Förderers 12.
Der Nadelträger 16 führt gerade
einen Abwärtshub
aus, hat jedoch noch nicht seine untere Totpunktstellung erreicht,
so daß nur
einige der Nadeln 18, hier mit 18a bezeichnet,
in die Lebensmittelprodukte 10 einstechen. Für diese
Nadeln 18a hat die Ventilsteuerung bereits die Lakezufuhr
aktiviert, so daß Pökellake 28 in
das betreffende Lebensmittelprodukt 10 injiziert wird.
Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei den Lebensmittelprodukten
um zwei Fleischstücke,
die nebeneinander auf dem Förderer 12 liegen,
wobei das rechte Fleischstück
größer und
dicker ist. Bei dem linken Fleischstück sind deshalb die Nadeln 18 noch
nicht eingedrungen, und deshalb ist die Lakezufuhr für diese
Nadeln noch nicht aktiviert. Dasselbe gilt für die mit 18b bezeichneten
Nadeln, die gerade erst im Begriff sind, in das rechte Fleischstück einzustechen.
Da das Profil der Lebensmittelprodukte 10 bekannt ist,
läßt sich der
genaue Einspritzbeginn präzise
an die lokale Dicke der Lebensmittelprodukte anpassen. Dort wo sich
keine Lebensmittelprodukte auf dem Förderer 12 befinden,
bleiben die Nadeln 18 gänzlich
inaktiv.
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Im
gezeigten Beispiel wird die Lakezufuhr für jede der Nadeln 18 individuell
gesteuert. Das gilt auch für
jede der mehreren Nadeln 18, die zu einer in Längsrichtung
des Förderers 12 verlaufenden
Reihe gehören
und von denen deshalb in der 2 nur eine
sichtbar ist (siehe aber 1). Zweckmäßigerweise stimmen die Abstände in Längsrichtung
des Förderers,
in denen mit der Abtastvorrichtung 24 die einzelnen Profile
aufgenommen werden, mit den Abständen
der Nadeln 18 in Längsrichtung
des Förderers 12 überein,
so daß für jede der
quer über
den Förderer
laufenden Reihen von Nadeln 18 das zugehörige Profil
der Lebensmittelprodukte bekannt ist.
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Wahlweise
kann anhand des bekannten Profils auch der Hub jeder der Nadeln 18 oder
bestimmter Gruppen von Nadeln individuell gesteuert werden.
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Im
Prinzip könnte
die Ventilsteuerung 20 (1) auch
so ausgebildet sein, daß sich
mit ihr die Zufuhrmenge für
jede einzelne Nadel 18 drosseln läßt, so daß der Lakedurchsatz variiert
werden kann, während
die Nadeln in das Lebensmittelprodukt einstechen. Anhand des bekannten
Profils der Lebensmittelprodukte läßt sich der Verlauf des Einspritzdurchsatzes
als Funktion der Höhe
der Nadeln 18 jeweils an die Dicke des Lebensmittelprodukts
anpassen, so daß unabhängig von
Schwankungen der Dicke der Lebensmittelprodukte jeweils im Inneren
des Produkts mehr Lake pro Volumeneinheit injiziert wird als in
den Randzonen oder umgekehrt.
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Ein
entsprechendes Ergebnis läßt sich
auch dadurch erzielen, daß bei
konstantem Lakedurchsatz die Hubgeschwindigkeit der einzelnen Nadeln 18 individuell
in Abhängigkeit
von dem bekannten Profil der Lebensmittelprodukte gesteuert wird.
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Während im
gezeigten Beispiel eine laseroptische Abtastung des Profils der
Lebensmittelprodukte 10 vorgesehen ist, kann alternativ
auch eine mechanische Abtastung, beispielsweise mit Hilfe von Abtastrollen
vorgesehen sein. Ebenso ist eine Abtastung mit Ultraschallsensoren
denkbar. In all diesen Fällen
kann sich der Meßkopf über die
gesamte Breite des Förderers
erstrecken oder auch nur über
eine relativ schmale Zone des Förderers.
Im letzteren Fall muß der
Meßkopf
während
des Abtastvorgangs quer über
den Förderer
bewegt werden.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Pökelvorrichtung,
bei der der Förderer 12 auf
beiden Seiten durch Seitenwände 30 begrenzt
ist, die zusammen mit dem Förderer
einen U-förmigen
Trog bilden, der von den Lebensmittelprodukten 10 nahezu vollständig ausgefüllt wird.
Während
jedes Arbeitstaktes des Nadelträgers 16 befindet
sich eine bestimmte Charge der Lebensmittelprodukte 10 unter dem
Nadelträger
und damit im Arbeitsbereich der Nadeln 18. Mit Hilfe der
Abtastvorrichtung 24 ist es nun möglich, das Gesamtvolumen dieser
Charge zu berechnen. Wenn verlangt wird, daß das Volumen der in diese
Charge zu injizierenden Lake einen bestimmten Prozentsatz des Gesamtvo lumens
der Lebensmittelprodukte betragen soll, so läßt sich das entsprechende Sollvolumen
der Pökellake
aus dem Gesamtvolumen der Charge berechnen.
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Ebenso
lassen sich die mit der Abtastvorrichtung 24 gewonnenen
Daten auch dazu nutzen, für
die oben genannte Charge die mittlere Höhe have der
Lebensmittelprodukte zu berechnen (Gesamtvolumen der Charge dividiert
durch die von dieser Charge eingenommene Grundfläche). In 3 ist
diese mittlere Höhe
have durch eine strichpunktierte Linie angegeben.
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Wenn
es sich bei den Lebensmittelprodukten 10 um ”weiche” Produkte
handelt, also beispielsweise um Fleischstücke ohne Knochen, so kann durch geeignete
Höheneinstellung
des Niederhalters 23 erreicht werden, daß die Produkte,
wenn der Nadelträger 16 und
der Niederhalter 23 gemeinsam abgesenkt werden, durch den
Niederhalter zu einem annähernd
massiven Quader verformt werden, wie in 4 dargestellt
ist. Dazu wird der Niederhalter 23 auf eine solche Höhe eingestellt,
daß seine
Unterseite in der in 4 gezeigten Position, bevor
die Nadeln in die Lebensmittelprodukte einstechen, gerade die Höhe have hat.
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Wenn
dann der Nadelträger 16 und
der Niederhalter 23 bei der gemeinsamen Abwärtsbewegung
die in 4 gezeigte Position erreicht haben, wird der Niederhalter 23 vom
Nadelträger 16 entkoppelt
und relativ zum Gestell der Vorrichtung stationär gehalten, während sich
der Nadelträger 16 mit
den Nadeln 18 weiter absenkt, um die Lake in die Lebensmittelprodukte 10 zu
injizieren. In diesem Fall kann die Lakezufuhr zu sämtlichen
Nadeln 18 synchron gesteuert werden, und dennoch wird eine
gleichmäßige Injektion
der Lake in sämtliche
Bereiche der Lebensmittelprodukte 10 erreicht.
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Die
Injektion kann dabei wahlweise nur während des Abwärtshubes
oder auch sowohl während des
Abwärtshubes
als auch während
des Aufwärtshubes
der Nadeln erfolgen. Bei der Aufwärtsbewegung des Nadelträgers 16,
wenn also die Nadeln aus den Lebensmittelprodukten herausgezogen
werden, sorgt der Niederhalter 23 dafür, daß sich die Lebensmittelprodukte
nicht nach oben bewegen, sondern von den Nadeln abgestreift werden.
Sobald während des
Aufwärtshubes
wieder die in 4 gezeigte Position erreicht
ist, wird der Nadelträger 23 wieder
mit dem Nadelträger 16 gekoppelt
und gemeinsam mit diesem weiter angehoben, so daß auf dem Förderer 12 die nächste Charge
zu geführt
werden kann. Die Höhe
des Nadelträgers
wird dann an die mittlere Höhe
dieser neuen Charge angepaßt
und es kann ein neuer Zyklus beginnen.
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In 5 ist
die Steuereinrichtung 22 für die oben beschriebene Pökelvorrichtung
als Blockdiagramm dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Hauptrechner 32,
ein Steuersystem 34, das die Höheneinstellung des Niederhalters 23 steuert,
ein Steuersystem 36 für
die Hubbewegungen des Nadelträgers 16,
ein Steuersystem 38, das eine Lakepumpe 40 ansteuert
und somit den Druck bestimmt, mit dem die Lake zu den Nadeln 18 zugeführt wird,
und einen Ventiltreiber 42 für die Ventilsteuerung 20.
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Die
Lakepumpe 40 saugt über
eine Leitung 41 Lake aus einem nicht gezeigten Lakebehälter an und
führt sie über einen
Durchflußmesser 44 der Ventilsteuerung 20 in
dem Nadelträger 16 zu,
wo die Lake gleichmäßig auf
sämtlichen
Nadeln 18 verteilt wird. Je nach Ausführungsform kann dabei die Ventilsteuerung 20 ein
gesondertes Ventil für
jede einzelne Nadel oder ein einziges Ventil aufweisen, das sämtliche
Nadeln steuert. Der Durchflußmesser 44 mißt auf irgendeine
bekannte Weise den Volumendurchsatz φ, also das Volumen der Lake,
das pro Zeiteinheit den Nadeln zugeführt wird. Dieser Volumendurchsatz φ wird an
den Hauptrechner 32 gemeldet.
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Bevor
ein Arbeitstakt des Nadelträgers 16 beginnt,
berechnet der Hauptrechner 32 anhand der Daten der Abtastvorrichtung 24 die
mittlere Höhe
have und das Gesamtvolumen Vp der
in diesem Arbeitstakt zu pökelnden
Lebensmittelprodukte 10. Die mittlere Höhe have wird
an das Steuersystem 34 für den Niederhalter übermittelt,
der daraufhin auf die passende Höhe
eingestellt wird, wie in 4 gezeigt ist. Aus dem Gesamtvolumen
Vp der Lebensmittelprodukte berechnet der
Hauptrechner 32 außerdem
das Sollvolumen Vs der zu injizierenden
Lake.
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Da
der Strömungswiderstand
des Lakezufuhrsystems bekannt ist, läßt sich für einen gegebenen Lakedruck
der Volumendurchsatz der Lake im voraus abschätzen. Anhand des Sollvolumens
Vs, des abgeschätzten Volumendurchsatzes und
der mittleren Höhe
have legt nun der Hauptrechner 32 die Geschwindigkeit
v, mit der der Nadelträger
aus der in 4 gezeigten Position abgesenkt
wird, so fest, daß das
gesamte Sollvolumen gleichmäßig injiziert werden
kann, während
die Nadeln in die Lebensmittelprodukte einstechen. Wenn die Injektion
nur während
des Abwärtshubes
der Nadeln erfolgt, wird die Geschwindigkeit v so berechnet, daß das Sollvolumen
in der Zeit injiziert wird, in der sich die Nadeln aus der in 4 gezeigten
Position bis zum unteren Totpunkt bewegen. Wenn die Injektion auch
beim Aufwärtshub
erfolgt, wird die Geschwindigkeit v so berechnet, daß das gesamte
Volumen innerhalb der doppelten Zeit injiziert wird, nämlich während der
Bewegung der Nadeln von der in 4 gezeigten
Position bis zum unteren Totpunkt und zurück in die in 4 gezeigte
Position.
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Wenn
sich dabei zeigt, daß,
um dieses Ziel zu errechnen, die Geschwindigkeit v inakzeptabel hohe
oder inakzeptabel niedrige Werte annehmen würde, so wird durch einen entsprechenden
Befehl an das Steuersystem 38 der Lakedruck P entsprechend
erhöht
oder gesenkt.
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Sobald
die Nadeln 18 die in 4 gezeigte Position
erreicht haben, also beginnen, in die Lebensmittelprodukte 10 einzustechen,
wird durch die Ventilsteuerung 20 die Lakezufuhr aktiviert.
Von diesem Zeitpunkt an wird mit Hilfe des Durchflußmessers 44 der
tatsächliche
Volumenstrom φ der
Lake gemessen. Der Hauptrechner 32 enthält ein Integrationsglied 46,
mit dem der Volumenstrom φ über die Zeit
integriert wird. Ein Vergleicher 48 vergleicht das Integral
des Volumenstroms, das im Lauf des Injektionsvorgangs stetig größer wird,
mit dem Sollvolumen Vs, und sobald das Sollvolumen
erreicht ist, wird an den Ventiltreiber 42 der Befehl ausgegeben,
die Lakeventile zu schließen,
so daß der
Injektionsvorgang beendet wird. Dieser Zeitpunkt wird ungefähr dann erreicht
werden, wenn die Nadeln den unteren Totpunkt erreicht haben oder,
falls auch beim Aufwärtshub
injiziert wird, wenn die Nadeln wieder die in 4 gezeigte
Position erreicht haben. Falls der Abschaltzeitpunkt signifikant
von dem Zeitpunkt abweicht, an dem der untere Totpunkt bzw. die
Position nach 4 erreicht wird, so kann die
im Hauptrechner 32 gespeicherte Funktion, die den Volumendurchsatz
als Funktion des Lakedruckes P angibt, geeignet korrigiert werden,
so daß im
nächsten
Takt die Geschwindigkeit v präziser
berechnet werden kann.
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Auf
diese Weise läßt sich
die injizierte Lakemenge präzise
in Abhängigkeit
vom Volumen Vp der Lebensmittelprodukte
steuern.