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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren
zum Mischen, Beschichten und Trocknen einer Vielzahl von Partikeln.
Konkret bezieht sich diese Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren
zum Verteilen und Trocknen einer Zuckerschicht auf der Außenseite
von Süßwaren.
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Verwandter
Hintergrund
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Viele
essbare Objekte („Partikel") haben eine äußere Schicht,
die aus Zucker und anderen essbaren Materialien besteht. Solche
Beschichtungen dienen vielen Zwecken. So konservieren sie u. a.
den Kern der Süßwaren und
verleihen dem essbaren Partikel ein ansprechendes Aussehen und guten
Geschmack. Zudem machen Beschichtungen diese Partikel beim Essen
erkennbar knusprig.
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Es
sind viele Vorrichtungen bekannt, die Beschichtungen auf essbare
Partikel auftragen. US-Patent Nr.
5.507.868 offenbart z. B. eine typische Vorrichtung zum Zuckerdragieren
nach dem Stand der bisher bekannten Technik. In der Referenz ist
eine Vorrichtung beschrieben, die einen Drehtrommelverkocher [„rotary drum
panner"] mit einer
Vielzahl von Luftlöchern
und hohlen Wellenteilen hat. Durch eines der hohlen Wellenteile
wird Trockengas zugeführt
und zum Trocknen nach unten auf eine Partikelschicht gerichtet.
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In
US-Patent Nr. 4.050.406 wird eine Vorrichtung zur Beschichtung mit
Zucker offenbart, die eine ringförmige
Netzwanne verwendet, in der die zu beschichtenden Partikel enthalten
sind. Die Vorrichtung ist auf Federn montiert und wird gerüttelt, um
die Partikel im ringförmigen
Behälter
herum zu bewegen. Durch die Mitte der Vorrichtung wird die Trockenluft
direkt auf das Netz gerichtet. Der Luftstrom geht dann gerade durch
das Netz und tritt oben aus der Vorrichtung aus. Der Luftstrom ist
kein tangentialer Strom.
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Eine
weitere Vorrichtung nach dem bisher bekannten Stand der Technik
wird in US-Patent Nr. 5.158.804 offenbart. Dieses Patent offenbart
eine Beschichtungsvorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung
kleiner Mengen von Tabletten (Medikamenten in den Anfangsstadien
der Zusammensetzung und Entwicklung). Eine Sprühschicht wird von oben auf
die Tabletten auf ein Netz aufgetragen und die Trockenluft wird von
unterhalb des Netzes nach oben geführt. Außerdem wird das Netz gerüttelt, so
dass die Tabletten hoch und runter springen.
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Eine
weitere Vorrichtung nach dem bisher bekannten Stand der Technik
verflüssigt
die zu beschichtenden Partikel. In US-Patent Nr. 5.792.507 und 5.296.265
werden z. B. Beschichtungsvorrichtungen und -verfahren offenbart,
die eine Drehscheibe zusammen mit einem Luftstrom an der Peripherie
der Scheibe nahe der Innenwand eines zylindrischen Behälters verwenden,
um die zu beschichtenden Partikel zu verflüssigen.
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Die
oben angeführten
Vorrichtungen und Verfahren sind für die wirtschaftliche Beschichtung
einer Vielfalt von Süßwaren unzulänglich,
da die Kosten für
deren Bau, Betrieb und Wartung relativ hoch sind. Außerdem erfordern
die Verfahren zur Beschichtung von Süßwaren nach dem bisher bekannten
Stand der Technik eine relativ lange Zeit, was zu einem höheren Energieaufwand
pro Masseneinheit des beschichteten Materials führt. Außerdem reduzieren längere Beschichtungszeiten
die Produktivität
der betreffenden Vorrichtung, was pro Masseneinheit des Produkts
zu höheren
Kosten führt.
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Folglich
besteht ein Bedarf an einer effizienten, kompakten und relativ schnell
arbeitenden Vorrichtung, die weniger Energie verbraucht als bereits
vorhandene Vorrichtungen und die in kürzerer Zeit beschichtete Süßwaren liefert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme
zu lösen,
und sie präsentiert
neue Vorrichtungen und Verfahren zur Beschichtung und Trocknung
einer Vielzahl von Partikeln. Darüber hinaus ist diese Erfindung
für jedes
Verfahren geeignet, das von einer guten Mischung von Partikeln in
einem tiefen Produktbett profitiert, insbesondere zur Schichtung,
Mischung und Trocknung von harten Zuckerkrusten auf Süßwaren.
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Im
Vergleich zu vorhandenen Vorrichtungen ist der für die vorliegende Erfindung
erforderliche Aufstellraum im Werk sehr viel kleiner, was zu weiteren
Einsparungen führt.
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Ein
Punkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen
und/oder Kühlen
einer Vielzahl von Partikeln, die ein im Regelfall rundes Bett zur
Aufnahme der Partikel umfasst, wobei das Bett eine im Wesentliche
ringförmige
innere Bettwand, eine äußere Bettwand
und einen unregelmäßigen Boden
hat. Der unregelmäßige Boden
ist eine unebene Fläche,
die perforiert sein kann oder auch nicht und vorzugsweise ein Sieb
ist. Die Vorrichtung umfasst auch einen Antriebsmechanismus, der
drehbar an besagtem Bett befestigt ist, wobei die Rotation des Antriebsmechanismus
mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit eine horizontale und
vertikale Verrückung
des Bettes und damit einen Partikelfluss in die Richtungen x, y
und z erzeugt. Für
die Mehrzahl der Partikel ist der Partikelfluss auf den Ebenen x
und y die dominante Richtung. Die Vorrichtung umfasst auch eine
Luftanlage, die dem Bett tangential einen erwärmten und/oder gekühlten Luftstrom
in eine der dominanten Richtung entgegengesetzten Richtung zuführt. Der
Luftstrom geht durch das Sieb und in das Partikelbett.
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Die
Luftanlage kann eine Pumpe zur Erzeugung eines in ein Rohr führenden
Luftstroms, einen Entfeuchter in Flüssigkeitsverbindung mit der
Pumpe, einen dem Entfeuchter nachgeschalteten und in einer Linie mit
dem Rohr angebrachten Heizapparat sowie einen im Regelfall runden
Ansaugkrümmer
mit einer äußeren Krümmerwand
und einem Luftstromeinlass in Flüssigkeitsverbindung
mit dem Rohr, der tangential auf der äußeren Krümmerwand angebracht ist, einschließen. Der
Ansaugkrümmer
ist unterhalb des Bettes positioniert und hat einen Außenumfang,
der im Wesentlichen dem des Bettes entspricht.
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An
der äußeren Wand
des Bettes kann sich ein Auslass befinden, der durch eine tangential
positionierte, abnehmbare Abdeckung, die um einen Teil einer inneren
Fläche
der äußeren Wand
bereitgestellt wird, bedeckt werden kann. Die Abdeckung umfasst
ein erstes Ende, das am inneren Umfang der äußeren Wand dem Auslass nachgeschaltet
in der dominanten Richtung befestigt ist, und ein zweites bewegliches
Ende neben der inneren Fläche
der äußeren Wand,
wenn der Auslass geschlossen ist. Das bewegliche Ende ist dem Auslass
vorgeschaltet in der dominanten Richtung positioniert und wird geöffnet, wenn
das bewegli che Ende in Richtung Mitte des Bettes bewegt wird. Die
Abdeckung und äußere Wand
bilden einen Trichter mit einem Eingang zur Aufnahme von Partikeln
aus der dominanten Richtung.
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Ein
anderer Punkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Erwärmen
bzw. Kühlen
einer Vielzahl von Partikeln in einer wie im vorherigen Punkt beschriebenen
Vorrichtung, und zwar den Schritt der vertikalen und horizontalen
Schwenkung des Bettes mit einer vorbestimmten Frequenz zur Erzeugung
eines Partikelflusses in die Richtungen x, y und z. Das Verfahren
umfasst auch das Erwärmen
bzw. Kühlen
eines Luftstroms auf eine vorbestimmte Temperatur und die Lenkung
des Luftstroms tangential zum Bett über einen im Regelfall runden
Ansaugkrümmer,
der im Wesentlichen dem Umfang des runden Bettes entspricht und
sich unterhalb des Siebs befindet. Der Luftstrom fließt rund
um die Innenseite des Ansaugkrümmers
durch das Sieb und in das Bett.
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Ein
weiterer Punkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Beschichtung und Trocknung einer Vielzahl von Partikeln in der
Vorrichtung, wie im ersten Punkt beschrieben, und zwar den Schritt
der Schwenkung des Bettes, wie im vorherigen Punkt beschrieben,
um einen ähnlichen
Partikelfluss zu erzeugen. Weitere Schritte des Verfahrens beinhalten
im Fall einer Beschichtung von Partikeln das Aufbringen eines Beschichtungsmaterials
aus einer Düse
oberhalb des Bettes, wobei das Aufbringen der Beschichtung während eines
ersten vorbestimmten Zeitraums erfolgt und ein temperaturkontrollierter
Luftstrom tangential zum Bett über
einen im Regelfall runden Ansaugkrümmer, der im Wesentlichen dem
Umfang des runden Bettes entspricht und unter dem unregelmäßigen Boden
positioniert ist, zugeführt
wird. Der Luftstrom [wird] nach dem Vergehen eines zweiten Zeitraums
zugeführt,
nachdem das Beschichtungsmaterial aufgebracht wurde. Der Luftstrom
bewegt sich rund um die Innenseite des Ansaugkrümmers durch den unregelmäßigen Boden
und in das Bett.
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Während eine
vorzugsweise Ausführung
den Luftstrom tangential zum Bett in einer der dominanten Mischrichtung
entgegengesetzten Richtung liefert, kann auch ein Luftstrom in Richtung
der dominanten Mischrichtung verwendet werden.
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Der
hohe Mischgrad der einzelnen Partikel in die Richtungen x, y und
z in der vorliegenden Erfindung gewährleistet eine einheitliche
Behandlung aller Partikel mit dem gewünschten Verfahren. Dieses starke
Mischen reduziert Variationen zwischen den einzelnen Partikeln,
die eintreten, wenn einzelne Partikel während des Trocknens oder Beschichtens
in bestimmten Verfahrensbereichen verbleiben oder wenn andere Bedingungen
von der Norm abweichen.
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Dementsprechend
ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass als Ergebnis
des erzeugten Partikelflusses ein hohes Maß an Scherung und Kontakt zwischen
den einzelnen Partikeln des Süßwarenprodukts
erfolgt. Dies führt
zu schnelleren Beschichtungs- und Trocknungszeiten, da die Süßwaren gründlicher und
gleichmäßiger gemischt
und einheitlicher beschichtet werden, ohne die Süßwaren zu beschädigen oder eine
raue Oberfläche
zu hinterlassen.
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Die
tangentiale Luftinjektion in den zylindrischen Bereich erzeugt einen
zentrifugalen Druckgradienten, der bewirkt, dass der größte Teil
des Luftstroms durch den äußeren Bereich
des Bettes erfolgt, wo die Mehrzahl der Partikel vorhanden sind.
Dadurch wird die gewünschte Übertragung
zwischen Luft und Partikeln auf ein Maximum erhöht.
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Die
vorliegende Erfindung optimiert den Luftstrom und die Temperatur
im Hinblick auf eine höchstmögliche Verdampfungsrate.
Dies führt
zu einer Zykluszeit für
manche Süßwaren,
die 20–40%
der Zeit beträgt,
die mit herkömmlichen
Vorrichtungen und Verfahren erzielt wird, selbst bei relativ hohen
Taupunkten der Luftfeuchtigkeit ungefähr zwischen 4 und 12°C. Durch
die sorgfältige Überwachung
und Kontrolle der Temperatur des Produkts im Bett während des
Beschichtungszykluses kann im Schnitt eine heißere Luftversorgung verwendet
werden, wodurch die pro cfm entfernte Feuchtigkeitsmenge erhöht werden
kann.
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Folglich
ist es ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass der
tangential zum Bett zugeführte
entfeuchtete und erwärmte
Luftstrom eine maximale Verdampfungswirkung auf die Partikel im
Bett ausübt,
sodass sie schneller getrocknet werden können als mit anderen Vorrichtungen
und Verfahren nach dem Stand der bisher bekannten Technik.
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Beschichtung
und Trocknung erfolgen so viel schneller als mit bereits vorhandenen
Techniken, dass eine Beschichtungslösung mit geringem Feststoffgehalt
verwendet werden kann. Beschichtungen mit hohem Feststoffgehalt,
wie sie mit vorhandenen Techniken verwendet werden, werden im Regelfall
deshalb verwendet, damit nach der Beschichtung weniger Feuchtigkeit
aus der Beschichtung entfernt werden muss. Beschichtungen mit hohem
Feststoffgehalt müssen
jedoch auf höheren
Temperaturen erwärmt
gehalten werden. Aus diesem Grund ist es beim Gebrauch von Beschichtungen
mit niedrigerem Feststoffgehalt nicht mehr notwendig, die Beschichtung
heiß zu
halten, d.h. sie müssen
nicht mehr erhitzt werden, wodurch es wiederum nicht mehr notwendig
ist, die Rohrleitungen und Behälter
zur Zuführung
und Aufbewahrung der heißen
Beschichtung mit Wasser zu umhüllen.
Die Beseitigung heißer
Beschichtungen führt
auch zu erheblichen Energieeinsparungen, da weniger Hitze an die
Umgebungslust abgegeben wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematischer Aufriss des Flüssigkeitsstromsystems
für die
Beschichtungs- und Trocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine schematische Draufsicht des Beschichtungs- und Trocknungsbetts
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht des Beschichtungs- und Trocknungsbetts
gemäß einer ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine schematische Seitenansicht des Beschichtungs- und Trocknungsbetts
gemäß einer zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine schematische Draufsicht des Beschichtungs- und Trocknungsbetts
gemäß einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine schematische isometrische Ansicht einer Beschichtungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 ist
eine schematische Seitenansicht der Beschichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine schematische Draufsicht des Flüssigkeitsstroms innerhalb des
Misch- und Beschichtungsbetts gemäß der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine schematische Seitenansicht des Flüssigkeitsstroms innerhalb des
Beschichtungs- und Trocknungsbetts gemäß der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine schematische Draufsicht auf das Beschichtungs- und Trocknungsbett
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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11 ist
eine schematische Illustration der auf die Süßwaren ausgeübten Kräfte.
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12 ist
ein Querschnitt durch eine beschichtete Süßware.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Die 1-11 zeigen
bevorzugte Ausführungen
des Beschichtungs- und Trocknungssystems 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein zylindrisches Bett 4 umfasst eine zentrale
Längsachse 6,
eine Seitenwand oder äußere Bettwand 8,
einen Boden 12, der aus einer unregelmäßigen Fläche geformt und perforiert oder
nicht perforiert ist, und einen Mittelkonus 14. Der Mittelkonus
liefert eine im Wesentlichen zentrierte innere Bettwand. Der unregelmäßige Boden
besteht vorzugsweise aus einem Sieb.
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Das
Bett, die Seitenwand, der Konus und der unregelmäßige Boden können mit
einem Antihaftmaterial (z. B. Teflon) beschichtet werden, um eine
niedrige Reibung zu liefern, sodass die auftreffenden Süßwarenpartikel 1 nicht
beschädigt
werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sieb an der Unterseite
des Bettes um „market-grade" Drahtgewebe. Die
Maschengröße hängt von
der Größe der zu
beschichtenden Partikel 1 ab.
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Das
Bett kann ein kommerziell erhältlicher
Trennapparat sein (Sweco, Abteilung der Emerson Electric Co.), der
im Regelfall zur Trennung von Feststoffen von Flüssigkeiten oder zum Sortieren
von Trockenmaterialien in verschiedene Partikelgrößen verwendet
wird. Das Sieb wird vormontiert mit den runden Trennern geliefert
und ist in einer Reihe verschiedener Maschengrößen erhältlich.
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Das
Bett kann eine beliebige Tiefe haben, sodass es ein tiefes Produktbett
enthalten kann. Die Tiefe des Bettes liegt zwischen etwa 2,5 cm – 60 cm
und vorzugsweise zwischen etwa 5 cm – 30 cm, und stärker bevorzugt
zwischen 10 cm – 15
cm.
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Das
Bett, das mit einem Ansaugkrümmer 16 unter
dem Sieb 12 versehen sein kann, ist auf einem Motorrahmen 18 montiert.
Die Bett- und Motorrahmenbaugruppe wiederum sind auf einer Basis 20 montiert,
und zwar mit Federn 22, die an der Unterseite oder Seite
des Ansaugkrümmers
befestigt sind. Obwohl die Vorrichtung nicht in Beton oder einer
anderen strukturellen Fläche
befestigt werden muss, wird es bevorzugt, dass die Vorrichtung mit
einer oder mehreren mechanischen bzw. chemischen Verankerungen (nicht
dargestellt) in einem Betonfußboden 24 gesichert
wird.
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Ungefähr in der
Mitte des Motorrahmens 18 befindet sich eine Öffnung 26,
in der sich ein elektrischer Antriebsmotor 28 befindet.
Der Motor ist im Wesentlichen mittig mit der Mittelachse 6 ausgerichtet.
Der Motor ist mit Wellen 30 und 32 versehen, die
von oberhalb bzw. unterhalb des Motors zur Seite herausstehen. Eine erste
Agitationsgewichtbaugruppe 34 und eine zweite Agitationsgewichtbaugruppe 36 sind
an der Welle 30 bzw. 32 befestigt und für die vertikale und horizontale
Schwenkung des Bettes während
der Wellenrotation verantwortlich. Beide Gewichtsbaugruppen werden
auf zwei verschiedenen, im Wesentlichen parallelen horizontalen
Ebenen, die ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Unterseite des
Bettes verlaufen, in die gleiche Richtung gedreht.
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Die
erste Gewichtsbaugruppe 34 umfasst die Einstellstange 38 und
das horizontale Schwenkungsgewicht 40 und befindet sich
oberhalb des Motors, um Zentrifugalkräfte zu liefern, die eine Rundumbewegung um
das Bett auf der Ebene x und y in Gang setzen. Die zweite Gewichtsbaugruppe 36,
die Einstellstange 42 und das vertikale Schwenkungsgewicht 44 sorgen
für eine
spiralförmige
Mischbewegung in der Ebene z.
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Das
Gewicht jeder Baugruppe kann in verschiedene Positionen auf der
Einstellstange platziert werden, um eine Vielfalt verschiedener
Bettschwenkungen zu erreichen, um eine bestimmte erwünschte Fließbewegung
des Produktes im Bett zu erreichen. Das Gewicht 44 ist
auch geteilt, um einen einstellbaren Winkel sowie einen Winkel zwischen
den Einstellstangen der oberen und unteren Gewichtsbaugruppe zu
bilden, und der Führungswinkel
kann ebenfalls eingestellt werden. Beide Einstellungen bieten weitere
Feineinstellungen der Bettschwenkung. Durch die Änderung der Positionen und
Winkel der Gewichte werden die effektive Masse und das Schwerkraftzentrum
der jeweiligen Gewichtsbaugruppe und somit deren Antriebskraft auf
das Bett geändert,
wodurch schließlich
Größe und Grad
der Agitation sowie das Fließmuster
der Partikel im Bett geändert werden.
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Ein
Fachmann erkennt, dass das wichtige Merkmal des Verfahrens, das
hier besprochen wird, die durch den Bewegungsgenerator erzeugte
Bewegung und nicht die einzelnen Besonderheiten des Mechanismus
dieses Beispiels ist. Eine große
Auswahl anderer mechanischer Geräte
sind vorhanden oder könnten
ersonnen werden, die diese erforderliche Bewegung des Bettes erzeugen,
um die erwünschte
Produktbewegung und Mischung im Bett zu bewirken.
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Die Öffnungen
im Sieb und die Rauheit des Siebes unterstützen die Übertragung (d. h. Kupplung)
der horizontalen Siebrüttelung
auf das Produkt, das so in Bewegung gesetzt wird. Die Größe der Sieböffnungen sollte
vorzugsweise so gewählt
werden, dass sie etwas kleiner sind als die zu verarbeitenden Partikel.
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Ein
Fachmann würde
erkennen, dass im Fall eines reinen Mischens des Produkts eine unregelmäßige Bodenfläche anstatt
eines Siebes verwendet werden kann, um den erwünschten Partikelfluss zu erzeugen.
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Es
wurde beobachtet, das umfangreichere Fertigungslos-Größen durch
die Verwendung von Betten mit größerem Durchmesser
und stärkeren
Motoren, die größere exzentrische
Gewichte antreiben, beschichtet werden können. Der gleich bleibende
Faktor beim Erreichen der erwünschten
Partikelbewegung besteht in der Beschleunigung in die Richtungen
x, y und z und den zuvor beschriebenen Phasenwinkeln. Welche Größe der Motor
genau haben muss, wird durch eine Reihe zuvor beschriebener Faktoren
bestimmt. Weitere Faktoren umfassen u. a. die erwünschte Partikelbewegung,
die Partikelgröße, die
Partikeldichte, die Oberflächenreibungsmerkmale
der Partikel und die Maschinengröße sowie
die mechanischen Merkmale.
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Die
eingesetzte Frequenz hängt
von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Größe der Vorrichtung.
Im Regelfall gilt, je größer die
Einheit umso niedriger die Frequenz, um die erwünschte Bewegung zu erhalten.
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Eine
bevorzugte Bewegung zur Beschichtung und Trocknung des Produkts
wird durch die Rotation der Gewichtsbaugruppen mit einer Frequenz
von vorzugsweise zwischen etwa 5-100 Hz, stärker bevorzugt mit etwa 12–25 Hz und
am stärksten
bevorzugt mit etwa 15-20 Hz erreicht. Da sich die Merkmale des Produkts während der
verschiedenen Stadien des Prozesses (d. h. Beschichten, Mischen
und Trocknen) ändern,
kann während
eines bestimmten Stadiums auch eine Anpassung der Frequenz erforderlich
sein, damit die bevorzugte Bewegung beibehalten werden kann.
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Im
Regelfall reichen die maximalen Beschleunigungskräfte in den
Richtungen x, y und z von etwa +/– 20 bis etwa +/– 100 m/sek2, es sind jedoch alle Beschleunigungen akzeptabel,
die die angemessene Bewegung der Partikel für die Beschichtung liefern.
Die Beschleunigungen können
durch einen an der Außenseite der
Vorrichtung etwa 15 cm vertikal über
der Siebfläche
und etwa 45 cm horizontal von der Mittellinie des Siebes entfernt
angebrachten Beschleunigungsmesser gemessen werden. Die für die Vorrichtungen
gewählten maximalen
Beschleunigungen sind je nach der Größe der Vorrichtung und der
Betriebsbedingungen wie z. B. Luftstrom, Produktlast, Partikelgröße und Reibungseigenschaften
der Partikeloberfläche
unterschiedlich. Im Regelfall liegen die Beschleunigungen in der
Richtung x, y und z relativ nahe bei einander, z. B. +/– etwa 10%.
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In
einer bevorzugten Ausführung
zur Beschichtung linsenförmiger
Süßwaren ergeben
die folgenden Beschleunigungen und Phasenwinkel die bevorzugte Bewegung
des Bettes:
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Die
Frequenz der Vibration des Bettes kann zu jedem Zeitpunkt während des
Mischens, Beschichtens, Trocknens und Entladens oder einer Kombination
davon geändert
werden, damit sich die optimale Bewegung für einen bestimmten Punkt in
einem bestimmten Prozess ergibt. Es wird auch anerkannt, dass die
Gesetze der Mechanik es ermöglichen,
dass das vibrierende Bett um seinen Umfang herum balanciert oder
unbalanciert sein kann, so dass die Bewegung der Bettwand von elliptisch
zu kreisförmig
in den Richtungen x, y und z an verschiedenen Punkten um und durch
das Bett variieren kann. Das Nicht-Balancieren kann kontrolliert werden,
um ein weiteres erwünschtes
Mischen und Bewegen des Produkts zu bewirken.
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Es
wird auch anerkannt, dass Vibrationsbetten mit größerem Durchmesser
im Regelfall geringere Umlauffrequenzen erfordern, um die erwünschte Produktbewegung
zu erhalten.
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Während der
Vibration stoßen
die Wände 8 und
das Sieb 12 des Bettes auf die Partikel, wodurch die Partikel
aufeinander stoßen
und dadurch eine Zirkulation um das Bett erzeugen. Das Sieb unten
im Bett erzeugt ebenfalls sowohl ein Schwenkungsdrehmoment als auch
ein Rota tionsdrehmoment um die Achsen der einzelnen Produkte, was
die Strömungsbewegung
vom Boden des Bettes nach oben fördert.
Wie in 11 gezeigt, nehmen die auf die
Süßwarenpartikel
wirkenden Kräfte
ab, wenn sich die Partikel an der Seitenwand entlang nach oben und
Richtung Bettmitte bewegen. Durch die beiden gegenläufigen Strömungsbewegungen (um
und durch das Bett) werden die Süßwarenpartikel
während
der Vibration des Bettes gründlich
durcheinander gemischt.
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Die
kombinierten Strömungsbewegungen
auf den Ebenen x, y und z erzeugen die bevorzugte Bewegung und bilden
im Regelfall ein ringförmiges
Strömungsmuster
der Partikel im Bett. Die in 2 und 3 gezeigte
ringförmige
Bewegung zeigt eine Bewegung des Produkts um die Hauptachse des
Rings herum, eine Zirkulation um die Nebenachse und somit eine Wanderung
um und durch das Bett. Wie zuvor besprochen, wird auch eine zweite
willkürliche
Bewegungskomponente eingeleitet, die eine hohe Wanderungsrate nahe
beieinander befindlicher Partikel bewirkt, so dass sie sich im Laufe
der Zeit voneinander entfernen.
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Abhängig von
der Drehrichtung der Gewichtsbaugruppen ergibt sich eine Rotation
der Mehrheit der Süßwarenpartikel
im Bett in eine dominante Strömungsrichtung 43 auf
den Ebenen x und y. Die Bewegung erfolgt entweder im oder entgegen
dem Uhrzeigersinn, je nach der Drehrichtung der rotierenden Gewichtsbaugruppen.
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Vorzugsweise
wandern die einzelnen Partikel im Bett im Schnitt zwischen etwa
1–10 Mal
pro Minute und stärker
bevorzugt zwischen 3-10 Mal pro Minute um die Hauptachse und die
Nebenachse. Die höheren Werte
werden erzielt, wenn die Partikel trocken sind. Die eingeleitete
Bewegung bewirkt, dass die nahe der Oberseite des Betts befindlichen
Partikel in die dominante Strömungsrichtung
fließen
und sich mit spiralförmiger
Bewegung der Bettmitte nähern.
Wenn sich die Partikel dem Rand des Mittelkonus 14 nähern, beginnen sie,
sich in der der dominanten Strömungsrichtung
entgegengesetzten Richtung zu drehen, und werden dann in die negative
Richtung z nach unten gesogen. Nachdem sie in der Mitte des Bettes
nach unten gesogen wurden, wandern die Partikel hoch und vom Boden
des Betts weg in Richtung der äußeren Wand.
Der Mittelkonus soll verhindern, dass die Partikel genau in die
Mitte des Bet tes gelangen, ein Bereich mit wenig Mischströmung. Ein
Mittelkonus ist zwar bevorzugt, die im Wesentlichen zentrierte innere
Wand ist jedoch nicht auf eine Konusform beschränkt und kann jede Form haben,
z. B. eine zylindrische, die verhindert, dass die Partikel in die
Mitte des Bettes gelangen.
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Die
Größe der einzelnen
Süßwarenpartikel
bestimmt auch, wie schnell sich die Partikel im ringförmigen Mischprozess
bewegen. Genauer gesagt gilt, je kleiner die Partikel umso schneller
die Bewegung. Somit werden kleinere Partikel über einen bestimmten Zeitraum
gründlicher
gemischt.
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Der
Luftstrom zum Trocknen frisch beschichteter Partikel wird von einem
Luftstromsystem 46 geliefert und dem Bett an tangentialen
Luftzuführungseinlässen 17 zugeführt, die
sich vorzugsweise auf dem Ansaugkrümmer 16 unterhalb
des Bettes oder an der Basis der Wand 8 befinden. Die Einlässe sind
an beiden Seiten des Bettes angeordnet und ungefähr 180° voneinander entfernt. Der Luftstrom
tritt vorzugsweise von unterhalb des Siebbodens ein, und im Fall
dass der Luftstrom durch den Ansaugkrümmer zugeführt wird, in ein Wirbelmuster
um den Umfang des Bettes 4 zum Trocknen frisch beschichteter Partikel.
Der wirbelnde Luftstrom kann jedoch auch tangential von der Basis
der Bettwände
aus ausgerichtet sein.
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Das
Luftstromsystem 46 liefert Luft, die aufbereitet und mit
einer Reihe von Taupunkten, Temperaturen und Strömungsraten geliefert werden
kann. Das System ist vorzugsweise ein offenes Schleifensystem, das Luft
mit vorbestimmten Strömungsraten über die
tangentialen Lufteinlässe
durch das Bett befördert.
Das System umfasst ein Zentrifugengebläse 48, das durch einen
elektrischen Regelantrieb 50 angetrieben wird. Ein Lufteinlass 52,
der mit einem Filter 54 zur Ausfilterung von Staubpartikeln
und Ähnlichem
versehen ist, speist frische oder recycelte Luft in das Zentrum
des Gebläses
ein, das die Luft komprimiert und tangential mit einer einstellbaren,
kontrollierten Strömungsrate
ausstößt.
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Die
Strömungsrate
des Luftstromsystems wird durch einen dedizierten Einschleifenkontroller 55 kontrolliert,
der die Strömungsrateninformationen
von einem Strömungssensor 56 erhält, der
sich im Ansaugteil des Systems befindet. Je nach den vom Strömungssensor
eingehenden Informationen passt der Kontroller die Geschwindigkeit
des das Gebläse
antreibenden Regelantriebs an. Die Strömungsrate der vorliegenden
Erfindung ist von 0 CFM bis 400 CFM kontrollierbar, und liegt vorzugsweise
bei 180-350 CFM.
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Der
Luftstrom wird anfänglich
zu einem Diffuser-Element 58 geschickt, das die Luft in
einen breiten Pfad zum Eintritt in eine Feuchtigkeitskontrolleinheit 60 zerstreut.
Die Feuchtigkueitseinheit 60 entfeuchtet die mitgeführte Luft
und senkt auch die Temperatur des Luftstroms, da die Kompression
der Luft durch das Gebläse
einen leichten Temperaturanstieg bewirkt. Zusätzlich zur Feuchtigkeitskontrolleinheit
oder an deren Stelle können
auch ein Kühler
oder eine Klimaanlage verwendet werden.
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Die
Feuchtigkeitseinheit 60 ist vorzugsweise ein mehrrohriger
gekühlter
Wasserkühler,
der mit gekühltem
Wasser mit einer Temperatur von etwa 1–10°C und vorzugsweise zwischen
4–6°C versehen
ist. Wenn der Luftstrom über
die Rohre strömt,
kondensiert sich die Feuchtigkeit auf den Rohren und die Temperatur
der Luft wird gesenkt. Der Taupunkt des Luftstroms wird auf etwa
0–10°C und vorzugsweise
auf etwa 5°C
reduziert. Es wird bevorzugt, dass die Feuchtigkeitseinheit 60 eine
große
Anzahl von Rohrschlangen enthält,
um sicherzustellen, dass die Lufttemperatur sich nahe der Wasserkreistemperatur
einpendelt, d. h. der Taupunkt der Luft wird von der Wassertemperatur
bestimmt.
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Von
der Kühleinheit
wird der Luftstrom zu einem Heizapparat 62 geleitet, der
die Luft auf eine für
den Partikeltyp und die verwendete Beschichtung bevorzugte Temperatur
für den
Feuchtigkeitsentzug aus dem Beschichtungsbett 4 erwärmt. Eine
zweite Kontrolleinheit 63 kontrolliert die Temperatur des
Luftstroms, indem sie die der Luft vom Heizapparat 62 zugeführte Wärme kontrolliert.
Ein unmittelbar hinter dem Heizapparat befindlicher Temperatursensor 64 und
ein innerhalb des Bettes neben den Partikeln befindlicher Temperatursensor 66 versorgen
die Temperaturkontrolleinheit mit Informationen. Bei den Temperatursensoren
kann es sich um Infrarotsensoren oder andere einem Fachmann bekannte
Temperatursensoren handeln. Basierend auf der Temperatur an diesen
beiden Punkten wird die Temperatur des Luftstroms vorsichtig angepasst,
um die Kühlung
durch Verdampfung zu maximieren. Die Luftstromtemperaturen sind
von 5–60°C kontrollierbar.
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Vorzugweise
wird der Luftstrom auf eine Temperatur von etwa 21–50°C erhitzt,
sodass die Temperatur im Bett auf etwa 20–26°C gehalten wird, und zwar vorzugsweise
auf einer Temperatur von 21–25°C und noch stärker bevorzugt
auf einer Dauertemperatur von 22–24°C. Die vorliegende Erfindung
kann den Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von etwa 1–2°C/Sekunde
erhitzen. Um das beschichtete Produkt rasch zu trocknen, wird die
Temperatur des Bettes so hoch gehalten, wie es ohne eine Beschädigung der
Partikel möglich
ist, um die Feuchtigkeitsdifferenz zwischen dem Luftstrom und der
Beschichtungsoberfläche
so hoch wie möglich
zu halten und eine maximale Trocknungsrate zu erhalten. Diese Temperatur
liegt jedoch unter der Temperatur, bei der die Beschichtungsoberfläche oder
die Süßwaren selbst
beschädigt
werden könnten.
Wenn der Luftstrom erhitzt ist, verlässt er den Heizapparat und
tritt in ein Mischelement 68 ein, mit dem sichergestellt
wird, dass der Luftstrom eine gleichförmige Temperatur hat.
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Wie
ein Fachmann erkennen wird, kann die vorliegende Erfindung einen
breiten Bereich von Temperaturen und Taupunkten anwenden, um Partikel
im Bett wirksam zu erhitzen, kühlen
und trocknen.
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Nach
dem Verlassen des Heizapparats wird der Luftstrom in zwei Ströme geteilt – einer
davon ist der Ablassstrom 70 und der andere der Bettstrom 72.
Jeder umfasst ein Ventil 71 bzw. 73 zur Kontrolle
der Luftmenge, die jeder Strom erhält. Der Ablassstrom 70 wird
verwendet, um den Luftfluss (Bypass) vom Bett abzulassen, nachdem
die beschichteten Süßwaren getrocknet
sind oder wenn Beschichtungsmaterial aufgetragen wird. Der Luftstrom
wird abgelassen, indem Ventil 73 in dem Bettstrom 72 geschlossen
und Ventil 71 in dem Ablasstrom 70 geöffnet wird.
Der Bettstrom wird nochmals in zwei weitere Ströme 74 und 76 geteilt,
von denen jeder zu den tangentialen Lufteinlässen auf dem Ablasskrümmer 17 geleitet
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung
erfährt
der Luftstrom, wenn er durch das Sieb auf die Partikel im Bett 4 gelangt,
einen Druckabfall von etwa 1,27 cm (0,5 Zoll) Wassersäule (125
Pa). Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Druckabfall durch
das Partikelbett von der Größe der Partikel
abhängig
ist. Je kleiner die Partikel, umso höher der Druckabfall. Der Druckabfall
in der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus auch von der Vibration
des Bettes abhängig,
wobei ein vibrierendes Bett etwa 33% weniger Druckabfall bewirkt
als ein Bett mit stillstehenden Partikeln.
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Mit
Ausnahme des reduzierten Druckabfalls auf Grund der Vibration des
Bettes kann der Druckabfall durch das Produktbett mit herkömmlichen
Gleichungen für
den Luftstrom durch Partikelbetten modelliert werden.
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Eine
Schutzhaube 78, die zur Staubauffangvorrichtung (DCD) gehört, bedeckt
das Bett während
des Betriebs und führt
den durch das Bett geblasenen Luftstrom über ein Filterelement 80 in
die Umgebungsluft ab. Die gefilterte Luft kann zum Lufteinlass des
Systems gelenkt werden. Die Schutzhaube umfasst eine Feuchtigkeitssonde 82,
die im abgeführten
Luftstrom platziert und zur Kontrolle der Luftstromrichtung und
Beschichtungssysteme mit einem Kontroller 83 verbunden
ist.
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Es
wurde bestimmt, dass der Feuchtigkeitsspiegel der Luft, die durch
das Produkt passiert ist, im Wesentlichen dem Gleichgewicht der
relativen Feuchtigkeit des Produkts im Bett entspricht. Wenn die
Feuchtigkeit der Luft also einen vorbestimmten Wert erreicht, ist
das beschichtete Produkt trocken. Ein Fachmann wird erkennen, dass
alle Luft, die durch das Produktbett passiert, vorzugsweise von
der Schutzhaube aufgefangen wird, um den genauesten Feuchtigkeitswert
des Produkts zu erhalten und zu bestimmen, wenn der Trockenzyklus
beendet ist.
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Nachdem
die Ablassluft einen vorbestimmten Taupunkt erreicht hat, was bedeutet,
dass das Produkt trocken ist, umgeht der Trockenluftfluss das Bett
und es können
weitere Schichten des Beschichtungsmaterials aufgetragen oder die
Partikel aus dem Bett entladen werden. Je nach der jeweiligen Süßware ist
die Trocknung je nach der An der Beschichtung abgeschlossen, wenn
der Taupunkt der Luft etwa 10 bis 15°C erreicht hat.
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Ein
Beschichtungssystem 84 gibt Beschichtungsmaterial an das
Bett 4 ab und überwacht
und kontrolliert den Luftstrom zum Bett. Das System umfasst einen
oder mehrere Aufbewahrungsbehälter 86,
die über
die Pipeline 92 mit einer Pumpe 88 verbunden sind.
Die Pumpe 88 saugt Beschichtungsmaterial aus den Behältern, um
dieses von oben her mit zwei Düsen 90 und 92,
die sich auf gegenüberliegenden
Seiten des Bettes 4 befinden, auf die Partikel aufzutragen.
Elektrische und mechanische Ventile 94 kontrollieren, aus
welchem Behälter
das Material aufgetragen wird, wobei zum Auftragen des Materials
ein oder mehrere Behälter
gleichzeitig gewählt
werden können.
Der Materialfluss von den Behältern
wird von einem Dosiersystem 96 überwacht, das die genaue Menge
an Material bestimmt, die auf die essbaren Partikel gesprüht wird.
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Jede
Süßwarenbeschichtung
kann in der vorliegenden Erfindung aufgetragen werden, einschließlich Flüssig- und
Pulvermaterialien, Zuckersyrup und gewürzte Fette, darunter auch Kakaobutter
und Öle.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Prozessgeschwindigkeit durch
Beschichtungen mit niedrigeren Konzentrationen, d. h. mit höherem Feuchtigkeitsgehalt,
nicht erheblich verlangsamt. Es wurde bestimmt, dass für Beschichtungen
auf Zuckerbasis die bevorzugte Konzentration bei etwa 50 und 70
Brix liegt und stärker
bevorzugt bei 60 und 70 Brix. Es wurde festgestellt, dass die am
stärksten
bevorzugte Konzentration 65 Brix beträgt, wodurch die Trocknungsraten
maximiert werden, ohne Probleme mit der Zuckerkristallisierung,
die im Allgemeinen mit Sirups mit höherem Feststoffgehalt assoziiert
sind.
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Vor
dem Auftragen des Beschichtungsmaterials und kurz danach wird der
Luftstrom im Wesentlichen vom Bett weg gelenkt, indem er vollständig zum
Ablassstrom umgeleitet wird. Dies wird bevorzugt, damit nur eine
minimale Menge Beschichtungsmaterial in den Luftstrom gelangt und
möglichst
viel Beschichtungsmaterial auf die Süßwaren aufgetragen wird. Die
Umlenkung des Luftstroms vom Bett weg ist auch deshalb von Vorteil,
da dies der Flüssigkeit
Zeit gibt, sich gleichmäßig auf
die Partikel zu verteilen.
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Nach
dem Auftragen der Beschichtung wird die Beschichtungspumpe abgeschaltet
und die Ventile der Aufbewahrungsbehälter werden geschlossen, um
zu verhindern, dass weiteres Beschichtungsmaterial in das Bett gelangt.
Während
des Beschichtungsvorgangs wird das Bett andauernd gerüttelt, um
eine gleichförmige und
gleichmäßige Verteilung
des Beschichtungsmaterials auf alle Flächen des Produkts zu gewährleisten.
Alle Beschichtungspartikel, die nicht am Produkt anhaften, fallen
durch das Sieb und werden später
aufgefangen.
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Ein
Fachmann wird erkennen, dass der Luftstrom in der vorliegenden Erfindung
beim Durchlaufen des Bettes eine relativ niedrige Geschwindigkeit
hat, damit das Beschichtungsmaterial nicht im Luftstrom davongetragen
wird. Bei einer bevorzugten Ausführung
liegt diese Geschwindigkeit etwa bei 0,10–2 m/s, stärker bevorzugt bei 0,25–0,5 m/s
und am stärksten
bevorzugt bei etwa 0,35 m/s. Dieser bevorzugte Luftstrom kann je nachdem
zu verarbeitenden Produkt unterschiedlich sein.
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Dadurch,
dass der Luftstrom während
des Auftragens der Beschichtung und noch kurz danach (während die
Beschichtung auf die Flächen
der Partikel verteilt wird) vom Bett weggeleitet wird, stellt das
System sicher, dass das Beschichtungsmaterial nicht verschwendet
wird und im Filtersystem landet. Dadurch werden die Kosten niedrig
gehalten, da die Filter des Systems nicht so oft ausgewechselt werden
müssen
und das Beschichtungsmaterial maximal genutzt wird.
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Der
Prozess des Auftragens oder Variierens der Beschichtungen kann so
oft wiederholt werden wie erforderlich, um die gewünschte Schichtdicke
zu erhalten, wobei Süßwaren mindestens
eine oder mehrere Schichten erhalten.
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Nach
der Verteilung des Beschichtungsmaterials auf der Außenseite
der Partikel werden die Kontrollventile des Luftstroms so eingestellt,
dass der größte Teil
des Luftstroms auf das Bett gelenkt und der Trocknungsprozess begonnen
wird. Es wird bevorzugt, dass während
des Trocknungsbetriebs mindestens etwa 80–100% des Luftstroms, stärker bevorzugt
85–100% und
am stärksten
bevorzugt 90–95%
auf das Bett gerichtet sind. Die verlorene Luft bedeutet unerwünschte Lecks
im System.
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Der
Luftstrom wird, wie oben beschrieben, vorzugsweise tangential in
einer der dominanten Mischrichtung entgegengesetzten Richtung (siehe 8)
unter das Bett eingeführt,
um besseren Kontakt mit den Süßwaren zu
erhalten. Wie in 9 gezeigt, wird es bevorzugt,
wenn der Luftfluss in den Teil des Bettes mit der höchsten Süßwarenkonzentration
eintritt, um die Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Bett auf ein
Maximum zu erhöhen.
Vorzugsweise wird in den Ansaugkrümmerbereich ein geformtes Mittelstück 15 platziert,
um die Lenkung des Luftstroms zu den Bereichen des Bettes mit der
höchsten
Partikelkonzentration zu lenken sowie um den Luftstrom durch Designs,
die die Zentrifugalwirkung unterstützen, auf die Außenwand
hin zu lenken. Die Richtung des Luftstroms um (A) und durch das
Bett (B) ist in 8 bzw. 9 dargestellt.
Ein Fachmann wird erkennen, dass es zur Verarbeitung kleiner Partikel
wünschenswert
sein kann, die Luft in der gleichen Richtung wie die dominante Mischrichtung
einzuführen,
um die Bewegung um das Bett zu fördern
und die nachfolgende Entladung des Produkts aus dem Bett am Ende
des Zyklus zu unterstützen.
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Für ellipsenförmige beschichtete
Produkte erzeugt die vorliegende Erfindung eine Dicke der getrockneten
Beschichtung, die am Umfang der Hauptachse im Wesentlichen der Dicke
am Gipfel der Nebenachse entspricht. Insbesondere wird es bevorzugt,
wie in 12 gezeigt, dass das Verhältnis der
Dicke zwischen der Hauptachse 87 und der Nebenachse 89 einer
nach einer ersten Beschichtung 93 auf einem Partikelzentrum
aufgetragenen zweiten Beschichtung 91 etwa zwischen 0,9:1–1,1:1 und
am stärksten
bevorzugt etwa 1:1 beträgt.
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Nachdem
die Süßwaren beschichtet
und vollkommen getrocknet sind, wird der Luftstrom entweder abgeschaltet
oder vom Vibrationsbett weggeleitet, sodass eine weitere Beschichtung
aufgetragen oder das fertige Produkt aus dem Bett entladen werden
kann. Um das fertige Produkt aus dem Bett zu entladen, wurde für die vorliegende
Erfindung ein neuartiger Entlademechanismus 98 mit einem
Entladeschacht 100 konstruiert und ist wie folgt beschrieben.
Entlang der äußeren Wand 8 des
Bettes befindet sich eine Öffnung 101 ausreichender
Größe, um einen
Süßwarenstrom
in kurzer Zeit in der dominanten Fließrichtung zu entladen. Während der
Beschichtungs- und Trocknungsvorgänge ist die Öffnung durch
eine tangentiale Abdeckung 102 verschlossen, die sich entlang
der Innenseite 7 der Bettwand 8 befindet. Ein
Ende 104 der tangentialen Abdeckung ist fest an der Innenseite 7 auf
einer Seite der Öffnung
angebracht und das andere Ende der tangentialen Abdeckung 106 ist
beweglich. Das bewegliche Ende 106 ist an einem Magnetventil 108 angebracht,
welches nach Aktivierung das bewegliche Ende 106 von der
Innenseite 7 der Bettwand 8 in Richtung Bettmitte
bewegt. Dies ist in 10 der vorliegenden Erfindung
dargestellt.
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Der
zwischen der tangentialen Abdeckung 102 und der Innenseite 7 der äußeren Wand 8 entstandene Abstand
schafft einen Trichterteil 110 mit einem Einlass 112 zur
Aufnahme der sich in der dominanten Fließrichtung bewegenden Süßwarenpartikel.
In 10 ist dies als die Richtung im Uhrzeigersinn
dargestellt. Dieser neu geschaffene Trichterteil 110 ermöglicht ein
rasches Entladen der Süßwaren aus
dem Vibrationsbett 4, ohne den Vibrationsmechanismus anhalten
zu müssen
und ohne Eingreifen des Bedieners.
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Der
Entlademechanismus 98 kann auch als Eingang zur Platzierung
von unbeschichteten Süßwaren in
das Bett verwendet werden. Durch Umkehrung der dominanten Fließrichtung
(Umkehrung der Rotation der Gewichtsbaugruppen) kann eine vorbestimmte
Süßwarenmenge über den
Auslass dem Bett hinzugefügt
werden. Wenn die Süßwaren in
das Bett eintreten, rotieren die Partikel in einer der Trichterrichtung
entgegengesetzten Richtung (der dominanten Fließrichtung entgegengesetzt),
sodass die Süßwaren von
der Öffnung
weg in das Bett gelenkt werden. Wenn die vorbestimmte Süßwarenmenge
eingeführt
wurde, kehrt die tangentiale Abdeckung wieder in die Position nahe
der Außenwand
zurück.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Rotation der Gewichtsbaugruppen wieder
umgekehrt, damit die Süßwaren zur
Beschichtung und Trocknung wieder in die dominante Fließrichtung
fließen
können.
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Der
oben angeführte
Prozess zur Erhitzung, Kühlung,
Beschichtung und/oder Trocknung von Süßwarenpartikeln lässt sich
am Besten durch die folgenden Beispiele illustrieren und zusammenfassen.
Die für
alle Beispiele verwendete Vorrichtung umfasst Folgendes: Bett durchmesser
76 cm, Sweco, Inc. Florence, KY 41022-1509, Modell LS30 Agitator,
angetrieben von einem Motor mit ½ PS, 1150 U/min (19,2 Hz
Rotationsfrequenz)@ 60 Hz elektrische Versorgungsfrequenz. Der unteren
Gewichtsbaugruppe wurde zusätzliches
Gewicht in Höhe
von etwa 50% über
der maximalen Standardgewichtseinstellung gegeben, um die erwünschte vertikale
Mischbewegung des Betts zu erzielen.
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Beispiel 1
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Produkt: M&M Schokoladenpastillen.
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30
kg an unbeschichtetem Produkt wurden im Beschichtungsbett platziert.
Die Dichte der einzelnen Partikel betrug 1,28 g/cm3.
Die unbeschichteten M&M
Schokoladenkerne waren wie Ellipsen geformt und maßen 13 +/– 0,5 mm
im Durchmesser und 6,2 +/– 0,5
mm im Umfang. Die Beschichtung wurde im folgenden Verfahren mit
mehr als 50 einzelnen Sirupschichten auf die Partikel aufgetragen.
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Die
Partikel wurden auf eine gleichförmige
Anfangstemperatur von etwa 23°C
gebracht, indem Luft mit kontrollierter Temperatur und Feuchtigkeit
durch die zur Vibration gebrachten Partikel geführt wurde.
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Als
der Sollwert der Produkttemperatur erreicht war, wurde der größte Teil
der Luft vom Bett weggeleitet. Ein kleiner Prozentsatz des Luftvolumens
von etwa 5 % durfte weiterhin durch das Bett gehen, um die Instrumentenfunktion
aufrechtzuhalten und Kontrolle über
bestimmte Variable zu bewahren, z. B. Temperatur und Feuchtigkeit
des Luftstroms.
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Eine
Zuckersirupschicht mit einem Volumen von etwa 200 g wurde den Partikeln über einen
Zeitraum von etwa 20 Sekunden hinzugefügt.
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Die
Süßigkeiten
wurden (ungefähr)
weitere 20 Sekunden lang gemischt, um den Sirup gleichmäßig zu verteilen,
bevor der Trockenluftstrom eingeleitet wurde.
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Dann
wurde dem Produkt Trockenluft zugeführt.
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Die
Temperatur der Trockenluft wurde moduliert, um das Bett auf einer
bevorzugten Temperatur von etwa 23°C zu halten. Bei der ersten
Einführung
der Luft in das Bett wurde die Lufttemperatur auf fast 60°C erhöht, um den
Sollwert der Betttemperatur von 23°C beizubehalten. Dies war das
Ergebnis des Kühleffekts der
rasch verdampfenden Feuchtigkeit. Die Temperatur des Luftstroms
in das Bett nahm während
des späteren
Teils des Trocknens wegen der wesentlich geringeren Feuchtigkeitsverdampfungsrate
(d. h. der geringeren verdampfenden Kühlwirkung) auf fast 23°C ab, als
die Partikel fast vollständig
trocken waren.
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Als
der Taupunkt der aus dem Bett austretenden Luft den Sollwert für diese
bestimmte Sirupbeschichtung erreicht hatte, d. h. bei etwa 10–15°C lag, wurde
der Prozess wiederholt, indem auf Schritt 2 zurückgegriffen
wurde, bis die erforderliche Anzahl an Sirupschichten aufgetragen
war.
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Beispiel 2
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Produkt:
Mit Kakaobutterfett beschichtete M&M Mini Schokoladenpastillen. Ungefähr fünf Prozent
Kakaobutter wurden mit ungefähr
10 Kakaobutterschichten unter Anwendung des folgenden Prozesses
aufgetragen.
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20
kg Partikel wurden auf eine gleichförmige Anfangstemperatur von
etwa 18°C
gebracht, indem Luft mit kontrollierter Temperatur und einem Taupunkt
von 4°C
durch die agitierten Partikel geführt wurde. Die Vibrationseinstellungen
waren im Wesentlichen ähnlich
wie im oben beschriebenen Ablauf bei der Beschichtung mit einer
Zuckermasse. Die Luftvolumina waren ebenfalls im Wesentlichen ähnlich wie
bei der Zuckerbeschichtung.
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Als
die Solltemperatur des Produkts erreicht war, wurde der größte Teil
der Luft vom Bett weggeleitet.
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Eine
Kakaobutterschicht mit einer Temperatur von etwa 40°C und einer
Masse von etwa 100 g wurde über
einen Zeitraum von 20 Sekunden den Pastillen hinzugefügt.
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Nach
der Hinzufügung
der Kakaobutter wurden die Pastillen etwa 20 Sekunden lang gemischt,
um die Kakaobutter gleichmäßig auf
die Pastillen zu verteilen.
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Kühlluft wurde
zum Produkt geführt.
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Die
Temperatur der Kühlluft
wurde so festgelegt, dass das Bett die bevorzugte Temperatur von
18°C aufwies.
Als die Luft zum ersten Mal in das Bett eingeführt wurde, betrug die Lufttemperatur
nahe 6°C,
um zu verhindern, dass sich das Bett auf Grund des Heizeffekts der
rasch kristallisierenden Kakaobutter über den Sollwert von 18°C hinaus
erwärmte.
Die Lufttemperatur wurde im späteren
Teil der Kühlung
wegen der wesentlich geringeren Rate der Hitzeentwicklung durch
Fettkristallisierung auf fast 18°C
erhöht.
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Als
die aus dem Bett austretende Temperatur den Sollwert für die jeweilige
Schicht erreicht hatte und/oder die vorgegebene Kristallisierungszeit
erreicht war, wurde das Verfahren wiederholt, indem auf Schritt 2 zurückgegangen
wurde und die erforderliche Anzahl an Schichten aufgetragen wurden.
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Beispiel 3
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Produkt: Skittles Kaubonbons
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Zuerst
wurde ein essbares Haftmittel aufgetragen, gefolgt von einem essbaren
Pulver, das am Haftmittel anhaftet. Die Komponenten waren so zusammengesetzt,
dass keine Luft zum Erhitzen, Kühlen
oder Trocknen des Produkts erforderlich war.
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20
kg an Partikeln wurden in das vibrierende Bett geladen. Die Vibrationseinstellungen
waren ähnlich wie
bei der zuvor in Beispiel 1 beschriebenen Beschichtung mit einer
Zuckermasse. Den Skittles wurde 100 g Haftmittelmaterial bei einer
Temperatur von etwa 50°C über einen
Zeitraum von etwa 60 Sekunden hinzugegeben. Die Zusammensetzung
des essbaren Haftmittels betrug etwa ≈25% essbare Dextrinstärken, ≈38% Sukrose
und 37% Wasser. Die Bonbons wurde weitere 60 Sekunden vermischt,
um das Haftmittel gleichmäßig auf
alle Bonbonpartikel zu verteilen.
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Ungefähr 1 kg
einer im Wesentlichen gleichwertigen Mischung von 180 Mikron körniger Sukrose
und 300 Mikron Zitronensäure
wurde den Bonbons über
einen Zeitraum von etwa 90 Sekunden hinzugegeben.
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Die
Bonbons wurden sofort aus dem Bett entladen und es dauerte etwa
60 Sekunden, um das Bett zu entleeren.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die oben beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen
und Beispiele folgenden Anwendungen haben könnten: (i) Gebrauch von Schokoladenbeschichtungen
oder anderer Mischungen zur Beschichtung von Partikeln einschließlich Haftmittel
und Pulver und essbare und nicht essbare Beschichtungen; und (ü) die Erhitzung,
Kühlung,
Trocknung, Beschichtung oder eine Kombination davon eines beliebigen
essbaren und nicht essbaren Materials.
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Einem
Fachmann würden
sich nach einer gründlichen
Studie dieses Antrags weitere Variationen und Modifikationen dieser
Erfindung eröffnen.
Diese Erfindung ist nicht beschränkt,
außer
wie in den folgenden Ansprüchen
dargelegt.
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Zusammenfassung
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Vorrichtung
zum Erhitzen und/oder Kühlen
eines Vielzahl von Partikeln (1), mit einem im wesentlichen kreisförmigen Bett
zum Aufnehmen der Partikel (1), wobei das Bett eine im
wesentlichen zentrierte, ringförmige innere
Bettwand (14), eine äußere Bettwand
(8) und einen unregelmäßigen Boden
aufweist. Die Vorrichtung umfaßt
ferner einen Antriebsmechanismus (28, 30, 32),
der drehbar an dem Bett befestigt ist, wobei eine Drehung des Antriebsmechanismus
mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit eine horizontale und
vertikale Verlagerung des Betts erzeugt, die zu einer Partikelströmung in
den Richtungen X, Y und Z führt.
Die Partikelströmung
in den ebenen X und Y ist für
eine Mehrzahl der Partikel eine Dominante Richtung. Die Vorrichtung umfaßt ferner
eine Luftanlage, die einen erwärmten
und/oder gekühlten
Luftstrom tangential in das Bett in einer entgegengesetzten Richtung
zu der Dominanten Richtung erzeugt.