CN104202994A - 超声旋转成型 - Google Patents

Abstract

本公开描述超声旋转成型系统，其用于当可食用的组合物或食品沿着传送带运动时使它们形成。食品通过超声旋转轮形成，所述超声旋转轮包括一个或多个工具，所述工具切割或者是三维成型食品条。该系统可包括可移动的支撑板，该支撑板位于超声波旋转轮切割食品条的位置的下方。可移动的支撑板可被弹簧加载，且其可对传送带施加向上的力，进而对食品施加向上的力。

Description

超声旋转成型

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国临时申请的优先权，每一份专利申请在此通过引用其全文的方式合并入本申请：2012年3月26日提交的发明名称为“超声旋转成型”的美国临时申请第61/615,583号；2012年10月3日提交的发明名称为“超声旋转成型”的美国临时申请第61/709,228号；以及2013年1月15日提交的发明名称为“超声旋转成型”的美国临时申请第61/752,710号。

技术领域

本公开的一个或多个实施方式总体上涉及食品的制造，以及更特别地涉及可食用组合物的超声旋转成型。

背景技术

每年购买和消费数百万磅的食品，诸如像快餐食品、谷类食品和宠物食品。通常情况下，许多这些类型的食品以小型的一口大小形状的形式制造和销售。例如，当今许多受欢迎的快餐食品和干式谷类食品以小型的一口大小的形状包装和销售。这种一口大小的形状可为食品制造和包装提供便利以及可易于被消费者食用。此外，干式宠物食品，诸如狗粮，通常也以小型的一口大小的形式出售。小型的宠物食品也可为宠物食品制造和包装提供便利以及可易于被宠物食用。

制造小型的一口大小的食品的一种方法是铡刀式切割器。在这些系统中，铡刀式切割器位于沿着传送带的某个位置处并且切割器刀片切开食品条。因为铡刀式切割器的刀片通常是直的，所以铡刀式切割器只能将食品切成具有线性和成角度边缘的最终形状。大多数情况下，铡刀式切割器仅适于切割正方形和长方形状的食品。由于铡刀式切割器的早期样式，食品趋于粘附到切割器刀片上。一些铡刀式系统通过使用诸如超声刀或铡刀式刀片的超声波切割器来解决该问题。

制造这些小型的一口大小的食品的另一种方法是旋转成形。从传统上而言，通常使用一对旋转成形轮(双轮模式)来实现食品的旋转成形。每个旋转成形轮通常包括围绕每个旋转成形轮的外表面定位的多个空腔。位于一个旋转成形轮上的每个空腔在成对的形成轮中的另一旋转成形轮上通常具有相同形状和大小的对应部分。旋转成形轮通常直接彼此相邻定位，并且各旋转轮的外表面彼此相面对。旋转成形轮也通常定位成使得各旋转成形轮的外表面紧密靠近或接触另一个旋转成形轮。

在操作过程中，旋转成形轮通常以向下的方式旋转，这样在各旋转成形轮顶部处的空腔朝向彼此旋转。安排掌握各旋转成形轮的时机，以便沿着各旋转成形轮的外边缘的空腔在两个旋转成形轮的外边缘最靠近彼此或相接触时定位的位置处与彼此对准。当各旋转成形轮的空腔对准时，由在两个旋转成形轮的外表面最靠近彼此或相接触时定位的位置处的两个空腔形成中空模具。通过填充每个旋转成形轮最上面的空腔而将食品引入到系统中。然后，旋转成形轮的旋转使经填充的空腔彼此相邻定位，从而形成如上所述的封闭模具。当旋转成形轮继续向下旋转时，包含形成食品的各旋转成形轮的空腔开始分离。

食品供应系统通常输送处于粘稠状态或半胶粘状态的食品。通常而言，食品的粘稠或半胶粘性质会使食品粘附到空腔的内部，这将导致成型的食品能够抵抗当轮分离时仅靠重力就从空腔掉落出来的情况。由于该问题，制造商依靠被称为“网连”的现象来使食品便于从空腔取出。当旋转轮在对应的空腔之间按压食品时，因为过多的食品从空腔漏出或挤出，所以发生网连的现象。由一个成型空腔形成的漏出食品粘附或附着在由随后的成型空腔形成的漏出食品上，依此类推。从而，每一形成的食品通过食品的“网”连接到下一形成的食品上。当先前形成的食品从空腔取出并沿着输送线移动时，网连的食品将随后形成的食品从其空腔中拖拉出来。然而，食品的网除了使成型的食品便于从空腔取出之外毫无用处，并且网连导致食品材料的浪费，这增加该过程的总成本。

在于2003年10月21日颁发的由Roberto A.Capodieci提交的发明名称为“食品的超声旋转成型”的美国专利第6,635,292号中公开了一种不使用食品网的旋转成型设备，其阐述了类似的双轮设备，该双轮设备使用超声作动旋转轮来使食品便于从其空腔分离，而不使用食品网。

附图说明

在以下公开中描述了一些特征和优点，其中利用以下附图作为示例对一些实施方式进行了阐述。

图1是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的图示。

图2是根据本公开的一个或多个实施方式的作为用于形成可食用组合物的系统的一部分被包含的示例性弹簧的图示。

图3是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的图示。

图4是根据本公开的一个或多个实施方式的示例性超声旋转轮的图示。

图5是根据本公开的一个或多个实施方式的作为超声旋转轮一部分被包括的示例性工具的图示。

图6是根据本公开的一个或多个实施方式的示例性超声旋转轮的图示。

图7是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的放大图示。

图8是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的两个俯视图图示。

图9是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的成角度的俯视图图示，其包括四个旋转轮。

图10是根据本公开的一个或多个实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统的俯视图图示，其包括三十个旋转轮。

图11是根据本公开的一个或多个实施方式的示例性进料段的图示。

图12示出具有第一部分、第二部分和缺口区域的蛋形工具的立体图。

图13-16示出也具有第一部分、第二部分和缺口区域的心形工具的各种视图。

图17-20示出具有几个部分和几个缺口区域的圣诞树形工具的各种视图。

图21-24示出具有几个部分和几个缺口区域的南瓜形工具的各种视图。

图25-28示出供替代的蛋形工具的各种视图。

具体实施方式

本公开描述了一种超声旋转成型系统，其用于通过在传送带上形成食品来形成可食用组合物或食品，所述传送带至少部分地通过弹簧加载的平台支撑。所得到的食品通常是一口大小(如宠物零食、糖果棒“蛋”、块、球等等)，然而本公开预计也可使用这里所述的解决方案来形成较大的食品(如常规大小的宠物零食，如狗骨头，常规大小的糖果棒等)。在整个公开中，应当理解的是对特定的所得到的食品的引用并不将说明内容限制于仅形成该类食品的系统、设备或解决方案。例如，涉及狗骨头或糖果棒的机器或方法的描述也可以用于形成蛋，而反之亦然。

图1显示根据本公开一些实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统100的图示。所述系统包括超声作动旋转轮120、可移动的支撑板130和传送元件140。图3显示根据本公开一些实施方式的用于形成可食用组合物的示例性系统200的另一图示。如图3中所示，所述系统可包括一个以上的旋转轮(220和221)，一个以上的可移动的支撑板(230和231)和一个以上的传送元件(240和241)。

图3还显示超声旋转轮220和221的两个实施方式。在旋转轮的一个实施方式中，旋转轮220包括总体上标记为250的用于将食品条切割成最终大小(或中间大小)的多个工具。切割工具可采取多种不同的形状、大小和深度，并且可包括不同的内部空腔形状。图3显示根据本公开的一个实施方式的可以作为超声旋转轮一部分被包含的示例性工具250。在该示例中，每个工具250具有椭圆柱体形状，其中每个工具的边缘具有类似于鸡蛋横截面形状的形状。在一些实施方式中，传送元件可窄于切割工具的最宽宽度，从而允许任何多余的修边材料从最终形状上脱离。

图4显示超声旋转轮320和另一示例性类型的工具350的另一实施方式，所述工具包括邻近切割工具圆柱体设置的切割鳍形件352。在一些实施方式中，这些切割鳍形件352可改善食品的形成，但在其它实施方式中，所述食品的形成可在没有鳍形件的情况下更好地工作。图5显示根据本发明一个实施方式的超声旋转轮420和作为超声旋转轮一部分被包含的另一示例性工具450的另一实施方式。如图5所示，切割工具可具有比简单的圆形或蛋形更复杂的形状。在一些实施方式中，工具450可如此成型以致所得到的形成的食品类似动物或其它可识别的形状。

不管形状如何，每个切割工具可包括适合于切断食品的一个或多个边缘。边缘可位于切割工具侧壁的最外侧位置或末端。在一些示例中，边缘可适于切断通常形成于宠物食品和/或被巧克力包衣的糖果棒内部的肉块、谷粒、花生、焦糖、牛轧糖和其它食品。然而应当理解的是最终的食品不必随后被巧克力或任何其它食品材料包衣。在其它示例中，边缘适于切断已被诸如巧克力的另一种食品材料包衣的食品。在一些实施方式中，切割工具的侧壁具有一定的锥度以便改善制品从切割工具的脱离。

在一些实施方式中，该边缘可具有斜面，意味着边缘的接触面可不垂直于切割工具的侧壁。切割工具边缘的该斜面的形状也可被称为边缘“倒角”。边缘倒角可指边缘的横截面形状，并且具有斜面的边缘可具有边缘的接触面可不垂直于切割工具侧壁的横截面形状。例如，边缘的接触面可相对于从侧壁向外延伸的线形成45度的角度。多种其它角度也是可能的。在一些示例中，边缘可具有双重(或三重等)斜面，意味着边缘可包括相对于彼此成不同角度的两个(或多个)接触面。例如，边缘可具有约15度的第一斜面和约20度的第二斜面。切割工具的具有斜面的边缘可适于使得切割工具切断食品和/或更容易地从食品撤回。

在本公开的一些实施方式中，围绕旋转轮的外表面设置多个切割工具。图6显示根据本公开一些实施方式的示例性旋转轮520的图示。在这些实施方式中，旋转轮520可类似于擀面杖，其具有附接到擀面杖外侧弯曲表面上的饼干切割器(工具550)。应当理解工具可附接到外侧弯曲表面上以便所述工具向外突出超过所述旋转轮的弯曲表面，或者所述工具可凹入到旋转轮内这样每个工具最小程度地从旋转轮的弯曲表面延伸，或根本不从旋转轮的弯曲表面延伸出来。在操作过程中，旋转轮围绕其轴线转动，在围绕旋转轮的不同位置处设置的切割工具轮流接近传送元件的切割表面，与食品和切割表面接触，然后从切割表面撤回，在切割表面上留下经切割和成形的食品。

在一些实施方式中，围绕旋转轮设置的工具除了切割食品之外也可以将食品成型为更符合需要的三维形状。在一些实施方式中，所述形状可以是曲线形的，从而形成具有多个圆形表面的形状。每个切割工具可进一步包括邻近切割边缘的壁以及潜在地包括可适于成型食品的具有轮廓的空腔。应当理解的是食品的制造商有时较少关注食品的非常漂亮的外表，而是更加关注经济性、速度和数量。这可能尤为真切，例如在食品被旋转轮切割且形成之后，食品随后被巧克力包衣的情况下。因此，制造商的不同要求以及不同的后续处理可导致应用不同工具的旋转轮的使用。例如，如果工具仅用于切割相对平坦的食品条，则对于工具而言就没有必要具有用于对食品进行三维成型的具有轮廓的或杯形的空腔。然而，如果工具用于切割和成型较厚的食品或食品需要三维形状或曲线的顶部，则工具可有用于成型食品的具有轮廓的或杯形的空腔。在一个示例中，每个工具包括一个或多个切割边缘、邻近切割边缘的一个或多个壁，以及具有轮廓的空腔。在该示例中，切割边缘将首先接触食品条；然后壁将接触食品条，部分成型食品；最后，具有轮廓的空腔会接触食品条，进一步成型或冲压食品。

旋转轮通常具有圆柱形的形状，并且通常定位成使得圆柱体的轴线是水平的以及圆柱体的外部弯曲表面可连续地与诸如传送带的单独水平表面接触(或接近)。超声旋转成型系统可采用具有各种尺寸的圆柱体。例如，圆柱体的圆形横截面的半径可变化，以及圆柱体轴线的长度可变化。此外，半径和轴线长度之间的比值可变化。

在本公开的一些实施方式中，旋转轮可包括通风通道。如图3中所示，在左侧的旋转轮221具有基本水平地钻孔或打眼进入到旋转轮内的孔或通风通道222。此外，通风通道224可从工具251’的空腔的基部钻孔或打眼并朝向旋转轮221的中心延伸，在该处与通风通道222最终相交。其结果是，第一通风通道222和第二通风通道224相交以便形成从工具251的内部基部延伸的连续通风通道226，这样空气可在工具251的基部和围绕轮的外部空间之间流动进出。每个通风通道226使得空腔通风，以便空气可在食品正在形成的过程中进出工具251的空腔。通风确保在空腔内不会形成真空，在空腔内形成真空会使得食品件粘附而不容易释放。在测试过程中，当使用通风通道时，本公开的一些实施方式已表现出显著的性能改善。

在一些实施方式中，通风通道可采取在切割工具切割边缘内的不连续区域的形式。在这些实施方式中，不连续的区域可在切割工具平行于制品条带的边缘的任何位置处出现。在一些实施方式中，不连续的区域可以是在切割工具边缘内的单个开口，而在其它实施方式中，可在切割工具平行于制品条带的每一位置处存在不连续的区域。通过将不连续的区域设置于切割工具的切割边缘平行于制品条带的位置处，形成的制品的形状不会受到损害。

在一些实施方式中，不连续区域的尺寸为至少1.5mm，而在其它实施方式中，尺寸可为小于50mm。在不连续区域的尺寸较小的实施方式中，切割工具侧壁的锥度可减小以便改善制品从切割工具的脱离。

此外在另一个示例性实施方式中，通风通道可与空气或气体源耦接，该空气或气体源产生空气或气体脉冲而给空腔施加正压以便所述食品件从空腔弹出。通风通道226可路线适于并适配用于允许气体，例如加压气体，在气体源和切割工具251的基部和/或空腔之间流动，以协助食品的弹出。在一些实施方式中，空气或气体源可与一个或多个传感器通信，例如诸如摄像机的光学传感器。传感器可定位并适于检测食品是否已经正常地从所述切割工具的空腔弹出。当传感器检测到食品没有正常地从空腔弹出时，传感器可将信号传达给空气或气体源，并且响应于来自传感器的信号，所述空气或气体源可产生通过一个或多个通风通道的空气或气体的冲击波或脉冲，以协助食品弹出。传感器可有助于食品制造商降低生产成本，因为仅当食品未自行弹出时才需要空气或气体源来消耗喷射空气的能量。在一些实施方式中，传感器可不与空气源通信，而是可提供一些其它类型的反馈，例如为了响应检测到食品未完全弹出可停止系统或执行一些其它动作。

旋转轮通常附接到超声波发生器(也称为超声波频率发生器)，在系统的操作过程中其将超声振动引入到旋转轮的一个或多个部分。在一些实施方式中，超声波发生器和旋转轮以如此的方式配置以至于只有旋转轮的一部分振动，该部分例如附接到旋转轮的工具，这样振动不传递到设备的其它部分。在其它实施方式中，整个旋转轮可振动。应当理解的是在整个公开中，当参照旋转轮的振动时，可预期到旋转轮的一部分可振动或整个轮可振动。

在操作过程中的旋转轮可始终持续以相同频率和幅度振动。例如，许多辊轧设备可以一个恒定的频率和幅度运转，其原因在于机器恒定地输送食品，辊恒定地滚动，以及工具以均匀的速率切割。然而在其它实施方式中，取决于多种因素，在操作过程中旋转轮可以不同的频率和不同的幅度振动。

所述超声波发生器可以不同的频率和幅度(连续地或在特定时间)运转。例如，发生器可在约15,000赫兹至30,000赫兹的超声频率下振动(并引起旋转轮振动)。在一个具体示例中，发生器以约20,000赫兹的超声频率振动。在其它实施方式中，超声频率可小于30,000赫兹，或小于25,000赫兹，或者小于20,000赫兹，而还有其它实施方式中，超声频率可为大于15,000赫兹，或大于20,000赫兹，或大于25,000赫兹。在一些实施方式中，超声频率可在20,000赫兹和25,000赫兹之间。调节振动频率可允许技术人员调整系统以适用于理想的操作。例如，过低的频率会导致系统运行噪声过大，因为振动在可听范围内产生共鸣。另一方面，过高的频率可导致旋转轮和切割工具如此强烈地振动以至于切割工具变得无法以理想的精确度进行切割，因此将不得不采用非理想的工具形状。

至于超声波发生器的幅度，在一些实施方式中，发生器可以约20微米至50微米之间的幅度振动。在一个特定的示例中，发生器以约30微米至40微米之间的幅度振动。在一些实施方式中，发生器可以大于20微米、或大于25微米、或大于30微米、或大于35微米、或大于40微米、或大于45微米的幅度振动，然而还有其它实施方式中，发生器可以小于50微米、或小于45微米、或小于40微米、或小于35微米、或小于30微米或小于25微米的幅度振动。在一些实施方式中，发生器可以约25微米至45微米之间的幅度振动。调节振动频率可允许技术人员调整系统以适用于理想的操作。例如，如果发生器以过低的幅度振动，食品会在一定程度上粘附到切割工具或刀片。另一方面，如果发生器以过高的幅度振动，切割工具和刀片可能会变得太热，从而导致食品在某种程度上熔化。

所述超声波发生器可包括输入转换器和换能器。输入转换器将电输入(例如，60HzAC，117VAC或240VAC)转换为电脉冲。换能器然后将从输入转换器所接收到的电脉冲转换成机械振动，所述机械振动随后被引入到旋转轮。在本公开的一个实施方式中，输入转换器将电输入转换成约20,000个电脉冲，然后所述换能器将其转换为每秒约20,000次的机械振动。各种其它类型的设备可与超声波发生器结合(或作为其一部分)使用，诸如增强器或缩减器，其能根据需要有效地增加或减小切割工具的振动运动。

旋转轮和相关的切割工具在几个方面受益于超声振动。例如，超声振动导致在切割工具表面处的摩擦力减少，诸如工具的切割边缘、邻近切割边缘的壁以及(可选的)具有轮廓的空腔。摩擦力减少的表面不容易粘附到食品上。此外，由于旋转轮的工具能够切割而不粘附到食品，因此该设备在必须停止以便在对切割工具清洁或更换之前可以运转更长的时间。

切割工具的表面，诸如切割边缘、邻近切割边缘的壁以及具有轮廓的空腔，可由各种材料形成。已证实超声振动可降低金属表面以及塑料表面的摩擦性能，从而例如可以采用金属或塑料表面。通过将润滑性聚合物材料添加或涂覆在一个或多个表面上可进一步改进工具表面的摩擦性能。例如，表面可用润滑性聚合物材料涂层，诸如聚四氟乙烯(在商业上以商标特氟龙出售)，其可结合到空腔的表面上。替代性地，所述表面可由提供润滑性能的聚合物材料来制成。

超声振动的另一个益处是切割工具的边缘更整齐地切断所述食品。例如，超声振动切割边缘可非常整齐地切开花生，使得花生留下光滑的边缘。相比而言，当用常规刀或边缘切割花生时，所得到的花生会具有锯齿状边缘或破碎的边缘。

此外，超声振动可以良好的混合状态协助混合食品或保持食品。超声振动已被应用在液体和半液体的处理过程中，通过在液体中产生交替的低压波和高压波，导致小真空气泡的形成和猛烈地破裂。这种现象(有时称为“空穴效应”)引起可用于空穴解体和混合的高速撞击液体射流和强烈的流体动力剪切力。应当理解的是一些食品保持相当稳定的一致性，因此在切割和形成食品条的过程中不需要混合。然而，超声振动的混合益处可有利于保持食品的一致性或进一步混合一些类型的食品。

超声旋转轮系统进一步包括可移动的支撑板。如图1的示例中所示，支撑板130可设置在传送带的下方，位于旋转轮120的工具接触食品条的位置处。该接触位置可以是糖果条带在旋转轮的近似质心121下方通过的位置。旋转轮120的质心121通常位于旋转轮轴线的水平点上，但这不是必须的情况。支撑板130可以是弹簧加载的，这样弹簧132导致支撑板对传送带施加向上的力，进而对在传送带上运动的食品施加向上的力。图7显示示例性支撑板630的另一视图。在该示例中，可以看出支撑板630位于传送带642的下方以及旋转轮620的正下方。

返回参照图1，弹簧132可以通过各种设计来实现。在一些实施方式中，如图1中所示，弹簧132可设计成类似于传统的螺旋弹簧，其中当更大的力向下施加到弹簧132上时，该弹簧在垂直的方向上压缩，其压缩程度越大则对该支撑板130施加的向上的力越大。在其它实施方式中，如图2中所示，弹簧134可设计成包括附接到杆133的柔性鳍形件136或叶片，当更大的力向下施加到鳍形件136的上表面时，特别是在鳍形件的外端部附近，鳍形件略微更多地缠绕杆133并在相反的旋转方向上施加更大的力，通常对支撑板130向上施加。鳍形件式弹簧134的弹簧作用以类似于跳水板的弹簧作用来工作。图3显示与鳍形件式弹簧相关联的杆233如何并入到系统200内的示例。如在该示例中所示，杆233可延伸通过系统200的一个或多个实心件或附近机械的实心件，以便杆233耦接到实心基部，以便当鳍形件(未示出)对杆233施以扭矩时其可抵制旋转。然后杆233与位于支撑板230下方的鳍形件(未示出)连接。在另一个示例中，鳍形件可粘附到支撑板230或鳍形件可与支撑板230一起形成，这样它们构成单一成型件。

弹簧(例如弹簧132和/或弹簧134)可适于具有可调节的弹簧张力，这样根据所需的应用弹簧和支撑板可施加一个范围中的力。例如，弹簧张力系统可调节成使得弹簧所施加的压力在0磅至大约50磅力范围内。在一些实施方式中，弹簧压力可为大于10磅、大于20磅、大于30磅、或大于40磅的力，而在其它实施方式中，弹簧压力可为小于50磅、或小于40磅、或小于35磅、或小于30磅、或小于25磅、或小于20磅、或小于15磅，或小于10磅的力。在另一示例中，弹簧在约10磅和20磅之间的力范围内工作。在一些实施方式中，弹簧可施加从约5磅至约45磅力的压力，而在其它实施方式中，压力可为约15磅至约35磅的力。弹簧张力可以各种方式进行调节。例如，弹簧可简单地被具有不同的阻力特性的不同弹簧替换。在另一示例中，螺旋弹簧可包括能提高弹簧阻力的拨杆。在又一示例中，鳍形件式弹簧的阻力可通过使得杆旋转来增加，这样当没有食品位于支撑板上时，鳍形件停留在具有更大扭矩的初始位置上。

此外，在一些实施方式中，一个或多个旋转轮可垂直调节，这样当旋转轮进行调节时，旋转轮和传送带(和支撑板)之间的距离和/或压力可变化。例如，旋转轮可由螺旋齿轮来进行调节。

可移动的支撑板的一个目的是补偿超声振动(来自切割元件)对传送带的影响。为了使得旋转轮工具切断所述食品条，压力必须向下施加到食品上，从而，工具的切割边缘也将压力向下施加到传送带上。可移动的支撑板适于吸收从所述切割工具向下施加到传送带上的部分压力，其降低由切割工具引起的对传送带的损坏程度。因此，可移动的支撑板允许超声旋转轮系统以降低对传送带的切割或磨损的方式长期运行。此外，可移动的支撑板均衡施加到传送带上的压力，其允许更一致的切割。

可移动的支撑板的另一个益处是其可最大限度地减少或完全防止食品从旋转轮切割工具的漏出。可移动的支撑板与半柔性传送带的结合可允许切割工具的边缘和传送带之间的均匀间隔接触，从而使得切割工具完全切断食品条，使切割整齐并最大限度地减少或没有食品从切割工具的切割边缘和传送带之间的漏出。

超声旋转轮系统还包括传送元件，其可进一步包括一个或多个柔性带(即，传送带)。图3显示包括传送元件240的示例性系统200的图示，所述传送元件240进一步包括两个传送带242、243，以及促进传送带移动的组件(诸如辊、齿轮、齿轮皮带、马达等)以及根据需要任选的支撑平台，其可在传送带的下方提供坚固的表面。例如，当一台机器必须将力向下施加到在传送带上运动的食品上时会需要坚固的表面。在其它实施方式中，传送元件可包括一系列的辊，一系列离散的传送带，或将食品沿着进料路径输送的其它工具。(食品沿着传送元件的顶部从它的条带形式开始，通过旋转轮甚至更远地行进路径有时称为“进料路径”。)

应当理解的是，尽管图1显示传送元件140包括单个传送带，但传送元件可包括一条以上的传送带。例如，图3以及图7更近地显示系统的双传送带实施方式。在这些实施方式中，传送元件包括两条传送带，向每条传送带独立提供动力，例如，具有独立的辊、齿轮、齿轮皮带、马达和/或类似物。在这些实施方式中，在操作过程中，食品从左侧行进到右侧(如附图中所示)。食品首先沿着左侧传送带(图3中的242以及图7中的642)行进，然后通过旋转轮成形(图3中的220和图7中的620)。在这些实施方式中，弹簧加载的支撑板(图3中的230和图7中的630)位于左侧传送带的末端(或突出的部分)附近。然后将食品传送到下一右侧的传送带(图3中的243和图7中的643)。

在图9中可以看出双传送带实施方式的一个益处，其示出另一示例性的系统900。再次，如图9中所示，在操作过程中，食品从左侧行进到右侧(如图所示)。当食品从左侧的传送带942传送到右侧的传送带943时，当(旋转轮920的)旋转轮工具冲压食品条时产生的“网连”(或多余的食品)落到两条传送带之间，然后在此处将其带走。在一个示例性实施方式中，超声旋转轮工具如此整齐地切断食品，以至于当不再有来自下方的支撑时网连轻易地掉落下来。快速去除网连可有助于确保在食品由旋转轮形成和切割之后食品废料不会重新粘合到所形成的食品上。此外，在一些实施方式中，第二条传送带(右侧的传送带或者接取带)可以高于第一传送带(左侧的传送带，或形成带)的速度运行。接连的传送带在速度上的这种差异可在相继形成的食品件之间产生间隙，从而在它们形成之后不会粘附到彼此。

超声旋转成型系统可利用传送带的单个轨道或其可利用单个传送带的多个轨道。例如如果将图3和图9进行比较则可以看出这两个实施方式中的差异。在图3中，利用多个单独的轨道，每一旋转轮一条轨道。相比之下，在图9中，尽管该系统包括多个旋转轮920，但是仍利用单个传送带轨道。在形成食品的同时，利用多条食品条和/或多个单独的传送带可提供益处。例如，单独的食品条允许系统采用多个错开的轮，并且具有的宽度窄于切割工具最宽宽度的多条独立的传送带可促使食品网连或食品废料从所形成的食品快速掉落，有时是在形成之后立即掉落。快速去除所网连或修边可有助于确保在食品由旋转轮形成和切割之后，食品废料不重新粘合到所形成的食品上。

在一些实施方式中，传送元件可包括一条或多条侧栏引导件。例如，传送带的每条轨道可包括位于轨道任一侧或每一侧上的侧栏引导件。对于每条轨道而言，侧栏引导件可延伸传送元件的整个长度或传送元件长度的一部分。例如，侧栏引导件可沿着导入和导出旋转轮的传送元件部分延伸。侧栏引导件可定位成并适于协助食品在传送带上行进而不偏离。例如，沿着导入到旋转轮内的传送元件部分延伸的侧栏引导件可协助食品条防止其从传送带偏离和/或掉落。作为另一示例，沿着从旋转轮导出的传送元件部分延伸的侧栏引导件可协助所形成的食品件防止其从传送带偏离和/或掉落。

传送带的外表面可具有各种纹理(或没有各种纹理)。在一个实施方式中，外表面是非常光滑的表面。光滑的外表面是有益的，因为它考虑了传送带外表面和食品之间的更好的粘附性，因为光滑的表面使得传送带和食品之间有更大的表面积接触。在切割工具已经完成切割且形成食品之后，更好的粘附性促使将食品拉离切割工具。此外，当食品被送入到旋转轮内以及在系统中的会需要机器部件碰触食品的其它阶段时，更好的粘附性防止食品的滑脱和沿着传送带向后运动。在该实施方式的具体示例中，传送带可包括经美国食品药品管理局(FDA)批准的可安全接触食品的平滑表面以及部分或全部由织物构成并适于承受围绕尖角、曲面等的弯曲和扭转的传送带。本公开的其它实施方式可包括具有其它类型外表面的传送带，其外表面不完全光滑和/或具有纹理，因为一些类型的食品会更好地粘附到具有纹理的表面上。

如上所述，超声旋转成型系统可包括一个以上的旋转轮。在一些实施方式中，所述旋转轮相互错开，如图8(顶部的附图)所示，其显示示例性系统的俯视图。图3、图9和图10还显示具有错开的旋转轮的实施方式的图示。从这些附图中可以看出，系统可配置成容纳一系列数量和定位的旋转轮，从单个轮到四个轮(图9)，到如图10的示例中所示的30个轮。更具体地，图10显示系统1000在保持整个系统占地面积可控的同时如何按比例扩大到包括许多旋转轮的示例。例如，如图10中所示的“V”形构造是具有可控占地面积的系统的一个示例。

在一些实施方式中，多个旋转轮接触多个可食用的食品块。在这种实施方式中，可食用的食品块可在接触旋转轮之前成形为条带，这样多个食品条接触多个轮。在其它实施方式中，多个旋转轮接触单个可食用的食品块。在这种实施方式中，可食用的食品块可在接触旋转轮之前成形为片，以便单一的片接触多个轮。

虽然图8和在整个公开中的其它附图可显示为包括错开旋转轮的系统，但是应当理解的是旋转轮可定位成使得系统中的至少一个旋转轮与另一个旋转轮定位成一条直线，这样系统中的至少一个旋转轮与另一旋转轮的轴线大致对准。参见图8(下面的视图)，其是完全处于一条直线的系统800的示例。

在本公开的一些实施方式中，系统可进一步包括一个或多个防抬机构。防抬机构可位于各旋转轮的下游，例如在食品的成型件离开旋转轮切割工具的位置附近。在一些示例中，在食品的成型件离开切割工具并向下落到传送带上之后，成型件可趋于向上提升离开传送带，例如由于切割工具的边缘抓住或粘附到成型件的一部分。防抬机构可定位成并适于防止成型件提升和/或可将压力向下施加到成型件上以确保它们保持粘附到传送带上。防抬机构可包括将压力施加到成型件的指状物或棒状物，以及可包括接合指状物或棒状物的弹簧或马达机构。

在本公开的一些实施方式中，系统可进一步包括进料段1100，如图11中所示。在这些实施方式中，进料段1100可进一步包括一个或多个压力指状物1162、1163，其中每个压力指状物将向下的力施加到例如沿着传送带朝向旋转轮移动的食品上，以便确保食品在其到达所述旋转轮之前良好地粘附到传送带。在一些实施方式中，进料段的单个轨道可包括一个以上的压力指状物，例如一系列的两个或更多个压力指状物。在这些实施方式中，多个压力指状物可接合单个食品条，例如以便确保食品良好地粘附到传送带上。进料段1100通常位于一个或多个旋转轮的上游(在进料路径内)，例如，在上游的一定距离处，这样压力指状物的顶端离旋转轮接触食品的位置约1至2英寸远。压力指状物1162可以是弹簧加载的，从而弹簧力在向下的方向上压指状物顶端。可以使用不同的弹簧，这样压力指状物可施加不同的向下的力，例如在10和15磅之间的力。弹簧可在沿着指状物的不同位置上附接到压力指状物。压力指状物1162可由例如塑料的各种材料制成。

进料段可包括一个或多个侧栏引导件。例如，沿着导入到旋转轮内的传送元件部分延伸的侧栏引导件可协助食品条防止其从传送带偏离和/或掉落。在食品与一个或多个压力指状物和/或旋转轮接触的同时，侧栏引导件可将食品大致居中地保持在传送带上。

在不包括进料段1100和压力指状物1162的系统的一些实施方式中，食品可能不能充分地粘附到传送带上，因此当旋转轮接触食品时，所述食品会沿着传送带向后滑脱或滑动。如果食品向后滑脱，食品会堆积，因此必须关闭系统并进行清理。为了解决该问题，向下按压指状物1162可将压力向下施加到食品，以便使得食品更好地粘附到传送带，这样食品不会滑脱。其中食品不滑脱的系统的一个益处是可适于连续和高效地运行。

在本公开的一些实施方式中，系统进一步包括位于旋转轮上游(在进料路径内)的片状形成装置。片状形成装置可在上游将可食用的组合物块形成为食品片。

在本公开的一些实施方式中，所述系统还包括位于旋转轮上游(在进料路径内)的分切装置。在将制品条带输送到超声作动旋转轮之前，该分切装置将食品片分切成多个制品条带。

本公开的另一实施方式提供用于形成糖果制品(或食品)的方法，所述方法包括以下步骤：(1)形成一条或多条的糖果制品条带；(2)沿着可包括传送带的进料路径移动糖果制品条带；以及(3)通过使得糖果条带与超声作动旋转轮接触将糖果制品条带切割成多个糖果制品形状。

关于所述方法的步骤1，形成糖果制品条带可进一步包括形成糖果片以及将糖果片分切成条带。关于步骤2，该步骤还可包括一个子步骤，其中制品条带移动通过进料段，由此压力指状物将向下的压力施加到制品条带上以便使得其粘附到传送带上。关于步骤3，旋转轮可包括多个切割工具，其在糖果条带在旋转轮的近似质心下方通过的位置处接触糖果条带。在旋转轮接触糖果条带的位置处，位于传送带下方的可移动的支撑板可允许吸收旋转轮向下施加到糖果条带和传送带上的部分压力。

可通过本公开中描述的一个或多个系统、设备和/或解决方案来执行前述方法。例如，可由包括超声作动旋转轮、可移动的支撑板和传送元件的系统来执行所述方法。在另一示例中，执行所述方法的系统可包括弹簧加载的可移动的支撑板。

本公开中所述的解决方案可提供几个益处。现有类型的超声食品切割器具有缺陷，而本公开的解决方案没有这些缺陷或将这些缺陷的程度降低。例如，铡刀式切割器可只使用大致直形刀片，这样铡刀式切割器只能将食品切成具有线性和成角度边缘的最终形状。本文所述一些实施方式的一个益处是附接到旋转轮的工具不局限于仅具有直形和成角度的边缘，因此，旋转轮可产生具有各种形状的最终食品，包括圆形、椭圆形、蛋形、动物形状等等。此外，因为切割食品条的工具也可包括三维的成形空腔，本文所述的一些实施方式可在一个步骤中实现最终食品的所有切割和三维成型。现有类型的糖果切割器不可能实现这种三维成型。

现有的双轮式食品切割器也具有缺陷。那些经验丰富的业内人已经观察到这种类型的食品切割器是昂贵的，以及需要密集的设备和部件。从本质上来讲，双轮式切割器的每个部分都需要两个，因为沿着传送带运行的每个食品条需要两个轮。这意味着每个食品条需要两个轮、两个心轴、两套硬件、两组附加工具等等。因此，如果食品制造商想要操作具有平行运行的30至50条的食品条的传送带，与本公开的单个轮相比，对于每个食品条而言，双轮式的食品切割器将需要双倍数量的设备。因此，与本公开的单轮式相比，双轮式更不耐用和更为经常性地发生故障。此外，双轮式的额外设备和更高的维护成本使得双轮式运行起来比单轮式更昂贵。

此外，双轮式不利于“按比例扩大”。也就是说，双轮式不能如本公开的解决方案那样处理大量的食品。除了额外的设备以及处理更大量食品的成本之外，双轮机不能以本公开单个轮可运行的快速速度运行。例如，对于双轮机，传送带以约1.5米/分钟的最大速度运行。这明显低于本公开的解决方案，在本公开的解决方案中传送带可以约4米/分钟的速度运行。

如本公开的一个或多个实施方式中所述的系统的一个附加益处是单个旋转轮设计允许相同类型食品的不同“形式”之间的组合的一致性。例如，该系统可提供被称为Snickers棒的糖果和被称为蛋的糖果之间的组合的一致性，这样棒和蛋尽管形状和大小不同但味道完全相同。不同形式的组合物保持一致的原因是因为通过最终食品的不同“区域”中不同类型的食品的比率保持在相同的水平，例如棒和蛋。现有类型的双旋转轮系统无法保持一致性，因为例如食品可能被倒入到专门为每一形式的最终食品设计的空腔内。相比之下，在本发明的系统中，不论食品的最终形式，所述食品被预先成型，然后由旋转轮上的不同工具切成最终形状。

在一个实施方式中，一旦食品形状通过切割而形成之后，包衣层可施加到一个或多个产品形状上。另外地或替代地，一个或多个产品形状可进行表面处理。在一个实施方式中，这些步骤的一个或两个可在旋转轮的下游。例如，在形成可食用的产品形式之后可通过翻滚而被挂衣、包衣，如在包衣操作的情况下或其他通过表面喷涂进行处理。

图12-28示出类似于图5中所示的饼干切割器/工具450或如图6中所示工具550的饼干切割器或工具的各种实施方式。

更具体地，图12示出具有第一部分1210、第二部分1220和缺口区域1230的蛋形工具1200的立体图。

图13-16示出也具有第一部分、第二部分和缺口区域的心形工具的各种视图。

图17-20示出具有几个部分和几个缺口区域的圣诞树形工具的各种视图。

图21-24示出具有几个部分和几个缺口区域的南瓜形工具的各种视图。

图25-28示出替代性蛋形工具的各种视图。

虽然通过参照具体实施方式描述和示出了本解决方案，但本领域的普通技术人员将意识到他们可自行对本文的解决方案进行本文未描述或图示的许多不同改变。

Claims (39)

1.一种用于形成可食用的食品的系统，所述系统包括：

超声作动旋转轮，其包括设置于旋转轮外表面上的一个或多个切割工具；

传送元件，其相对于旋转轮移动食品；以及

可移动的支撑板，其设置于传送元件表面的下方以及旋转轮的近似质心的下方；

由此，当旋转轮旋转时，旋转轮的一个或多个切割工具在所述可移动的支撑板的近似位置处接触食品。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括耦接到所述可移动的支撑板的弹簧，其中所述弹簧对可移动的支撑板向上施加压力。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述弹簧包括柔性鳍形件，当压力向下施加到可移动的支撑板上时，所述柔性鳍形件围绕杆旋转。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述弹簧的张力是可调节的，以便弹簧和支撑板可向上施加一定范围的力。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转轮的一个或多个切割工具均包括用于将食品三维成型的外轮廓表面。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转轮的一个或多个切割工具都包括具有斜面的边缘。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送元件的一部分包括一个或多个侧栏引导件，用来防止食品从传送元件偏离或掉落。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转轮耦接到超声波发生器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述超声波发生器使得旋转轮以从约15,000赫兹到约30,000赫兹的超声频率以及20微米至50微米之间的幅度振动。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述超声波发生器使得旋转轮以约20,000赫兹的超声频率以及30微米至40微米之间的幅度振动。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述超声波发生器仅使得构成所述旋转轮的部件中的一部分以超声频率振动。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述超声波发生器使得构成旋转轮的所有部件以超声频率振动。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述旋转轮在操作过程中的始终连续地以相同的频率和幅度振动。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转轮包括一个或多个通风通道，该通风通道被设置路线并适于使得空气在切割工具之间流动以及允许空气围绕所述系统流动。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转轮包括一个或多个通风通道，该通风通道包括在一个或多个切割工具的切割边缘内至少一个不连续区域。

16.根据权利要求15所述的系统，其中至少一个所述不连续区域为至少1.5毫米。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述通风通道被设置路线并适于使得加压气体在气体源和切割工具之间流动以便协助食品从切割工具弹出。

18.根据权利要求17所述的系统，还包括一个或多个传感器，该传感器被定位并适于检测食品是否已经正常地从切割工具弹出，其中当传感器检测到食品没有正常地从切割工具弹出时，所述传感器驱动气体源以便产生气体脉冲。

19.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个传感器，该传感器被定位并适于检测食品是否已经正常地从切割工具弹出。

20.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个附加的超声作动旋转轮，其中所述系统中所有的旋转轮可被定位成使得所述旋转轮构成错开定位或成一条直线的定位。

21.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送元件包括一个以上的传送带，其中向每个传送带独立地提供动力。

22.根据权利要求21所述的系统，其中一个以上的独立提供动力的传送带都包括一个或多个侧栏引导件以便防止食品从传送带偏离或掉落。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送元件包括具有外表面的一个或多个传送带，所述外表面是光滑的，以便食品粘附到所述表面上。

24.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送元件包括一个或多个传送带，该传送带具有的宽度窄于一个或多个切割工具的最宽点。

25.根据权利要求1所述的系统，还包括片状形成装置，该片状形成装置在传送元件上游将可食用的食品形成为食品片。

26.根据权利要求1所述的系统，还包括片状形成装置，该片状形成装置在超声作动旋转轮上游将可食用的食品形成为食品片。

27.根据权利要求25或26所述的系统，还包括分切装置，该分切装置将与超声作动旋转轮接触之前的食品片分成多个制品条带。

28.根据权利要求1所述的系统，还包括进料段，该进料段包括至少一个压力指状物，当食品沿着传送元件运动时，所述压力指状物适于将向下的力施加到食品上。

29.根据权利要求26所述的系统，其中至少一个所述压力指状物包括至少两个压力指状物。

30.根据权利要求26所述的系统，其中靠近进料段的传送元件的一部分包括一个或多个侧栏引导件，以便防止食品从传送带偏离或掉落。

31.根据权利要求1所述的系统，还包括位于旋转轮下游的防抬机构，其中所述防抬机构被定位并适于当食品从切割工具弹出时将压力施加到食品上。

32.一种可食用食品的形成方法，包括以下步骤：

形成一个或多个可食用的食品块；

沿着包括传送带的进料路径移动所述一个或多个可食用的食品块；以及

可食用的食品块与超声作动旋转轮接触，来将可食用的食品块切成多个可食用的食品形状。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述形成一个或多个可食用的食品块的步骤进一步包括形成可食用的食品片的步骤。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述形成一个或多个可食用的食品块的步骤进一步包括将可食用的食品片分切成一个或多个可食用的食品条的步骤。

35.根据权利要求32所述的方法，其中所述沿着进料路径运动移动一个或多个可食用的食品块的步骤进一步包括移动一个或多个可食用的食品块通过进料段的步骤，由此至少一个压力指状物将向下的压力施加到制品块上。

36.根据权利要求32所述的方法，其中所述超声作动旋转轮包括一个或多个切割工具，该切割工具在可食用的食品块通过旋转轮的接近质心的下方的位置处接触一个或多个可食用的食品块。

37.根据权利要求32所述的方法，其中可移动支撑板位于传送带表面下方，从而在旋转轮接触一个或多个可食用的食品块的位置处，向可食用的食品块施加向上的压力。

38.根据权利要求32所述的方法，还包括在所述切割之后将包衣层施加到所述可食用的食品形状上。

39.根据权利要求32所述的方法，还包括在所述切割之后对所述可食用的食品形状进行表面处理。