DE69212224T2

DE69212224T2 - Systeme zur Herstellung von Spiralgemüsebändern und eine Turbine dafür

Info

Publication number: DE69212224T2
Application number: DE69212224T
Authority: DE
Inventors: Max Frey; Richard S Livermore
Original assignee: McCain Foods Ltd
Current assignee: McCain Foods Ltd
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2012-04-15
Also published as: EP0510866A1; AR245641A1; DK0510866T3; US5179881A; CA2066849A1; DK0514006T3; EP0510866B1; BR9201475A; CA2066848C; DE69207471T2; ATE140517T1; ES2084933T3; NZ242451A; AU655251B2; EP0514006A3; AU662733B2; ES2093193T3; EP0514006B1; DE69212224D1; DE69207471D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Patentanmeldung bezieht sich allgemein sowohl auf eine hydraulische Turbine, die dazu verwendet wird, eine Spiralschneidevorrichtung in Rotation zu versetzen, als auch auf die Schneidevorrichtung selbst. Pommes frites und andere Gemüse, die aus im allgemeinen schraubenförmigen oder spiralförmigen Streifen bestehen (allgemein als "Kräusel"-Frites bekannt) wurden zunehmend populär. Verbraucher mogen sie aufgrund ihres interessanten Erscheinungsbildes, und sie sind für institutionelle Nahrungsmittellieferanten und Restaurantbetreiber attraktiv, da ein gegebenes Gewicht an Pommes frites ein größeres Volumen einnimt, wenn sie eine spiralförmige Gestalt aufweisen.
Systeme zum Herstellen von spiralförmigen Pommes frites sind gegenwärtig auf dem Markt erhältlich und sind Gegenstände von mehreren US-Patenten. Derartige Systeme sind von mechanischer Natur, das heißt, die Schneidevorrichtung, welche die Kartoffeln oder anderen Gemüse in spiralförmige Streifen schneidet, wird durch einen Motor mechanisch angetrieben, und der Teil für die Zufuhr der Kartoffeln zu der Schneidevorrichtung ist ebenfalls mechanischer Natur. Diese mechanischen Zufuhrmechanismen beinhalten das Erfassen der Kartoffeln einer nach der anderen und das Befördern derselben zu der Schneidevorrichtung. Ein derartiges System ist zu langsam, und es ist teuer aufzubauen und zu unterhalten.
Zur Herstellung der üblichen, langen Pommes frites sind hydraulische Zufuhrsysteme üblich. Diese Systeme nehmen Wasser auf, in dem die Kartoffeln oder anderen Gemüse mitgerissen werden. Im Fall von Kartoffeln zum Beispiel führt eine Nahrungsmittelpumpe hoher Kapazität das Wasser-Kartoffel-Gemisch einem Schachbrettraster von Messern zu oder wirft es gegen dieses. Ein derartiger Zufuhrmechanismus wird üblicherweise als eine "Kanone" bezeichnet und findet aufgrund seiner Fähigkeit zur Erzeugung von langen Kartoffelstreifen mit hohen Raten eine weitverbreitete Verwendung.
US 4324063 offenbart ein durch ein Schwungrad angetriebenes Kinderspielzeug, bei dem das Schwungrad Flügel aufweist und eine Düse vorgesehen ist, womit durch ein Mundstück geblasene Luft auf die Flügel auftrifft, um das Schwungrad in Rotation zu versetzen.
US 3709305 offenbart ein Unterwasserkraftwerkzeug, das einen Rotor mit inneren Durchführungen aufweist, die tangentiale Auslaßöffnungen besitzen. Ein unter Druck gesetztes Fluid, das aus den Durchführungen austritt, bewirkt eine Rotation des Rotors.
US 2952287 offenbart eine gemüseverarbeitende Vorrichtung, die durch eine Turbine um den Außenumfang derselben herum angetrieben wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Turbine mit einem Gehäuse, einem Rotor, einer Vielzahl von Leitschaufeln auf dem Rotor, Düsenmitteln, die auf die Leitschaufeln gerichtet sind und dafür eingerichtet sind, einen Flüssigkeitsstrahl gegen die Leitschanfeln zu erzeugen, um eine Rotation des Rotors um eine Achse zu bewirken, und einem Schwungrad auf dem Rotor bereit, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ringförmig ist und das Schwungrad von dem Rotor und den Leitschaufeln radial nach außen beabstandet ist, wo bei der Rotor, die Leitschaufeln und das Schwungrad im Betrieb ein einziges rotierendes Element bilden. Eine derartige Turbine ist in einem System nützlich, um spiralförmige Kartoffelstreifen oder andere Gemüsestreifen mit einer viel schnelleren Rate herzustellen, als bisher erreicht wurde.
Das System kann somit spiralförmige Streifen von Kartoffeln oder anderen Gemüsen in einer vollständig hydraulischen Weise in Massenproduktion herstellen, das heißt, das System beinhaltet einen hydraulischen Zufuhrmechanismus und eine hydraulisch betriebene Schneidevorrichtung.
Das System ist einfacher und weniger kostenaufwendig herzustellen, ist leichter zu unterhalten und fällt seltener aus.
Die Erfindung stellt außerdem eine verbesserte Schneidevorrichtung zur Verwendung mit einer hydraulisch angetriebenen Turbine zum Schneiden von Kartoffeln oder anderen Gemüsen in spiralförmige Streifen bereit.
Das System erlaubt die Herstellung von spiralförmigen Kartoffeistreifen oder anderen Gemüsestreifen mit einer besseren Gewinnungsrate, als mit gegenwärtig verfügbaren, mechanisch zuführenden Systemen erreichbar ist.
Zusammengefaßt beinhaltet das hydraulische System zum Schneiden von Kartolfeln oder anderen Gemüsen in im allgemeinen spiralförmige Streifen Eingangsmittel zum Aufnehmen eines flüssigen Trägers und der Gemüse, eine Leitung für den flüssigen Träger und die Gemüse, wobei die Leitung einen Einlaß und einen Auslaß aufweist. Pumpmittel, die zwischen die Eingangsmittel und den Einlaß eingekoppelt sind, um den flüssigen Träger und die Gemüse in die Leitung hinein, durch dieselbe hindurch und aus derselben heraus zu transportieren, eine Turbine, die mit dem Auslaß der Leitung gekoppelt ist und einen Rotor 5owie eine Vielzahl von Leitschaufeln auf demselben und wenigstens eine Düse beinhaltet, die auf die Leitschaufeln gerichtet ist wobei die Düse dafür eingerichtet ist, einen Flüssigkeitsstrahl zu erzeugen, um eine Rotation des Rotors zu bewirken, sowie eine Schneidevorrichtung, die mit dem Rotor gekoppelt ist und dadurch in Rotation versetzt wird, wobei die Schneidevorrichtung Mittel zum Schneiden des Gemüses in spiralförmige Streifen beinhaltet.
Die Schneidevorrichtung ist im wesentlichen kreisförmig und beinhaltet einen radialen Schlitz darin, der ein Paar von Schneidkanten definiert, die axial voneinander beabstandet sind, sowie eine Mehrzahl von Kerben um den Umfaug derselben herum.
Die Erfindung besteht aus bestimmten neuartigen Merkmalen und einer Kombination von Teilen, die im folgenden vollständig beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, wobei es sich versteht, daß verschiedene Änderungen in den Details durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen oder irgendeinen der Vorteile derselben zu verlieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Zwecks Erleichterung des Verständnisses der Erfindung ist in den begleitenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform derselben dargestellt, wobei aus deren Betrachtung, wenn sie in Verbindung mit der folgenden Beschreibung gesehen wird, die Erfindung, ihr Aufbau und Betrieb und viele ihrer Vorteile ohne weiteres zu verstehen und einzusehen sind.
Fig. 1 ist eine Draufsicht von oben auf ein System zur Herstellung von spiralförmigen Kartoffelstreifen, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Systems von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab, wobei die Turbine nicht geschnitten ist;
Fig. 3A ist eine ausschnittweise Ansicht im Schnitt, die eine alternative Bypass- Struktur darstellt;
Fig. 3B ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 3B-3B von Fig. 3A, wobei der Ring weggebrochen ist, um die Struktur dahinter freizulegen;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Prozeßauftragmaschine und des Kartoffelflusses des Systems;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Turbinensteuerwasserflusses in dem System;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Turbine;
Fig. 7 ist eine Endansicht der Turbine;
Fig. 8 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Turbine;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 9-9 von Fig. 7;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils der Turbine von Fig. 9 innerhalb der Ellipse 10;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils der Turbine Von Fig. 9 innerhalb der Ellipse 11;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 12-12 von Fig. 7;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils der Turbine von Fig. 12 innerhalb der Ellipse 13;
Fig. 14 ist eine perspektivische, ausschnittweise Schnittansicht, welche die Beziehung der Düsenspitze und der Leitschaufeln des Rotors darstellt;
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht, welche Details des Weges von schmierendem Wasser durch das Gehäuse und den stromabwärts gelegenen Stator darstellt; und
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf die Schneidevorrichtung; und
Fig. 17 ist eine Endansicht entlang der Linie 17-17 von Fig. 16.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Sich nunmehr den Fig. 1 und 2 zuwendend, ist dort ein System zum Schneiden von Kartoffeln in im wesentlichen spiralförmige Streifen dargestellt, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Das System ist allgemein mit der Zahl 20 bezeichnet. Das System 20 nimmt ein Gemisch aus Wasser 21 und Kartoffeln 22 auf und schneidet die Kartoffeln in spiralförmige Streifen. Die Kartoffeln 22 sind bevorzugt von der Sorte Russet Burbank mit einer langen Achse und einem im wesentlichen runden Querschnitt. Es versteht sich, daß viele Sorten von Kartoffeln durch das Systen 20 bearbeitet werden können.
Vor einer Verwendung in dem System 20 können die Kartoffeln geschrubbt und geschält werden, vor oder nach dem Schneiden. Die Kartoffeln werden üblicherweise nach dem Schneiden blanchiert oder teilweise gekocht. Vor dem Einbringen in das System 20 werden die Kartoffeln nach der Größe sortiert und vorerwärmt, wobei sie in eine erste Gruppe für Kartoffeln mit einer Querschnittsabmessung von 57.15 mm bis 69,85 mm (2,25 Inch bis 2,75 Inch) und eine zweite Gruppe mit einer Querschnittsabmessung im Bereich von 1,5 Inch bis 57,15 mm (2,25 Jnch) unterteilt werden. Der Grund für das Sortieren nach der Größe wird weiter unten beschrieben. Ein Tank 30 enthält ein Gemisch aus einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser 21, und Kartoffeln 22. Der Tank 30 besitzt einen Einlaß 31, einen Trichter 32, durch den die Kartoffeln den Tank 30 verlassen. einen Überlauf 33 sowie einen Abflußkanal 34.
Das System 20 beinhaltet des weiteren eine Nahrungsmittelpumpe 40, die auf einem Rahmen 41 angebracht ist. Außerdem ist auf dem Rahmen ein Motor 42 mit variabler Geschwindigkeit angebracht, der die Pumpe 40 über einen Riemen 43 antreibt (die Elemente 42 und 43 sind in Fig. 1 weggelassen). Die Pumpe 40 saugt die Kartoffeln und das Wasser durch den Trichter 32 an. Die Pumpe kann eine von Cornell Manufacturing Company of Portland, Oregon gefertigte sein, die in deren Patent Nr. 3 743 437 offenbart ist. Es können auch andere Pumpen verwendet werden. An den Auslaß der Pumpe 40 ist ein gebogenes Rohr 44 gekoppelt. Der Auslaß des Rohres 44 ist mit einer Leitung 50 mittels eines Koppelelements 51 verbunden. Die Leitung 50 wird durch eine Rohrschelle 52 gestützt, die durch einen an einer erhöhten Trägerplatte 54 angebrachten Stift 53 getragen wird. In der dargestellten Ausführungsform ist die Leitung 50 zu einem konvergierenden Querschnitt verjüngt. Die Leitung 50 kann zylindrisch sein. Als Folge davon werden das Wasser und die Kartoffeln beschleunigt, wodurch die Kartoffeln innerhalb des Wasserstroms longitudinal voneinander getrenitt werden. In einer betriebenen Ausführungs bestand die Leitung 50 aus Edelstahl und wies eine Länge von etwa 66 Inch auf.
Es können andere Mittel anstelle der Leitung 50 zum Vereinzeln der Kartoffeln verwendet werden, wie die Verwendung einer Vibrationszufuhrvorrichtung, welche Kartoffeln einem Beförderungsmittel zuführt, das selbige wiederum über ein Führungsrohr in dem Tank 30 deponiert. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Beförderungsmittels können die Kartoffeln, die ihm zugeführt werden, zunehmend voneinander beabstandet werden. Dies stellt zusammen mit dem Führungsrohr eine vereinzelte Zuführung bereit und minimiert eine Blockade der Schneidevorrichtung.
Das System 20 beinhaltet des weiteren eine Bypass-Struktur 60, die mit dem Auslaß der Leitung 50 über einen Rohrstummel 55 verbunden ist. Die Bypass-Struktur 60 beinhaltet ein zylindrisches Rohr 62, das axial bezüglich der Leitung 50 ausgerichtet ist, sowie ein zylindrisches Rohr 63, dessen Achse transversal zu der Achse der Leitung 50 verläuft. Einiges Wasser wird durch das Rohr 63 abgeleitet, und der Rest des Wassers strömt zusammen mit den Kartoffeln durch das Rohr 62. Ein Ventil 61 im Rohr 63 ermöglicht eine Steuerung der Wassermenge, die durch ein derartiges Rohr abgeleitet wird. Der (nicht gezeigte) Auslaß des Rohrs 63 kann mit dem Tank 30 oder mit irgendeinem anderen Punkt der Leitung vor oder nach dem System 20 gekoppelt sein, wo derartiges Wasser verwendet oder rückgeführt werden kann. Der Auslaß des Rohrs 62 ist mittels eines Paars von Rohrstummeln 80 und 55 in eine zweite, verjüngte Leitung 90 eingekoppelt. Der Auslaß der Leitung 90 erstreckt sich durch eine zweite Bypass- Struktur 110 hindurch. Das System 20 beinhaltet des weiteren eine Bypass-Struktur 110, die mit der Leitung 90 verbunden ist. Die Bypass-Struktur 110 beinhaltet ein zylindrisches Rohr 113, dessen Achse transversal zu der Achse der Leitung 90 verläuft und durch das etwas Wasser abgeleitet wird. Ein in dem Rohr 113 angebrachtes Ventil 111 ermöglicht eine Steuerung der Menge an Wasser, die durch das Rohr 113 abgeleitet wird. Der (nicht gezeigte) Auslaß des Rohrs 113 kann mit dem Tank 30 oder mit irgendeinem anderen Punkt in der Leitung vor oder nach dem System 20 gekoppelt sein, wo derartiges Wasser verwendet werden kann.
Das System 20 beinhaltet des weiteren eine wassergetriebene Turbine 200, welche die Kartoffeln aufnimmt und eine Schneidevorrichtung antreibt, welche die Kartoffeln in spiralförmige Streifen schneidet. Die spiralförmigen Streifen treten durch ein Eiitleerungsrohr 125 oder eine andere Entleerungsvorrichtung aus. Die geschnittenen Kartoffeln werden weiteren Stationen in der Leitung zugeführt, an denen die Kartoffeln blanchiert, getrocknet, gebraten, eingefroren, verpackt etc. oder in irgendeiner anderen Weise verarbeitet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 3, werden weitere Details der Bypass-Strukturen 60 und 110 und der Leitung 90 beschrieben. Die Bypass-Struktur 60 beinhaltet eine lange Hülse 64 und eine kurze Hülse 65, die beide rohrförmig sind. Der Durchmesser der Hülsen 64 und 65 ist geringer als der Durchmesser des Rohrs 62. Die Hülsen 64 und 65 sind in dem Rohr 62 enthalten und sind koaxial mit demselben. Die Hülse 65 ist an eine Endplatte 66 angeschweißt, und die Hülse 64 ist an eine Endplatte 67 angeschweißt. Die Endplatte 66 trägt sich axial erstreckende, mit Gewinde versehene Stifte 68, und die Endplatte 67 trägt sich axial erstreckende, mit Gewinde versehene Stifte 69.
Die Bypass-Struktur 60 beinhaltet des weiteren ein perforiertes Rohr 70, das eine Länge aufweist, die sich im wesentlichen gleich weit wie die Länge des Rohres 62 erstreckt. Die Enden des Rohrs 70 sind au runde Endflansche 71 angeschweißt, die einen Durchmesser besitzen, der etwas kleiner als der Durchmesser der Hülsen 64 und 65 ist. Beim Zusammenhauen der Bypass-Struktur 60 wird das perforierte Rohr 70 in Position eingeschoben, wobei die Flansche 71 jeweils in den Hülsen 64 und 65 liegen.
Der Rohrstummel 55 ist an seinem stromabwärts gelegenen Ende an einen radialen Flansch 56 mit Löchern angeschweißt, welche die Stifte 69 aufnehmen. Muttern 57, die an zwei Stiften 69 angebracht sind, legen die Rohrstummel 55 an der Platte 67 und somit an der Bypass-Struktur 60 fest.
Ein Rohrstummel 80 ist an seinem stromaufwärts gelegenen Ende an einen Flansch 81 angeschweißt, der eine Mehrzahl von Löchern besitzt, um die Stifte 68 aufzunehmen. Muttern 82, die an den Stiften 68 angebracht sind, legen den Rohrstummel an der Platte 66 und somit an der Bypass-Struktur 60 fest. Ein Druckmeßinstrument 83 kann auf dem Rohrstummel 80 angebracht sein, um Information über den Wasserdruck am Auslaß der Bypass-Struktur 60 zu liefern. Der Rohrsturnmel 85 ist an einen Flansch 86 angeschweißt, der axiale Stifte 87 trägt. Ein Koppelelement 88 verbindei. die Rohrstummel 80 und 85.
Kartoffeln von der Leitung 50 werden Ende an Ende angeordnet und durch das Wasser in das perforierte Rohr 70 getragen. Einiges Wasser fließt durch die Löcher in dem Rohr 70 nach außen und durch das Rohr 63. Durch Einstellen des Ventils 61 kann die Menge an Wasser, die durch das Rohr 63 abgeleitet wird, eingestellt werden. Durch Erhöhen dieses Wasserflusses kann der Wasserfluß, der in die Leitung 90 eintritt, reduziert werden und umgekehrt.
Die Fig. 3A und 3B stellen eine alternative Bypass-Struktur 60a dar. Die Bypass- Struktur 60a beinhaltet ein zylindrisches Rohr 62a, das axial bezüglich der Leitung 50 ausgerichtet ist, und ein zylindrisches Rohr 63a, dessen Achse quer zur Achse der Leitung 50 liegt. An den Enden des Rohres 62a befinden sich nach innen gerichtete Flansche 64a beziehungsweise 65a. Eine Mehrzahl von Stangen 70a ist parallel zu der Achse des Systems plaziert und in einem Kreis angeordnet. Sie sind an einem Ende an einem ringartigen Flansch 71a und am anderen Ende in einer Hülse 72a und einem ringartigen Flansch 73a festgelegt. Der Außendurchmesser der Flansche 71a und 73a ist der gleiche. Die Flansche 73a und 71a befinden sich jeweils in Flanschen 64a und 65a. Ein Ring 74a umgibt die Stangen 70a zwischen den Enden derselben, um der nach außen gerichteten Kraft der Kartoffeln, die gegen die Stangen schlagen, entgegenzuwirken. Zur Montage werden die Einheit, welche die Stangen 70a beinhaltet, und die Montagestruktur hierfür durch den Flansch 65a in das Rohr 62a bis zu einem Punkt eingefügt, an dem der Flansch 73a gegen einen Endflausch 75a anliegt.
Ein Rohrstummel 55a besitzt an jedem Ende einen Flansch und ist mit dem Rohr 62a mittels eines Koppelelements 56a verbunden. Der Flansch 75a trägt Stifte (nicht gezeigt) wie die Stifte 68 (Fig. 3) zur Verwendung beim Befestigen der Bypass-Struktur 60a an dem Rohrstummel 80.
Wie in der ersten Ausführungsform werden Kartoffeln von der Leitung 50 Ende an Ende angeordnet und durch das Wasser in den Bereich getragen, der durch die Stangen 70a umgeben ist. Einiges Wasser fließt durch die Zwischenräume zwischen den Stangen nach außen und durch das Rohr 63a. Die Kartoffeln wandern durch und in den Rohrstummel 80 wie in der ersten Ausführungsform.
Ein radialer Flansch 91 befindet sich an einem Ende der Leitung 90, und ein kegelstumpfförmiger Flansch 92 befindet sich zwischen ihren Enden. Die Leitung 90 und die Flansche 91 sowie 92 sind bevorzugt integral und bestehen aus einem Elastomer wie Urethan. Es versteht sich, daß das Wort "integral", wie es überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, so gedacht ist, daß es integral und einstückig bedeutet. Der Flansch 92 unterteilt die Leitung 90 in einen Auslaßbereich 93 und einen Einlaßbereich 94. In einer tatsächlichen Ausführungsform hatte der Bereich 94 etwa dreimal die Länge des Bereichs 93, und die Leitung 90 wies eine Länge von 577,85 mm (22,75 Inch) auf. In einer tatsächlichen Ausführungsform war der Durchmesser der Mündung des Einlaßbereichs 94 der gleiche wie jener des Auslasses der Leitung 50. Die Leitung 90 führt die Kartoffeln einer Schneidevorrichtung 320 zu, die eine zu dieser koaxiale Achse aufweist und die in einer Ebene senkrecht zu der Achse der selbigen Leitung rotiert. Der Auslaß des Auslaßbereichs 93 weist einen Innendurchmesser auf, der etwas kleiner als die Querschnittsabmessung der Kartoffeln 22 ist. Als Folge davon und da die Leitung 90 aus elastischem Material besteht, bewirken die Kartoffeln, die einen derartigen Auslaß erreichen, eine leichte Deformation des Auslaßbereichs 93, und die Kartoffel wird in einem gewissen Ausmaß dadurch festgehalten. Diese Festhaltewirkung verhindert eine Rotation der Kartoffel, wenngleich ein gewisses Gleiten stattfinden kann. Um dieses Phänomen weiter zu unterstützen, kann der Auslaßbereich 93 eine sich verjüngende Wanddicke aufweisen. In einer betriebenen Ausführungsform betrug die Dicke der Wand des Auslaßbereichs 93 im Bereich des Flansches 92 etwa 6,35 mm (0,25 Inch) und nahm graduell auf eine Dicke von 3,175 mm (0,125 Inch) am Auslaß des Auslaßbereichs 93 ab. Die Dicke des Bereichs 94 betrug 6,35 mm (0,25 Inch). Die Leitung 90 gewährleistet eine Ausrichtung der Achsen der Kartoffeln bezüglich der Mitte der Schneidevorrichtung 320. Der Flansch 92 erlaubt eine Ausdehnung der Leitung 90, um sich an übergroße Kartoffeln anzupassen, und versteift demnach eine derartige Leitung.
Ein zweiter Grund dafür, daß die Leitung 90 elastisch ist, ist ihre Fähigkeit, sich an leichte Änderungen der Querschnittsabmessung der Kartoffeln anzupassen.
Das System 20 kann Leitungen 90 mit verschiedenen Durchmessern an ihrem Auslaß zur Verwendung bei der Verarbeitung von Kartoffeln mit verschiedenen Querschnitts abmessungen beinhalten. So können Kartoffeln in Gruppen entsprechend ihren Querschnittsabmessungen angeordnet werden. Ein Gruppe weise eine Querschnittsabmessung X auf; es wird dann eine Leitung 90 eingebaut, die einen Auslaß mit einem Durchmesser aufweist, der etwas kleiner als X ist. In einer speziellen Ausführungsform wurden die Kartoffeln nach der Größe sortiert, bevor sie in das System 20 eingebrachi wurden, wobei sie in eine Gruppe I mit einer Querschnittsabmessung von 57,15 mm bis 69,85 mm (2,25 Inch bis 2,75 Inch) und eine Gruppe II mit einer Querschnittsabmessung im Bereich von 38,1 mm bis 57,15 mm (1,5 Inch bis 2,25 Inch) eingeteilt wurden. In einer betriebenen Ausführungsform der Erfindung hatte der Auslaß der Leitung 90 einen Durchmesser von 57,15 mm (2,25 Inch), um sich an Kartoffeln anzupassen, die in Gruppe I eingeordnet wurden. Eine Leitung 90 mit einem Auslaßdurchmesser von 44,45 mm (1,75 Inch) wurde verwendet, wenn die Kartoffeln in Gruppe II lagen.
Stifte 87 des Rohrstummels 85 erstrecken sich durch Paßlöcher in dem Flansch 91 und werden durch Muttern 95 festgelegt. Der Flansch 92 weist an seinem äußeren Ende einen radial ausgerichteten Bereich 92a auf.
Ein Rohrstummel 100 besitzt einen radialen Flansch 101, der daran angeschweißt ist, wobei dieser Flansch axial ausgerichtete Stifte 102 trägt, die sich durch eine Dichtung 103 und justierte Löcher in dem Flanschbereich 92a hindurch erstrecken und durch Muttern 104 festgelegt sind. Eine zweite Bypass-Struktur 110 beinhaltet ein Rohr 112, das an eine radiale Platte 114 angeschweißt ist. Das Rohr 112 ist mit dem Rohrstummel 100 durch ein Koppelelement 115 verbunden.
Wasser und die Kartoffeln fließen durch die Leitung 90 in die Turbine 200, die an ihrem Einlaßende an der Platte 114 angebracht ist. Einiges Wasser wird durch das Rohr 113 abgeleitet, und der Rest fließt in die Turbine 200. Die Menge an Wasser, die durch das Rohr 113 fließt, wird durch das Ventil 111 gesteuert. Somit wird eine um so größere Menge an Wasser abgeleitet und die Flußrate zu der Turbine 200 wird um so geringer, je mehr das Ventil 111 geöffnet wird.
In einer betriebenen Ausführungsform flossen 2649,5 l bis 4542 l (700 Gallonen bis 1.200 Gallonen) Wasser pro Minute durch die Leitung 50, die Bypass-Struktur 60 war so konstruiert und angeordnet, daß sie in Abhängigkeit von dem Zustand des Ventils 61 von 1517 l bis 2649,5 l (400 Gallonen bis 700 Gallonen) Wasser pro Minute ableitete, 375.5 l bis 757 l (100 Gallonen bis 250 Gallonen) Wasser pro Minute flossen durch die Leitung 90, bis zu 100 Gallonen Wasser pro Minute flossen in Abhängigkeit von dem Zustand des Ventils 111 in der Bypass-Struktur 110, und 100 Gallonen bis 200 Gallonen Wasser pro Minute flossen durch die Turbine 200.
In Fig. 3 ist der Einlaß der Turbine weggebrochen, um die Schneidevorrichtung 320 und den dadurch getragenen Dorn 327 freizulegen. Die Kartoffel wird gegen die Schneidevorrichtung geworfen, so daß der Dorn in das Vorderende der Kartoffel eindringt, um so zu helfen, sie zu stabilisieren. Die Schneidevorrichtung dreht sich durch die Wirkung der Turbine in einer zu beschreibenden Weise. Die sich drehende Schneidevorrichtung schneidet die Kartoffel spiralförmig. Der Auslaß der Leitung 90 liegt sehr dicht bei der Schneidevorrichtung 320, wobei in einer tatsächlichen Ausführungsform der Abstand etwa 1,5875 mm (1/16 Inch) beträgt.
Ein Rohrstummel 120 ist an eine Platte 121 angeschweißt, die Öffnungen besitzt, welche Stifte 122 auf der Turbine 200 aufnehmen. Muttern 123 auf den Stiften 122 legen die Turbine 200 an ihrem Auslaßende an der Platte 121 fest. Ein Entleerungsrohr 125 ist mittels eines Koppelelements 126 mit dem Rohrstummel 126 verbunden.
Sich nunmehr den Fig. 6 bis 9 zuwendend, werden die Details der Konstruktion der Turbine 200 beschrieben. Die Turbine 200 beinhaltet ein Gehäuse 210, das durch eine zylindrische Außenwand 211 und eine zylindrische Innenwand 212 definiert ist. Die Wand 212 ist nach innen von der Wand 211 beabstandet, wodurch eine ringförmige Kammer 212a dazwischen erzeugt wird. Am stromaufwärts gelegenen Ende der Wand 212 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung mit im wesentlichen L-förmiger Gestalt im transversalen Querschnitt, die durch eine radiale Oberfläche 213 und eine nach innen gewandte, zylindrische Oberfläche 215 festgelegt ist. Ein L-förmiger Durchgang 216 erstreckt sich durch eine radiale Wand 224 am stromabwärts gelegenen Ende der Turbine 200, zwischen den Wänden 211 und 212 und setzt sich auch in der Wand 212 fort. Die Mündung 214 des Durchgangs 216 ist mit einem Gewinde versehen um ein mit Gewinde versehenes Anschlußstück 214a am Ende einer geeigneten Rohrleitung oder Röhrenleitung aufzunehmen. Das stromaufwärts gelegene Ende der Wand 211 definiert eine abgeflachte, radiale Schulter 217, die mit Gewinde versehene Löcher 218 darin aufweist. Zwei Auslässe 219, in die Röhren 220 mit Preßpassung eingefügt sind, erstrecken sich radial durch die Wand 211 am Boden des Gehäuses 210. In einer betriebenen Ausführungsform hatte jede derartige Röhre einen Durchmesser von 2,5 Inch, um ein schnelles Abfließen zu ermöglichen. Eine Wand 224 des Gehäuses 210 nimmt eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Bolzen 221 auf. Eine sich radial erstreckende Öffnung 225 durch die Wand 211 nimmt ein Sensorelement 225a eines elektronischen Tachometers auf, das dazu verwendet wird, die Geschwindigkeit des sich drehenden Teils der Turbine 200 zu messen.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren einen ringförmigen Stator 230, der im wesentlichen mittig in dem Gehäuse 210 angebracht ist. Eine nach außen weisende, ringförmige Rille 231 befindet sich im Umfang des Stators 230. Der Stator 230 beinhaltet eine Mehrzahl von Durchgängen 232, die mit der Rille 231 in Verbindung stehen. In einer betriebenen Ausführung besaß der Stator 230 zwölf derartige Durchgänge. Jeder Durchgang 232 besitzt einen schrägen Bereich 232a und einen axialen Bereich 232b. Die Bereiche 232a stehen mit der Rille 231 in Verbindung, und die Bereiche 232b enden in Öffnungen 234 in der Oberfläche 236. Eine Kerbe 235 steht mit der Rille 231 in Verbindung. Der Stator 230 beinhaltet eine ringförmige Ausnehmung, die im transversalen Querschnitt eine L-förmige Gestalt aufweist, die durch eine radiale Lagerfläche 236 und eine zylindrische Lagerfläche 237, die nach außen weist, definiert ist.
Der Stator 230 besitzt einen Außendurchmesser, der gleich dem Durchmesser der zylindrischen Oberfläche 215 ist. Der Stator 230 befindet sich in Preßpassung mit den Oberflächen 213 und 215, um eine dichte Reibungspassung zu erzeugen. Durch die Rille 231 und die Oberfläche 215 ist ein ringförmiger Kanal definiert, der mit dem Durchgang 216 in Verbindung steht.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren eine Abdeckung 240, die einen Durchmesser besitzt, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Schulter 217 ist und dagegen anliegt. Löcher 218 nehmen geschraubt Bolzen 242 auf, die außerdem durch Löcher 241 hindurchgehen, um die Abdeckung an dem Gehäuse 210 zu befestigen. Die Abdeckung 240 besitzt ein Paar diametral entgegengesetzter Bohrungen 243, die nach innen zu dem stromabwärts gelegenen Ende hin geneigt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform betrug der Winkel zwischen den Achsen dieser Bohrungen und einer radialen Ebene senkrecht zu der Längsachse der Turbine 22º. Die Abdeckung 240 besitzt eine ringförmige Ausnehmung mit im wesentlichen L-förmiger Gestalt im transversalen Querschnitt, die durch eine radiale Oberfläche 247 und eine zylindrische, nach innen weisende Oberfläche 244 definiert ist. Ein Durchgang 245, der ein mit einem Gewinde versehenes Ende 246 aufweist, in das ein Anschlußstück 246a am Ende einer geeigneten Rohrleitung oder Röhrenleitung geschraubt wird, erstreckt sich radial durch die Abdeckung 240 hindurch.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren einen ringförmigen Stator 250. Eine nach außen weisende, ringförmige Rille 251 befindet sich im Umfang des Stators 250. Der Stator 250 beinhaltet eine Mehrzahl von Durchgängen, die mit der Rille 251 in Verbindung stehen. Jeder Durchgang besitzt einen schrägen Bereich 252a und einen axialen Bereich 252b. Die Bereiche 252a stehen mit der Rille 251 in Verbindung, und die Bereiche 252b enden in Öffnungen 254 (Fig. 10) in der Oberfläche 256. Eine ringförmige Ausnehmung, die von L-förmiger Gestalt im transversalen Querschnitt ist, ist durch eine radiale Lagerfläche 256 (Fig. 10) und eine zylindrische Lagerfläche 257, die nach außen weist, definiert.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren einen Rotor 260 mit einer nach innen weisenden Oberfläche 261, die im wesentlichen zylindrisch ist. Am stromaufwärts gelegenen Ende des Rotors 260 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung von L-förmiger Gestalt im transversalen Querschnitt, die durch eine nach innen weisende zylindrische Oberfläche 262 und eine radiale Oberfläche 263 definiert ist. Am stromabwärts gelegenen Ende des Rotors 260 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung, die ebenfalls von L-förmiger Gestalt im transversalen Querschnitt ist, die durch eine nach innen weisende zylindrische Oberfläche 264 und eine radiale Oberfläche 265 definiert ist. Eine konische Oberfläche 266 weist am stromabwärts gelegenen Ende des Rotors 260 nach außen, und am stromaufwärts gelegenen Ende weist eine konische Oberfläche 267 nach außen. Die im wesentlichen zylindrische Oberfläche zwischen den Oberflächen 266 und 267 trägt eine Mehrzahl von Leitschaufeln 270, wobei die Leitschaufeln integral mit dem Rotor 260 sind. In einer betriebenen Ausführungsform besaß die Turbine 200 fünfundsechzig derartige Leitschaufeln.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren ein Schwungrad 280, das integral mit den Leitschaufeln 270 ist. Das Schwungrad dient selbstverständlich dem Zweck, die Geschwindigkeit des Rotors 260 zu stabilisieren, so daß Änderungen der Geschwindigkeit, wenn die Kartoffeln auf der mit dem Rotor gekoppelten Schneidevorrichtung auftreffen, minimiert werden. Am stromabwärts gelegenen Ende des Schwungrads 280 befindet sich eine nach innen weisende, konische Oberfläche 281, und an seinem stromaufwärts gelegenen Ende befindet sich eine nach innen weisende, konische Oberfläche 282. Die Breite jeder Leitschaufel 270 ist geringer als die Breite des Schwungrads 280 und des Rotors 260, wodurch ein Kanal 283 zwischen den Oberflächen 266 und 281 sowie den Leitschaufeln 270 erzeugt wird. In ähnlicher Weise ist ein Kanal 284 zwischen dcii Oberflächen 267 und 282 sowie den Leitschaufeln 270 definiert. Die Umfangsoberfläche des Schwungrads 280 beinhaltet abgeflachte Bereiche 288a, b sowie 289a, b, die vom Aufnehmer eines Tachometers abzutasten sind, ohne das Schwungrad aus dem Gleichgewicht zu bringen.
Diese Konstruktion des Rotors 260, der Leitschaufeln 270 und des Schwungrads 280 isl äußerst vorteilhaft. Üblicherweise ist ein Schwungrad auf der Rotationswelle außerhalb des Rotors angebracht. Dies erfordert einen separaten Satz von Lagern. Das Einbauen des Schwungrads auf der Außenseite des Rotors und der Leitschaufeln und das integrale Herstellen der Teile erleichtert außerdem die Fertigung. Überdies richtet sich die Kraft des die Kartoffeln tragenden Wassers nicht auf das Schwungrad, da sich das Schwungrad radial außerhalb der Hauptwasserkraft befindet.
Die Turbine 200 beinhaltet des weiteren ein Ringlager 290, das einen rechtwinkligen Querschnitt besitzt und eine nach innen weisende, zylindrische Lagerfläche 291 sowie eine radiale Lagerfläche 292 aufweist. Das Lager 290 wird mit Preßpassung in die stromabwärts gelegene Ausnehmung des Rotors 260 eingefügt, die durch die Oberflächen 264 und 265 definiert ist. In ähnlicher Weise beinhaltet die Turbine 200 einen zweiten Lagerring 295, der mit Preßpassung in die stromaufwärts gelegene Ausnehmung des Rotors 260 eingefügt wird, die durch die Oberflächen 262 und 263 definiert ist. Der Lagerring 295 besitzt eine nach innen weisende, zylindrische Lagerfläche 296 und eine radiale Lagerfläche 297 (Fig. 10).
In einer betriebenen Ausführungsform der Erfindung bestanden die Lager 290 und 295 aus einer Graphit-Kupfer-Zusammensetzung. Lager, die aus einem derartigen Material bestehen, sind spröde, so daß ein Bohren von Montagelöchern unerwünscht ist. Die Preßpassung der Montageringe ist daher ein wichtiges Merkmal.
Die Turbine 200 weist des weiteren einen Schneidevorrichtungsträger 310 auf, der im wesentlichen zylindrisch ist und einen Körper 311 sowie einen Ansatz 313 beinhaltet. An der Verbindungsstelle zwischen dem Körper 311 und dem Ansatz 313 befindet sich eine Rille, um eine leichte Deformation des Ansatzes 313 zu erlauben. Der Außendurchmesser des Ansatzes 313 paßt im wesentlichen zu dem Innendurchmesser des Rotors 260. Der Ansatz 313 ist mit Preßpassung in den Rotor 260 eingefügt, wobei die Entlastungsrille 314 eine gewisse Biegebewegung zuläßt, um eine dichte Passung zu gewährleisten. Der Außendurchmesser des Körpers 313 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Stators 250, so daß damit ein schmaler zylindrischer Spalt 315 erzeugt wird.
Da die Turbine 200 am Umfang auf den Statoren 230 und 250 gelagert ist, ist keine mittige Welle erforderlich, und kein Riemen- oder Zalinradantrieb ist notwendig, was einen Hohlraum innerhalb der Turbine offen läßt, durch den geschnittene Streifen transportiert werden.
Bezugnehmend auf Fig. 10, wird die Art und Weise beschrieben, in der Wasser die Lagerflächen schmiert. Wasser wird durch das Anschlußstück 246a (Fig. 8), den Durchgang 245 hindurch und in die ringförmige Rille 251 zugeführt, wie durch Pfeile 316 gezeigt. Das Wasser läuft weiter durch Durchgänge 252 hindurch, wobei es an Öffnungen 254 in der radialen Lagerfläche 256 austritt. Wasser fließt in den Zwischenraum zwischen der Lagerfläche 256 auf dem Stator 250 und der Lagerfläche 297 auf dem Lagerring 295, wie durch Pfeile 316a dargestellt. Das schmierende Wasser fließt nach außen in eine Kammer 212a (Fig. 9) und dann schließlich aus der Turbine 200 hinaus durch Abflußleitungen 220. Außerdem fließt Wasser zwischen der zylindrischen Lagerfläche 257 auf dem Stator 250 und der zylindrischen Lagerfläche 296 auf dem Lagerring 295, wie durch einen Pfeil 316b dargestellt. Das zwischen diese Lagerflächen zugeführte Wasser wirkt wie ein Schmiermittel, um die Rotation des Rotors 260 zu erleichtern. Das Wasser wirkt reibungsmindernd.
Das Wasser läuft entlang des Pfades, der durch die Pfeile 316b dargestellt ist, weiter durch den Spalt 315. Wasser, in dem die Kartoffeln mitgerissen werden, fließt in Richtung des Spalts 315 von rechts nach links, wie in Fig. 10 zu sehen. Es ist wahrscheinlich, daß dieses Wasser Kartoffelstückchen, Ackerschmutz, Stärke etc. mit sich führt, was für die Schmierwirkung zwischen den Lagerflächen nachteilig ist. Das schmierende Wasser, das in der durch die Pfeile 316b dargeste]lten Richtung fließt, tendiert dazu, das Kartoffelwasser am Eintreten in den Spalt 315 zu hindern, und flutel außerdem den Spalt 315, um ihn sauber zu halten.
Bezugnehmend auf Fig. 11, wird die Art und Weise beschrieben, in der Wasser die Lagerflächen schmiert. Wasser wird durch das Anschlußstück 214a (Fig. 9), den Durchgang 216 hindurch und in die ringförmige Rille 231 hinein entlang des Pfades zugeführt, der durch Pfeile 317 dargestellt ist. Das Wasser läuft durch die Durchgänge 232 hindurch weiter, wobei es an Öffnungen 234 in der radialen Lagerfläche 236 austritt. Das Wasser fließt in dem Zwischenraum zwischen der Lagerfläche 236 auf dem Stator 250 und der Lagerfläche 292 auf dem Lagerring 290, wie durch Pfeile 317a dargestellt. Das schmierende Wasser fließt nach außen in die Kammer 212a (Fig. 9) und durch Abflußrohre 220 aus der Turbine 200 hinaus. Außerdem fließt das Wasser zwischen der zylindrischen Lagerfläche 237 auf dem Stator 250 und der zylindrischen Lagerfläche 291 auf dem Lagerring 290, wie durch einen Pfeil 317b dargestellt. Das zwischen diese Lagerflächen zugeführte Wasser wirkt wie ein Schmiermittel, um die Rotation des Rotors 260 zu eweichtern.
Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Zwischenräume zwischen den Lagerflächen sind übertrieben dargestellt, einfach um den Zusammenhang zu verdeutlichen. Durch Anbringen von Lagern 290 und 295 auf dem rotierenden Teil können sie mit sauberem, externem Wasser effektiv geschmiert werden. Da die rotierenden Lagerflächen 292 und 297 rauher sind als die zugehörigen stationären Oberflächen 236 und 256, wird mehr Flüssigkeit entlang der Oberflächen 292 und 297 mit deren Rotationsgeschwindigkeit mitgeschleppt als entlang der Oberflächen 236 und 256. Diese Zentrifugalkraft auf das rotierende Wasser bewegt es radial nach außen, was eine Pumpwirkung verursacht. Dies erzeugt eine verbesserte Schmierung und einen verbesserten Kühlfluß über die Lagerflächen 236 und 292 sowie die Lagerflächen 256 und 297 hinweg.
Wie in Fig. 8 gezeigt, beinhaltet die Turbine 200 des weiteren ein Paar von Düsen 300 Bezugnehmend auf Fig. 12, beinhaltet jede Düse 300 einen mit Gewinde versehenen Körper 301, der in die zugehörige Bohrung 243 in der Abdeckung 240 eingeschraubt ist.
Die Düse 300 weist einen inneren Durchgang mit einem mit Ciewinde versehenen Einlaß 302 auf, der ein mit einer Wasserquelle gekoppeltes Anschlußstück aufnimmt. Der Durchgang weist eine sich verjüngende Wand 303 auf, die in einer Ausgangsspitze 304 endet. Den Düsen 300 wird Wasser zugeführt, um einen Strahlstrom zu erzeugen, der von der Spitze 304 ausgeht, die auf die Leitschaufeln 270 gerichtet ist, was bewirkt, daß sich der Rotor 260 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. Zwei Düsen sind vorgeshen, um die dadurch erzeugten Radialkräfte auszubalancieren.
Jegliches Wasser, das aus einer Düse austritt, tendiert dazu sich wenigstens in einem gewissen Ausmaß mit einem resultierenden Verlust der kinetischen Energie auszubreiten. Die Geschwindigkeit des Wassers, das aus der Düse 300 austritt, betrug in einer betriebenen Ausführungsform 121,92 m pro Sekunde bis 152,4 m pro Sekunde (400 Fuß pro Sekunde bis 500 Fuß pro Sekunde). Bei einer derartigen hohen Geschwindigkeit ist es wichtig, daß das Ausmaß der Ausbreitung minimiert wird. Die sich verjüngende Innenwand 303 leitet die Tröpfchen in Richtung der Mitte, was dem Effekt eines derartigen Ausbreitens entgegenwirkt. An dem Punkt, an dem der Strahl auf die Klingen 270 auftrifft, weist er ungefähr den gleichen Durchmesser und die gleiche kinetische Energie wie an der Spitze 304 auf. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Düse 300. In einer betriebenen Ausführungsform betrug der semivertikale Winkel der konischen Oberfläche der Wand 303 7,5º.
In einer betriebenen Ausführungsform betrug der Winkel zwischen der Achse jeder Düse 300 und der Rotationsebene des Rotors 260 etwa 22º. Wie aus den Fig. 12 13 und 14 ersichtlich, liegt die Spitze 304 im Kanal 284 des Rotors 260, das heißt in dem Zwischenraum zwischen den konischen Oberflächen 267 und 282 (siehe Fig. 9). Wenn Wasser von der Düse 300 auf die Leitschaufeln 270 trifft, sprüht und prallt es unerwünscht ab. Durch Positionieren der Spitze 304 innerhalb des Kanals 284 werden derartige nachteilige Effekte minimiert, wodurch die Effizienz der Turbine erhöht wird. Außerdem befindet sich der von der Düse 300 herrührende Strahl innerhalb der Schicht von schmierendem Wasser, die in dem Zwischenraum zwischen der Abdeckung 240 und dem Rotor 260 existiert (Fig. 9).
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Turbine 200 ist die Tatsache, daß das Einlaßende 273 jeder Leitschaufel 270 flach und radial ist. Eine derartige Konfiguration reduziert die Hochlaufdrehzahl der Turbine, das heißt die Geschwindigkeit der Turbine, wenn sie nicht belastet ist. In einer betriebenen Ausführungsform betrug die Turbinengeschwindigkeit 7.000 U/min bis 12.000 U/min. Bei der üblichen Leitschaufelauslegung verdoppelt sich die Geschwindigkeit ohne Last, was eine Hochlaufdrehzahl von 12.000 U/min oder mehr ergibt, viel zu hoch und viel zu gefährlich. Durch Verwenden einer Leitschaufelauslegung mit einem flachen, aufnehmenden Ende wird die Hochlaufdrehzahl reduziert. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung einer Leitschaufel mit einem flachen, radialen Eingangsende äußerst vorteilhaft hinsichtlich der Maximierung der Turbineneffizienz ist.
Bezugnehmend auf Fig. 13, weist jede Leitschaufel 270 eine parabelförmige Vorderkante 271 und ein leicht gekrümmtes Hinterende 272 sowie ein flaches radiales, stromaufwärts gelegenes Ende 273 und ein scharfes, stromabwärts gelegenes Ende 274 auf. Die Vorderkante 271 weist im wesentlichen flache Bereiche 271a und 271b auf. Der Winkel des Oberflächenbereichs 271b jeder Leitschaufel 270 ist so ausgelegt, daß Wasser bei der Auslegungsgeschwindigkeit des Rotors 260 im wesentlichen axial daraus austritt In einer betriebenen Ausführungsform betrug der Winkel zwischen den Bereichen 271a und 271b und der Rotationsebene des Rotors 260 42.5º. In dem Träger 310 ist eine Schneidevorrichtung 320 angebracht, deren Details am besten aus den Fig. 16 und 17 ersichtlich sind. Die Schneidevorrichtung 320 beinhaltet einen rechtsspiraligen Körper 321 mit einer Mehrzahl von Kerben 322 in seinem Umfang, wodurch eine Mehrzahl von radialen Vorsprüngen 323 definiert wird. Die Schneidevorrichtung 320 ist radial geschlitzt, um ein Paar von Kanten 324 und 325 zu erzeugen, die im wesentlichen parallel und axial versetzt sind. Die Vorderkante 324 ist geschärft, um eine Klinge zu erzeugen. Der Dorn 327 ragt axial aus der Mitte des Körpers 321 hervor.
Die Schneidevorrichtung 320 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn, wie in Fig. 16 dargestellt. Auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Schneidevorrichtung 320 sind vier Schneidklingen 326a, b, c und d iii der speziellen dargestellten Ausführungsform angebracht. Die Klinge 326a, die am weitesten innen liegt, ist vomliegend, die Klinge 326b ist zwischenliegend und folgt auf die Klinge 326a, die Klinge 326c ist die nächste und folgt auf die Klinge 326b, und die Klinge 326d liegt am weitesten außen und folgt auf die Klinge 326c. In einer betriebenen Ausführungsform betrugen die Winkel zwischen der Kante 324 und den Mittelpunkten der Klingen 326a, b, c und d etwa 49º, 30º, 18º beziehungsweise 9º. Diese Konstruktion bewirkt, daß sich die Streifen bei ihrer Bildung nach außen bewegen, um ein Einklemmen der Streifen zwischen den Schneidklingen und gegen den Dorn 327 zu minimieren.
Die Schneidevorrichtung 320 wird in dem Träger 310 durch Drehen der Schneidevorrichtung 320 in die spiralförmige Rille 312 (Fig. 8, 9) angebracht, wodurch sie, wie in Fig. 3 dargestellt, montiert ist. Wie oben erläutert, wurde in einer betriebenen Ausführungsform die Turbine bei 6.000 U/min oder 100 Umdrehungen pro Sekunde betrieben. Der Abstand zwischen den Kanten 324 und 325 betrug etwa 0,3 Inch, wodurch fünfundzwanzig Inch Kartoffeln pro Sekunde geschnitten werden, was heißt daß man weniger als 0,25 Sekunden braucht, um eine ganze Kartoffel zu schneiden. In einer derartigen betriebenen Ausführungsform wurde die Turbine mit einer Geschwindigkeit von bis zu 8.500 U/min betrieben, was diese Zahlen proportional erhöht.
Wie zuvor erläutert wurde, werden die Kartoffeln mit großer Kraft gegen die Schneidevorrichtung 320 geworfen, so daß die Kartoffel auf den Dorn 327 aufgespießt wird Außerdem tendiert die Turbine 200 dazu, die Kartoffel aufgrund des Differenzdrucks über den Einlaß und den Auslaß der Turbinen-Schneidevorrichtungs-Durchführung hinweg anzusaugen oder anzuziehen, während sie schneidet. Die elastische Konstruktion des Auslaßbereichs 93 der Leitung 90 verhindert eine Drehung der Kartoffel in Reaktion auf die Rotation der Schneidevorrichtung 320. Da sich die Schneidevorrichtung in Reaktion auf die Turbine dreht, schneidet die Schneidkante 324 die Kartoffel in eine Spirale und die Schneidklingen 326a, b, c schneiden die spiralförmige Scheibe in Streifen. Diese Streifen werden durch den Rohrstummel 120 und das Entleerungsrohr 125 der nächsten Prozeßstation in der Linie zugeführt. Einiges Wasser in der Leitung 90 wird durch das Rohr 113 abgeleitet, wie zuvor beschrieben. Die Kerben 322 in der Schneidevorrichtung 320 nehmen den Rest des Wasserflusses auf. Das Wasser, das durch die Kerben läuft, trägt die spiralförmigen Kartoffelstreifen zu der nächsten Stufe.
Während der Wartung der Turbine 200 ist es wünschenswert, zu verhindern, daß sich der Rotor 260 dreht. Zu diesem Zweck ist ein Verriegelungsmechanismus 330 vorgesehen. Bezugnehmend auf die Fig. 8 und 9, beinhaltet ein derartiger Mechanismus eine Basis 331, die ein mit Gewinde versehenes Loch 332 durch sie hindurch beinhaltet. Der Verriegelungsmechanismus 330 beinhaltet außerdem einen Stift 333, der einen mit Gewinde versehenen Körper 334, einen Finger 335 sowie einen Kopf 336 aufweist. Der Körper 334 ist an der Abdeckung 240 derart angebracht, daß das mit Gewinde versehene Loch bezüglich eines Loches 337 in der Abdeckung 240 ausgerichtet ist Fig. 9 stellt den Verriegelungsmechanismus in seinem Verriegelungs-Zustand dar, das heißt mit dem Stift 333 in seiner sich nach links erstreckenden Position, so daß die Spitze des Fingers 335 in einer Kerbe 338 in dem Rotor 260 liegt, wodurch sich der Rotor 260 nicht drehen kann. Während des normalen Betriebs ergreift der Benutzer den Kopf 336 und dreht denselben, um die Spitze des Fingers 335 aus der Kerbe 338 herauszuführen. Eine Abdeckung 339 ist vorgesehen, um einen unabsichtlichen Betrieb des Verriegelungsmechanismus zu verhindern. Ein O-Ring 340 verhindert, daß sich "Kartoffelwasser" stromaufwärts der Turbine 200 mit schmierendem Wasser stromabwärts der Abdeckung 240 mischt. Die Schneidevorrichtung muß periodisch ersetzt werden, da die Schneidkante 324 oder die Schneidklingen 326a, b, c stumpf werden oder dergleichen. Befindet sich der Verriegelungsmechanismus 330 in seinem Verriegelungszustand, kann die Schneidevorrichtung 320 entfernt und ersetzt werden.
Ein wichtiges Merkmal der Turbine ist ihre offene Mitte, um zu ermöglichen, daß geschnittene Kartoffeln durch sie hindurchtreten. Wenngleich die Turbine als ein Element in einem System zur Erzeugung spiralförmiger Gemüsestreifen beschrieben wurde, versteht es sich, daß sie auch in anderen Gemüseschneidvorgängen und anderen Systemen, die ein rotierendes Element beinhalten, verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 5 werden die Details des Wasserflusses in Verbindung mit dem Betrieb der Turbine beschrieben. Das Wasser wird in einem Reservoir 350 gespeichert. Es wird durch eine Pumpe 351 den Düsen 300 in der Turbine 200 zugeführt. Die Pumpe 351 stellt das Wasser mit hohem Druck bereit, das notwendig ist, um zu ermöglichen, daß die Düsen die Strahlströme zum Antreiben des Rotors 260 erzeugen. Eine zweite Pumpe 355 zieht ebenfalls Wasser aus dem Reservoir 350 und treibt es durch einen Filter 353, ein Magnetventil 356 und ein Paar manueller Ventile 357 beziehungsweise 358 zu den Anschlußstücken 214a und 246a (Fig. 9) in der Turbine 200. Diese zwei Ventile steuern den Fluß des schmierenden Wassers. Ein Ventil 354 wird dazu verwendet, die Geschwindigkeit der Turbine zu steuern. Ein Ventil 358 steuert die Menge an schmierendem Wasser zum stromabwärts gelegenen Ende des Rotors 260, während das Ventil 357 das Volumen an schmierendem Wasser zu seinem stromaufwärts gelegenen Ende steuert. Das schmierende Wasser erzeugt entgegengesetzte axiale Kräfte auf die rotierenden Teile der Turbine 200. Der Hauptwasserfluß, der die Kartoffeln trägt, erzeugt außerdem eine stromabwärts gerichtete, axiale Kraft auf die Turbine. Die Ventile 357 und 358 sind üblicherweise so eingestellt, daß sich diese drei Kräfte ausbalancieren, und es ist eine geringe oder keine durch das Wasser erzeugte axiale Kraft vorhanden. Ein Ventil 359 führt dem stromabwärts gelegenen Lager mehr Wasser zu, wenn der Hauptfluß beginnt. Ein Ventil 360 wird elektromagnetisch betrieben und öffnet sich automatisch in Reaktion auf den Kartoffelfluß. Einiges Wasser geht dem System verloren, und daher muß das Reservoir 350 periodisch nachgefüllt werden. Daher kann eine (nicht gezeigte) Frischwasserleitung als ein weiterer Eingang mit dem Reservoir 350 verbunden sein. In einer betriebenen Ausführungsform erhöhte die Pumpe 355 den Druck des Wassers derart, daß der Druck von den Düsen 68,95 bar bis 82,74 bar (1.000 psi bis 1.200 psi) betrug. Vorzugsweise sollte er 2.000 psi oder mehr betragen.
Das schmierende Wasser und das Düsenwasser treten zusammen mit einigem Wasser, das die Kartoffeln trägt, durch die Abflußröhren 220 aus der Turbine aus. Das Wasser zu den Düsen 300 sollte sauber sein, es muß jedoch nicht ultrasauber sein. Das Wasser jedoch, das der Turbine 200 zugeführt wird, um als schmierendes Wasser verwendet zu werden, sollte sehr sauber sein. Daher ist ein Filter 353 vorgesehen, um das Wasser von dem Reservoir 350 zu reinigen. Es versteht sich, daß die Leitungen in Fig. 5 schematisch gezeigt sind und Kombinationen von Schläuchen und/oder Röhren beinhalten. In einer tatsächlichen Ausführungsform waren Flußmesser und Druckmeßinstrumente an verschiedenen Punkten in dem System eingebaut.
Wenngleich die vorstehende Beschreibung bezüglich der Verwendung des Systems 20 zum Schneiden von Kartoffeln in im wesentlichen spiralförmige Streifen gegeben wurde, versteht es sich, daß die gleichen Prinzipien auch auf Systeme zum Schneiden anderer Arten von Gemüsen in spiralförmige Streifen anwendbar sind.
Was zu diesem Zweck beschrieben wurde, ist ein verbessertes System zum Schneiden von Gemüsen in spiralförmige Streifen. Die Menge an Kartoffeln, die in spiralförmige Streifen geschnitten wird, wurde auf 26689,8 N (6.000 Pound) pro Stunde oder mehr sehr deutlich erhöht. In ein derartiges System ist eine Turbine eingebaut, die Wasser als Schmiermittel verwendet, so daß eine mit der Verwendung von Kohlenwasserstoff- Schmiermitteln verbundene Kontamination nicht auftritt. Das System und die Turbine, die darin verwendet wird, sind einfacher und weniger kostenintensiv aufzubauen und zu unterhalten.
Wenngleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich, daß der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Turbine (200) mit einem Gehäuse, einem Rotor (260), einer Vielzahl von Leitschaufeln (270) auf dem Rotor (260), Düsenmitteln (300), die auf die Leitschaufeln (270) gerichtet sind und dafür eingerichtet sind, einen Flüssigkeitsstrahl gegen die Leitschaufeln zu erzeugen, uni eine Rotation des Rotors um eine Achse zu bewirken, und einem Schwungrad (280) auf dem Rotor (260), dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (260) ringförmig ist und das Schwungrad (280) von dem Rotor und den Leitschaufeln radial nach außen beabstandet ist, wobei der Rotor (260), die Leitschaufeln (270) und das Schwungrad (280) im Betrieb ein einziges rotierendes Element bilden.

2. Turbine nach Anspruch 1, wobei die Düsenmittel (300) zwei diametral gegenüberliegende Düsen beinhalten.

3. Turbine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei jede der Leitschaufeln (270) eine stromaufwärts gelegene Oberfläche aufweist, die im wesentlichen eben und radial ist.

4. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die des weiteren eine Abdeckung (240) beinhaltet, die an dem Gehäuse befestigt ist, wobei die Düsenmittel (300) auf der Abdeckung angebracht sind.

5. Turbine nach Anspruch 4, die des weiteren von der Abdeckung (240) getragene Mittel (330) beinhaltet, um den Rotor zeitweilig gegen eine Rotation zu sperren.

6. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse Ableitungsmittel (219) für die von den Düsenmitteln emittierte Flüssigkeit beinhaltet.

7. Turbine nach Anspruch 6, wobei die Ableitungsmittel (219) zwei Ableitungskanäle beinhalten.

8. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schwungrad (280) eine Außenseite aufweist, die zylindrische Abschnitte und abgeflachte Abschnitte (288a, 288b) beinhaltet.

9. Turbine nach Anspruch 8, die des weiteren einen Drehzahlmesser mit einem Abtastelement beinhaltet, das bezüglich der Außenseite justiert ist.

10. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Leitschaufeln (270) eine axiale Breite aufweist, die geringer als die axiale Breite des Rotors (260) ist, wobei der axiale Zwischenraum zwischen den Leitschaufeln und dem Rotor einen Kanal (283, 284) definiert, wobei die Düsenmittel (300) eine Spitzenöffnung (304) besitzen, die sich in dem Kanal befindet.

11. Turbine nach Anspruch 10, wobei sich der Kanal (283, 284) nach innen zu den Leitschaufeln hin verjüngt.

12. Turbine nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Rotor (260) stromaufwärts gelegene und stromabwärts gelegene Seiten aufweist, wobei der Kanal (283, 284) an die stromaufwärts gelegene Seite angrenzt.

13. Turbine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Leitschaufeln (270) im wesentlichen mittig auf dem Rotor (260) angeordnet sind, um einen stromabwärts gerichteten Kanal und einen stromaufwärts gerichteten Kanal zu erzeugen, wobei sich die Spitzenöffnung (304) in dem stromaufwärts gerichteten Kanal befindet.

14. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Breite der Leitschaufeln (270) geringer als die jeweiligen axialen Breiten des Rotors (260) und des Schwungrads (280) ist.

15. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (270) im wesentlichen mittig bezüglich des Rotors (260) und des Schwungrades (280) angeordnet sind.

16. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die des weiteren stationäre stromaufwärts gelegene und stromabwärts gelegene Leiträder (230, 250) beinhaltet, die fest in dem Gehäuse montiert sind, wobei jedes der Leiträder (230, 250) stationäre Tragflächenmittel (236, 256) und stromaufwärts gelegene und stromabwärts gelegene Tragringe (290, 295) aufweist, die mit Preßpassung auf dem Rotor sitzen, wobei die Tragringe (290, 295) jeweils rotierende Tragflächenmittel jeweils angrenzend an die stationären Tragflächenmittel besitzen.

17. Turbine nach Anspruch 16, die des weiteren einen Schneidvorrichtungsträger (310) und eine Schneidvorrichtung (320) beinhaltet, die in dem Schneidvorrichtungsträger (310) angebracht ist, wobei der Schneidvorrichtungsträger (310) an dem Rotor (260) befestigt ist und sich durch das stromaufwärts gelegene Leitrad (250) hindurch erstreckt und von demselben zur Bildung eines Zwischenraums beabstandet ist, wobei der Zwischenraum mit dem Bereich zwischen den stationären Tragflächenmitteln (236, 256) und den rotierenden Tragflächenmitteln in Verbindung steht, um zu ermöglichen, daß der Zwischenraum kontinuierlich mit Schmierfluid gespült wird.

18. Turbine nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei jedes der stationären Tragflächenmittel (236, 256) eine Umfangsoberfläche und eine radiale Oberfläche beinhaltet und jedes der rotierenden Tragflächenmittel eine Umfangsoberfläche und eine radiale Oberfläche beinhaltet, wobei die Umfangsoberflächen des stromaufwärts gelegenen Tragrings (295) beziehungsweise des stromaufwärts gelegenen Leitrades (252) einander zugewandt gegenüberliegen, die radialen Oberflächen des stromaufwärts gelegenen Tragrings (295) beziehungsweise des stromaufwärts gelegenen Leitrades (250) einander zugewandt gegenüberliegen, die Umfangsoberflächen des stromabwärts gelegenen Tragrings (290) beziehungsweise des stromabwärts gelegenen Leitrades (230) einander zugewandt gegenüberliegen und die radialen Oberflächen des stromabwärts gelegenen Tragrings (290) beziehungsweise des stromabwärts gelegenen Leitrades (230) einander zugewandt gegenüberliegen.

19. Turbine nach Anspruch 18, wobei die Umfangsoberflächen der stationären Tragflächenmittel nach außen weisen und die Umfangsoberflächen der rotierenden Tragflächenmittel nach innen weisen.

20. Turbine nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei der Rotor stromaufwärts und stromabwärts gelegene, ringförmige Vertiefungen aufweist, wobei die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Tragringe (290, 295) mit Preßpassung in den stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts gelegenen Vertiefungen liegen.

21. Turbine nach Anspruch 20, wobei jede der Vertiefungen eine Umfangsoberfläche beinhaltet und jeder der Tragringe (290, 295) eine Umfangsoberfläche beinhaltet, wobei sich die Umfangsoberfläche der stromaufwärts gelegenen Vertiefung in nicht relativem Rotationseingriff mit der Umfangsvertiefung der stromaufwärts gelegenen Tragmittel befindet und sich die Umfangsoberfläche der stromabwärts gelegenen Vertiefung in nicht relativem Rotationseingriff mit der Umfangsvertiefung der stromabwärts gelegenen Tragmittel befindet.

22. Turbine nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei jeder der Tragringe (290, 295) jeweils rotierende Tragflächenmittel jeweils den stationären Tragflächenmittel zugewandt gegenüberliegend besitzt, wobei jedes der Leiträder (230, 250) eine Mehrzahl von Durchgängen (232, 252) zur Zufuhr von Schmierflüssigkeit zwischen die stationären Tragflächenmittel und die rotierenden Tragflächenmittel aufweist.

23. Turbine nach Anspruch 22, wobei das Gehäuse Ableitungsmittel (220) für die Schmierflüssigkeit beinhaltet.

24. Turbine nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, die des weiteren stromaufwärts gelegene Ventilmittel zur Kopplung von Scmierflüssigkeit an das stromaufwärts gelegene Leitrad und stromabwärts gelegene Ventilmittel zur Kopplung von Schmierflüssigkeit an das stromabwärts gelegene Leitrad beinhaltet.

25. Turbine nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei jeder der Durchgänge einen sich axial erstreckenden Austrittsabschnitt aufweist.

26. Turbine nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei jedes der Leiträder eine ringförmige Kammer (231, 251) zur Aufnahme der Schmierfiüssigkeit beinhaltet.

27. Turbine nach Anspruch 26, wobei das Gehäuse Einlaßmittel aufweist, die mit der Kammer in dem stromabwärts gelegenen Leitrad in Verbindung stehen.

28. Turbine nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, die des weiteren eine an dem Gehäuse befestigte Abdeckung beinhaltet, wobei die Abdeckung Einlaßmittel besitzt, die mit der Kammer in dem stromaufwärts gelegenen Leitrad in Verbindung stehen.