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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum intermittierenden Extrudieren einer vorbestimmten Menge
eines Materials von hoch viskoelastischer fluider Natur, wie
es zum Beispiel bei der Herstellung von Nahrungsmitteln usw.
verwendet wird.
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In Fig. 8 ist eine für die vorliegende Erfindung relevante
Technik des Stands der Technik gezeigt. Eine Vorrichtung zum
intermittierenden Zuführen von Nahrungsmittelmaterial S weist
eine Zuführpumpe P und ein Extrusionsventil V auf, wobei die
Zuführpumpe P geeignet ist, das sich in einem Trichter H
befindende Nahrungsmittelmaterial S zuzuführen.
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Wenn das Nahrungsmittelmaterial S durch diese Vorrichtung
zugeführt wird, wird das Material einem Zuführrohr T zugeführt,
während das Extrusionsventil V geschlossen ist, und die
Zuführpumpe P wird angehalten, wenn das Zuführrohr T mit dem
Material gefüllt ist. Wenn sich das Extrusionsventil V
öffnet, beginnt sich die Pumpe P gleichzeitig zu drehen, um das
Nahrungsmittelmaterial S dem Zuführrohr T unter einem
vorgegebenen Druck zuzuführen. Somit wird eine vorbestimmte Menge
des Nahrungsmittelmaterials S durch den Ausgang des
Extrusionsventils V intermittierend ausgeworfen. Nach einer
vorbestimmten Zeit hört die Zuführpumpe P auf, sich zu drehen, und
das Extrusionsventil V schließt sich gleichzeitig, wodurch
eine vorbestimmte Menge des Materials ausgeworfen wird.
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Wenn die Zeitabstände des Öffnens und Schließens des
Extrusionsventils V jedoch nicht gleichmäßig sind, wird das dem
Zuführrohr T zugeführte Nahrungsmittelmaterial S durch seine
eigene Elastizität durch die Zuführpumpe P zurück in den
Trichter H gezogen. Dies bringt eine Änderung der Dichte des
Nahrungsmaterials S mit sich und destabilisiert zudem den
Druck des Nahrungsmittelmaterials S in dem Zuführrohr T.
Da
her stellt sich hier das Problem, daß das nachfolgende
Nahrungsmittelmaterial S nicht in vorbestimmten Mengen
extrudiert werden kann.
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In solchen Techniken des Stands der Technik zum
intermittierenden Zuführen einer vorbestimmten Menge von hoch
viskoelastischem Nahrungsmittelmaterial, zum Beispiel
Überzugsmaterial, das aus einem hoch viskoelastischem Biskuit besteht,
der zur Herstellung von Brotkuchen, wie z. B. Melonenbrot
usw., verwendet wird, mit Schokoladenstückchen oder Rosinen
vermischtes Überzugsmaterial, oder andere derartige hoch
viskoelastische Nahrungsmittelmaterialien, wie z. B.
Schokolade, Marmelade, Pudding usw., durch Kneten vermischte
Seeigel und Käse, wurde das Nahrungsmittelmaterial in
ungleichmäßigen Abständen aus dem Ausgang extrudiert und neigte dazu,
zurückgezogen zu werden, wenn die Pumpe angehalten wurde. Der
Druck in dem Nahrungsmittelmaterial nahm ab, wenn es aus dem
Extrusionsventil extrudiert wurde, und auch der Druck am
stromabwärtigen Ende der Zuführpumpe nahm ab. Die vorliegende
Erfindung sieht eine Vorrichtung zum intermittierenden
Zuführen einer vorbestimmten Menge von Nahrungsmittelmaterial vor,
die durch Einstellen des Extrusionsdrucks in dem
Extrusionsventil den Druck des Nahrungsmittelmaterials stets konstant
hält, so daß eine vorbestimmte Menge an
Nahrungsmittelmaterial beständig extrudiert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum
intermittierenden Extrudieren einer vorbestimmten Menge von
Nahrungsmittelmaterial auf eine Fördereinrichtung vorgesehen,
aufweisend: einen Trichter für Nahrungsmittelmaterial mit
einer Zuführpumpe an dessen Ausgang, ein Zuführrohr, dessen
eines Ende mit der Pumpe und dessen anderes Ende mit einem
Extrusionsventil verbunden ist, und einen Speicher, der auf dem
oder stromaufwärts des Extrusionsventil(s) angebracht ist, um
für das Extrusionsventil bestimmtes Nahrungsmittelmaterial
aufnehmen zu können, wobei der Speicher derart angeordnet
ist, daß er während des Betriebs der Vorrichtung einen im
wesentlichen konstanten Druck auf das Nahrungsmittelmaterial
ausübt, so daß sich der Speicher vergrößert, um
Nahrungsmittelmaterial aufzunehmen, wenn der Druck in dem
Nahrungsmittelmaterial über ein vorbestimmtes Niveau steigt, und sich
verkleinert, um das Nahrungsmittelmaterial auszustoßen, wenn
der Druck in dem Nahrungsmittelmaterial unter dieses Niveau
sinkt, wodurch der Druck in dem Nahrungsmittelmaterial in dem
Extrusionsventil im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Die EP-A-0004156 offenbart eine Vorrichtung zum Zuführen von
Nahrungsmittelmaterial an einen Extruder, aufweisend einen
Behälter für das Nahrungsmittelmaterial, und einen
Durchflußweg zwischen dem Behälter und dem Extruder, wobei der
Durchflußweg einen Abschnitt mit veränderlichem Volumen aufweist,
der derart angeordnet ist, daß er mit Nahrungsmittelmaterial
gefüllt werden kann, das entlang des Durchflußweges aus dem
Behälter zugeführt wird, und eine Einrichtung zum unter Druck
setzen des Abschnitts mit veränderlichem Volumen, während der
Behälter nachgefüllt wird, um den Extruder zu diesem
Zeitpunkt mit Nahrungsmittelmaterial aus dem Abschnitt mit
veränderlichem Volumen zu versorgen.
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In dieser Vorrichtung ist der Abschnitt mit veränderlichem
Volumen derart angeordnet, daß er nur unter Druck gesetzt
wird, wenn der Behälter nachgefüllt wird, wobei keine
Vorkehrung dafür getroffen ist, daß durch Anlegen eines im
wesentlichen konstanten Drucks an das sich darin befindliche
Nahrungsmittelmaterial während des Betriebs der Vorrichtung der
Abschnitt als ein Speicher wirkt.
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Vorzugsweise schließt die Vorrichtung des Weiteren eine
Wegmeßeinrichtung zum Erkennen der Position von sich darauf
befindlichen Artikeln ein.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun
beispielsweise mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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Figur eine teilweise abgeschnittene Frontansicht, die die
Struktur und die Arbeitsweise einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine teilweise abgeschnittene Unteransicht des
Extrusionsventils aus Fig. 1;
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Fig. 3 eine teilweise abgeschnittene Querschnittsansicht
entlang der Linie A-A von Fig. 1;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von
Fig. 3;
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Fig. 5 eine teilweise abgeschnittene erläuternde Ansicht des
Extrusionsventils der ersten Ausführungsform, die dessen
Struktur und Arbeitsweise zeigt;
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Fig. 6 eine teilweise Querschnittsansicht, die die Struktur
und Arbeitsweise einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
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Fig. 7 eine teilweise Querschnittsansicht, die die Struktur
und Arbeitsweise einer dritten Ausführungsform der Erfindung
zeigt; und
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Fig. 8 eine teilweise Frontansicht im Querschnitt einer
Vorrichtung des Stands der Technik.
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Mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 wird eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zum intermittierenden Extrudieren einer
vorbestimmten Menge von Nahrungsmittelmaterial beschrieben.
Eine Fördereinrichtung 1 kann ein Förderer sein, der sich mit
einer festgelegten Geschwindigkeit oder intermittierend
bewegt. Eine Zuführpumpe 4, die eine Pumpe vom Volumentyp sein
kann, ist in einem Trichter 2 vorgesehen. Die Zuführpumpe 4
führt das Nahrungsmittelmaterial 3 zu. Mit dem Ausgang der
Pumpe 4 ist das obere Ende eines Zuführrohrs 5 verbunden.
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Das Nahrungsmittelmaterial 3 kann z. B. ein viskoelastischer
Biskuitteig oder ein solcher mit Schokoladenstückchen oder
Rosinen gemischter Teig sein.
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Ein Speicher 6, der das Nahrungsmittelmaterial 3 in dem
Zuführrohr 5 oder in dem Gehäuse 8 eines Extrusionsventils 7
mit einem vorbestimmten Druck schiebt, ist auf dem
Gehäuseeinlaß 10a oder nahe des Ausgangs des unteren Endes des
Zuführrohrs 5 angebracht.
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Ein Ende eines rohrförmigen Zylinders 62 des Speichers 6 ist
mit dem Gehäuse 8 oder dem Zuführrohr 5 derart verbunden, daß
das Nahrungsmittelmaterial 3 sich frei in den oder aus dem
Zylinder 62 bewegen kann. In dem Zylinder 62 befindet sich
ein hin- und her bewegbarer Kolben 63. Der Kolben 63 wird von
der Innenfläche des Zylinders 62 gehalten und kann auf dieser
gleiten. Der Kolben 63 und der Zylinder 62 bilden eine
Abdichtung, um zu verhindern, daß das Nahrungsmittelmaterial 3
von vorne hinter den Kolben 63 gelangt. Eine Oberfläche des
Kolbens 63 dient als Berührungsfläche für das
Nahrungsmittelmaterial 3.
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Der Kolben 63 hat eine wesentliche Dicke in axialer Richtung
und weist zumindest eine ringförmige Nut um seinen Umfang
auf, um die Dichtigkeit gegen Fluide zu verbessern,
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Der Innendurchmesser des Zylinders 62 ist derart
dimensioniert, daß das Nahrungsmittelmaterial 3 sich frei und glatt
in den oder aus dem Teil des Zylinders 62 bewegen kann, der
durch die Berührungsfläche des Kolbens 63 definiert ist. Des
Weiteren ist der Innendurchmesser des Zylinders 62 größer
bemessen als der Durchmesser des Mundes 81, durch welchen das
Nahrungsmittelmaterial zwischen dem Gehäuse 8 und dem
Zylinder 62 durchgeht. Durch diese Anordnung wird der Kolben 63
daran gehindert, aus dem Zylinder 62 in das Gehäuse 8 oder in
das Zuführrohr 5 zu ragen.
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Um die Position des Kolbens 63 anzuzeigen, ist der Zylinder
62 aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial gefertigt oder
mit einer mit einem durchscheinenden oder durchsichtigen
Kunststoffmaterial abgedeckten länglichen Öffnung gebildet.
Bevor das Nahrungsmittelmaterial 3 extrudiert wird, wird es
dem Zylinder 62 so lange zugeführt, bis der Kolben 63
zurückgeschoben wird und sich dadurch in der Mitte des Zylinders 62
befindet.
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Eine Kappe 65 ist an dem Ende des Zylinders 62 gegenüber dem
Ende vorgesehen, wo der Zylinder mit dem Gehäuse 8 verbunden
ist.
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Die Kappe 65 ist mit einem Lufteinlaß 66 gebildet, an den ein
Schlauch 67, der konstante Druckluft zuführt, lösbar und
luftdicht angeschlossen ist. Die zugeführte Druckluft wird in
die Druckkammer 64 zugeführt, die durch den Teil der
Innenwand des Zylinders 62 hinter dem Kolben 63, die Kappe 65 und
die Rückwand des Kolbens 63 definiert ist, so daß die
Druckluft den Kolben 63 schieben kann. Die unter konstantem Druck
stehende Luft wird der Druckkammer 64 von einem Kompressor
(nicht gezeigt) und einem den Druck einstellenden
Dekompressor (nicht gezeigt), in dem die unter konstantem Druck
stehende Luft auf einen festgelegten Druck dekomprimiert wird,
durch den Schlauch 67 zugeführt.
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In dem Gehäuse 8 oder nahe des Ausgangs des Rohrs 5 kann ein
Druckabfall in dem Nahrungsmittelmaterial 3 entstehen, und
zwar erstens durch eine Änderung der Menge des
Nahrungsmittelmaterials 3 in dem Zuführrohr 5, wenn das Material von dem
Extrusionsventil 7 extrudiert wird, und zweitens durch die
hoch viskoelastischen Eigenschaften des
Nahrungsmittelmaterials 3, durch die es durch die Zuführpumpe 4 zurück in den
Trichter 2 gezogen wird, wenn das Extrusionsventil 7
geschlossen ist und die Zuführpumpe 4 angehalten wird.
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Um einen solchen Druckabfall in dem Nahrungsmittelmaterial 3
in dem Gehäuse 8 zu vermeiden, schiebt der Kolben 63 des
Speichers 6 das Nahrungsmittelmaterial 3, um einen
vorbestimmen Druck an das Material anzulegen. Wenn umgekehrt der Druck
des Nahrungsmittelmaterials 3 höher als der vorbestimmte Wert
wird, während die Zuführpumpe 4 gedreht wird, wird der Kolben
63 zurückgezogen, um den Druck des Nahrungsmittelmaterials 3
konstant zu halten. Somit kann der Druck in dem
Nahrungsmittelmaterial durch das Zusammenwirken der Zuführpumpe 4 und
des Speichers 6 konstant gehalten werden.
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Änderungen der Dichte des Nahrungsmittelmaterials können
ebenfalls durch das Zusammenwirken der Zuführpumpe 4 und des
Speichers 6 verhindert werden.
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Das Gehäuse 8 für das Extrusionsventil 7 weist einen
Gehäuseeinlassabschnitt 10a, einen Abschnitt zum Anbringen des
Rotors 10b und eine lange Extrusionsöffnung 13 auf. Das obere
Ende des Einlassabschnitts 10a ist mit dem unteren Ende des
Zuführrohrs 5 verbunden. Ein Rotor 9 ist in dem Abschnitt zum
Anbringen des Rotors 10b des Gehäuses 8 angebracht, so dass
der Rotor sich hin- und herdrehen kann. Der Rotor 9 ist mit
einem Einlaß 11a, einem länglichen Kanal 11b und einer
länglichen Extrusionsöffnung 12 gebildet. Wenn der Rotor sich in
dem Abschnitt zum Anbringen des Rotors 10b des Gehäuses 8
hin- und herbewegt, werden die Extrusionsöffnung 12, die sich
am Ende des Kanals 11b befindet, und die Extrusionsöffnung 13
des Gehäuses intermittierend miteinander ausgerichtet. Die
Öffnung 13 und die Öffnung 12 haben die gleichen seitlichen
Abmessungen, und der Innendurchmesser des Gehäuseeinlasses
10a, der das Nahrungsmittelmaterial 3 von dem Zuführrohr 5
aufnimmt, ist im allgemeinen gleich dem des Zuführrohrs.
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Ein Luftzylinder 15 ist dreh- oder schwenkbar auf einem an
dem Gehäuse 8 befestigten Träger 14 gelagert, und dessen
Stange 16 ist mit einem Ende eines Armes 17, der mit dem
Rotor 9 verbunden ist, dreh- oder schwenkbar verbunden. Wenn
sich die Stange 16 des Luftzylinders 15 hin- und herbewegt,
wird daher der Rotor 9 des Extrusionsventils 7 gedreht.
Intermittierend extrudierte Teigstücke 20a werden dadurch von
der Extrusionsöffnung 13 des Extrusionsventils 7 auf die
Fördereinrichtung 1 abgeladen.
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Durch Einstellen der Hin- und Herbewegung der Stange 16 kann
die Anzahl der Drehungen des Rotors 9 geändert werden.
Dadurch kann das Ausmaß der Überlappung der Öffnung 12 und der
Öffnung 13 eingestellt werden, und die Dicke des
Nahrungsmittelmaterials 3, wenn es von dem Extrusionsventil 7 extrudiert
wird, kann somit geändert werden.
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Die oben beschriebene Ausführungsform funktioniert
folgendermaßen.
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Das Nahrungsmittelmaterial 3 in dem Trichter 2 wird durch die
Zuführpumpe 4 durch das Zuführrohr 5 dem
Gehäuseeinlassabschnitt 10a des Zuführventils 7 zugeführt. Das
Nahrungsmittelmaterial 3 wird durch den Rotoreinlaß 11a und die Nut 11b
in dem Rotor 9 bis zu der länglichen Öffnung 12 eingefüllt.
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Wenn der Druck des Nahrungsmittelmaterials in dem Gehäuse 8
geringer wird als der vorbestimmte Wert, wenn die Zuführpumpe
4 aufhört, sich zu drehen, wird das Nahrungsmittelmaterial 3
in dem Zylinder 62 durch die Schiebfunktion des Speichers 6
in das Gehäuse 8 geschoben, so daß der Druckabfall
ausgeglichen werden kann.
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Durch Drehen der Zuführpumpe 4 über einen vorbestimmten
Zeitraum, bevor sich das Extrusionsventil 7 öffnet, wird der
Druck in dem Nahrungsmittelmaterial 3 hoch, da das
Nahrungsmittelmaterial 3 in dem Trichter 2 dem Zuführrohr 5 zugeführt
wird. Das Nahrungsmittelmaterial 3 schiebt dann den Kolben
63, der dem vorbestimmten Druck ausgesetzt ist, und fließt in
den Zylinder 62. Wenn der Druck des Nahrungsmittelmaterials 3
zum vorbestimmten Wert zurückkehrt, stoppt der Kolben 63 und
wird dem vorbestimmten Druck ausgesetzt, und dann wird das
Nahrungsmittelmaterial 3 extrudiert.
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Da sich die Zuführpumpe 4 weiterhin dreht, wenn die Extrusion
stattfindet und das Nahrungsmittelmaterial 3 durch den Kolben
63 geschoben wird, wird das Nahrungsmittelmaterial 3 des
Weiteren von der Zuführpumpe 4 und dem Speicher 6 dem Gehäuse 8
zugeführt, wodurch der Druck in dem Gehäuse 8 stets in etwa
konstant gehalten werden kann, wodurch ermöglicht wird, daß
eine vorbestimmte Menge von Nahrungsmittelmaterial 20a
extrudiert wird.
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Da mindestens eine ringförmige Nut auf der Oberfläche des in
dem Zylinder 62 gleitenden Kolbens 63 gebildet ist, wird das
Nahrungsmittelmaterial 3 durch die ringförmige Nut
aufgefangen, auch wenn es in den Zwischenraum zwischen dem Kolben und
dem Zylinder gelangt. Also gelangt das
Nahrungsmittelmaterial, auch wenn es so in den Zwischenraum gelangt, nicht
hinter die ringförmige Nut. Da der Kontaktbereich zwischen dem
Kolben 63 und dem Zylinder 62 klein gehalten werden kann,
können auch Reibungswärme und Verschleiß vermieden werden, so
daß eine glatte Hin- und Herbewegung des Kolbens 63
verwirklicht werden kann.
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Durch Zuführen des Nahrungsmittelmaterials 3 zu dem Zylinder
62 so lange, bis der Kolben 63 sich etwa in der Mitte des
Zylinders 62 befindet, bevor das Material 3 extrudiert wird,
kann der Kolben 63 schnell auf die Druckänderung reagieren,
wenn mit der Extrudierung des Materials 3 begonnen wird.
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Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in welcher sich ein Orts- oder Wegmeßsystem 18, das
z. B. einen photoelektrischen Fühler aufweist, stromaufwärts
des Extrusionsventils 7 in Bewegungsrichtung des Förderers 1
über diesem befindet. Der Förderer 1 bewegt sich mit einer
vorbestimmten Geschwindigkeit in Pfeilrichtung fort. Ein
Extrusionsventil 7 zum Extrudieren von
Überzug-Nahrungsmittelmaterial 3a befindet sich stromabwärts des Orts- oder
Wegmeßsystems 18 und über den auf dem Förderer transportierten
Teigkörpern 19.
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Das Überzugsmaterial 3a kann zum Beispiel aus
Biskuitteigstücken oder mit Schokoladestücken oder Rosinen gemischten
Biskuitteigstücken, oder Marmeladen oder durch Kneten
vermischten Seeigeln usw. bestehen.
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Die Teigkörper 19 können zum Beispiel hoch viskoelastischen
fermentierbaren Brotteig, Frikadellen oder sonstige Klumpen
oder Formstücke aus zerstoßenem bzw. zerstampften Fisch,
Fleisch oder gekochter Fischpaste einschließen, die jeweils
in Stücke einer gewissen Menge unterteilt sind. Die Körper
werden intermittierend auf der Fördereinrichtung 1 abgeladen
und von dieser nacheinander mit einem bestimmten Abstand
dazwischen befördert.
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Die Struktur des Extrusionsventils 7 in Fig. 6 ist die
gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
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Die Stange 16 des Luftzylinders 15 steuert über den Arm 17
die Hin- und Herdrehung des Rotors 9, und zwar basierend auf
dem Fühlsignal des Orts- oder Wegmeßsystems 18.
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Bezugszeichen 20b zeigt das auf die beförderten Teigkörper 19
extrudierte Überzugsmaterial.
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Die Förderbedingungen der von der Fördereinrichtung 1 in
gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Abständen beförderten
Körper 19 werden von dem Orts- oder Wegmeßsystem 18 erfühlt.
Basierend auf dem Informationssignal berechnet ein Timer (nicht
gezeigt) die richtige Zeitabstimmung des Öffnens und
Schließens des Extrusionsventils 7. Somit kann jeder Körper 19
synchron extrudiertes Überzugsmaterial 20b empfangen, und zwar
unabhängig davon, ob die Körper 19 in gleichmäßigen oder
ungleichmäßigen Abständen befördert werden.
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Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene Frontansicht einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser
Zeichnung wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in
Fig. 6 und die entsprechenden Erklärungen werden weggelassen.
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Ähnlich dem Speicher 6 der zweiten Ausführungsform wird der
Speicher 61 dieser Ausführungsform ebenfalls an dem Einlaß
10a des Gehäuses 8 befestigt oder nahe des Ausgangs am
unteren Ende des Zuführrohrs 5 positioniert.
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Ein Luftzylinder 69 ist an dem Ende des Zylinders 62
gegenüber dem Gehäuse 8 vorgesehen. Der Luftzylinder wird durch
einen am Gehäuse 8 befestigten Träger 71 gehalten. Eine hin-
und her bewegbare Stange 70 des Luftzylinders 69 ist mit dem
Kolben 63 verbunden.
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Von einem Kompressor (nicht gezeigt) zugeführte Druckluft
fließt durch einen Dekompressor, dessen Druck eingestellt
werden kann (nicht gezeigt), wo die Luft auf einen
vorbestimmten Druck dekomprimiert wird. Die derart dekomprimierte
Druckluft wird dem Luftzylinder 69 zugeführt. Somit wird an
den mit der Stange 70 verbundenen Kolben 63 ein vorbestimmter
Druck angelegt, um den vorbestimmten Druck auf den Kolben 63
aufrecht zu erhalten.
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Somit kann, zumindest in bevorzugten Formen der vorliegenden
Erfindung, durch Anbringen des Speichers auf dem Gehäuse, so
daß stets ein vorbestimmter Druck an das Nahrungsmittel- oder
Überzugsmaterial in dem Extrusionsventil angelegt wird, ein
Druckanstieg oder -abfall ausgeglichen werden.