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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen (Injizieren)
einer Flüssigkeit
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 845 215 B1 ist
eine Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel, insbesondere
zum Pökeln
von Fleisch, Geflügel
oder Fisch, bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Gruppe von Hohlnadeln
auf, die in bestimmte Bereiche des Lebensmittels periodisch (auch
mit „taktweise" bezeichnet) eingestochen
werden, Flüssigkeit
einspritzen und wieder herausgezogen werden. Da dieser Pökelinjektor
nur einen Flüssigkeitskreislauf
hat, kann mit ihm jeweils nur eine Flüssigkeit gleichzeitig injiziert
werden. Soll eine andere Flüssigkeit
eingesetzt werden, muss die Produktion angehalten und die bisherige
Flüssigkeit
entfernt werden. Nach einem Reinigungsschritt wird das Gerät mit der
neuen Flüssigkeit
befüllt.
Dies kostet Zeit. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der
US 5,449,524 ist
ein Spezialpökelinjektor
für Hühnchen bekannt,
der zwei hintereinander angeordnete, aber auf bestimmte Bereiche
der Hühnchen
beschränkte
Nadelbalken und zwei Flüssigkeitskreisläufen aufweist.
Es sind zwei Pumpen zum Fördern
unterschiedlicher Flüssigkeiten
vorgesehen, wobei eine Flüssigkeit
in die Karkasse und die andere Flüssigkeit in die Schenkel injiziert
wird. Für die
trockene Brust kann so eine andere Marinade als für die saftigeren
Drumsticks eingesetzt werden. Nachteilig an diesem Gerät ist, dass
es ausschließlich
für Hühnchen bestimmter
Größe geeignet
ist und dass die Produktivität
durch die lückenhaften
Nadelbalken relativ beschränkt
ist.
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Ausgehend
von der
EP 845 215 B1 ist
es Aufgabe der Erfindung, eine solche universelle Vorrichtung dahingehend
zu verbessern, dass sie schneller und variabler produzieren kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstände
von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß sind mindestens
zwei Pumpen unterschiedlicher Gattung vorgesehen, die bevorzugt
mit dem gleichen Nadelbalken zusammenwirken. Eine der Pumpen kann
ein Schnellläufer,
wie eine Kreiselpumpe oder eine Drehkolbenpumpe sein, wie sie in
Pökelgeräten weit
verbreitetet und bewährt sind.
Diese schnelllaufenden Pumpen eignen sich besonders für wässrige,
nicht zu viskose Laken und Marinaden. Die zweite Pumpe kann ein
Langsamläufer
sein, also eine volumetrisch arbeitende Pumpe, insbesondere eine
Kolbenpumpe, die dickflüssigeren Marinaden
besser angepasst ist. Da die Vielfalt der zu behandelnden Lebensmittel
immer größer wird und
auch die Auswahl der zu injizierenden Fluide ständig wächst, wurde mit der Erfindung
ein ausgesprochen vielseitig einsetzbares Gerät geschaffen, mit dem sehr
schnell auf unterschiedliche Medien umgeschaltet werden kann. Diese
Vorrichtung kann mit dem Schnellläufer relativ leichtfließende, wässrige Laken
ebenso gut fördern
wie mit dem Langsamläufer
dickflüssige,
höher viskose
Marinaden, auch wenn diese emulsionsartige oder quellende Inhaltsstoffe
aufweisen. Auch inhomogene Fluide können damit sicher zu den Nadeln
gefördert
werden. Ein Umschalten von einem Fluid auf ein zweites kann sehr
schnell geschehen, so dass Stillstandspausen praktisch entfallen.
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Die
erste Pumpe wird in der Regel druckgesteuert, das heißt, es wird
ein gewünschter
Druck voreingestellt, der dann an den Ventilen in den Zuleitungen
zu den Nadeln anliegt. Die zweite Pumpe arbeitet erfindungsgemäß volumetrisch,
das heißt,
es wird exakt das voreingestellte Volumen an Flüssigkeit gefördert und
eingespritzt, unabhängig
vom Gegendruck oder von Flusswiderständen in den Nadeln. Bei unvorhergesehenen
Widerständen
steigt zwar der Druck, die Pumpe schiebt aber die vorausgeplante
Menge Flüssigkeit
unabhängig
von den äußeren Umständen in
das zu behandelnde Gut. Das Gleiche gilt für Lebensmittelpartien, die
weniger Widerstand aufweisen als normalerweise bei einer solchen
Charge zu erwarten war: Fließt
bei der Regelung der ersten Pumpe – also bei fest voreingestelltem
Druck und voreingestellter Zeit – mehr Flüssig keit ein als vorgesehen,
so wird mit der volumetrischen Regelung der zweiten Pumpe auch in „weiches" Gut nur das gewünschte Volumen
eingespritzt.
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Verwendbar
sind als zweite Pumpe im Prinzip alle Pumpen, die eine voreinstellbare
Menge liefern können.
Bevorzugt sind Kolbenpumpen, die kein konstantes Fördervolumen
haben. Es wird dann also keine klassische Kolbenpumpe mit Kurbelwelle
eingesetzt, die bei einer Umdrehung eine bestimmte Menge – den Hubraum – fördert, sondern
eine Kolbenpumpe, deren Verdrängungsvolumen
bei jedem Hub unterschiedlich einstellbar ist. Diese Anforderung
wird von einer kurbelwellenlosen Pumpe erfüllt, die über einen Antrieb beliebige
Strecken verfahrbar ist.
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Zum
Ansaugen frischer Flüssigkeit
wird der Kolben in Gegenrichtung verfahren, wobei Ventile das Zurücksaugen
geförderter
Flüssigkeit
in an sich bekannter Weise verhindern. Das Ansaugen kann auch während des
Transportvorschubes des Bandes erfolgen, da die Transportzeit und
die Injektionszeit in der gleichen Größenordnung liegen.
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Bevorzugt
wird als zweite Pumpe eine hydraulisch angetriebene Pumpe eingesetzt,
deren Arbeitskolben bei jedem Takt eine vorbestimmte Wegstrecke
vorwärts
oder rückwärts bewegt
wird und damit eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit ansaugt oder fördert. Die
Hydraulik verschiebt den Kolben der Förderpumpe für die Flüssigkeit je nach Wunsch um eine
vorgegebene Strecke hin und her und bewirkt so ein definiertes Ansaugen
und Abgeben (Einspritzen) der Flüssigkeit.
Frei programmierbare Kolbenpumpen können die erfindungsgemäße Forderung
der volumetrischen Dosierung besonders gut erfüllen.
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In
einer Ausführung
der Erfindung wird als zweite Pumpe eine Doppelkolbenpumpe eingesetzt. Bei
Doppelkolbenpumpen kann ein Kolben bei der Abwärtsbewegung der Nadeln und
der andere Kolben bei der Aufwärtsbewegung
der Nadeln Flüssigkeit
fördern.
Somit kann die Leistung der Maschine bei hohen Einspritzmengen verdoppelt
werden. Genauer beschrieben ist eine Doppelkolbenpumpe in der Patentanmeldung
der Günther
Maschinenbau GmbH vom gleichen Datum (internes Aktenzeichen G 0401),
deren Inhalt hier als mitoffenbart gilt.
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Günstig ist
die Verknüpfung
oder Korrelation der Bewegungen des Nadelbalkens mit denen der zweiten
Förderpumpe.
So kann beim Eintauchen der Nadeln oder beim He rausziehen oder bei
beiden Bewegungen Flüssigkeit
eingespritzt werden. Genauso kann beim Herausziehen der Nadeln neu
angesaugt werden. Eine Bewegung im Gleichtakt ist besonders günstig. Das
Einsaugen der Flüssigkeit
beim Hochgehen der Nadeln und das Ausspritzen der Flüssigkeit
beim Einstechen in das Lebensmittel laufen dann synchronisiert und
erlauben eine eindeutige Dosierung pro Takt.
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Der
Antrieb der zweiten Pumpe kann auf beliebige Weise, zum Beispiel
mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, erfolgen.
Zum Einspritzen einer kleinen Menge kann eine mechanische Kolbenpumpe
mit Kurbelwelle vom Antrieb hin- und herbewegt werden, ohne eine
volle Umdrehung zurück
zulegen. Möglich
ist die Verwendung klassischer Elektromotoren (auch Servomotoren),
deren Rotationsbewegung von einem Getriebe in eine Linearbewegung
umgewandelt wird. Möglich
ist auch der Einsatz von Linearmotoren oder von Servo-Linearmotoren
(elektrisch angetriebne Motor-Getriebe-Kombinationen, bei denen eine Spindel
oder eine Zahnstange programmiert auf- und abbewegt wird). Aufgrund
der hohen Kräfte
sind solche Motoren aber eher für
kleinere Pumpen geeignet.
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Zur
Realisierung einer exakten Dosierung eignet sich die Verwendung
einer hydraulisch angetriebenen kurbelwellenlosen Pumpe besonders.
Hydraulisch angetrieben heißt,
dass der Arbeitskolben direkt oder indirekt – zum Beispiel mittels einer
Kolbenstange und einem weiteren Kolben, dem Antriebskolben – von einer
Flüssigkeit
bewegt wird. Statt des fest vorgegebenen Volumens, das eine mechanisch über einen
Kurbeltrieb angetriebene Pumpe fördert,
wird von einer hydraulisch hin- und her bewegten Pumpe bei jedem
Takt exakt die vorgegebene Menge gefördert. Große und kleine Mengen können sich
abwechseln, Kurz- oder Nullhübe
können
für kleine
Mengen oder Pausen bei der Injizierung sorgen. Die Hydraulik liefert
die vorgesehenen Mengen ohne Fehler.
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Als
Hydraulikflüssigkeiten
können
alle bekannten Medien wie natürliche
oder synthetische Öle oder
Flüssigkeiten
auf Wasserbasis mit oder ohne Zusätzen verwendet werden. Bevorzugt
wird Wasser eingesetzt. Wasser ist billig, lebensmittelrechtlich
unbedenklich, daher zugelassen, und steht überall zur Verfügung.
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Die
Menge der von der zweiten Pumpe geförderten Flüssigkeit ist also durch den
Verfahrweg der Förderpumpe
erfassbar. Die Huberfassung gibt ein exaktes Maß für die Menge der eingespritzten Flüssigkeit
und kann zur Regelung der nächsten Hübe oder
Takte herangezogen werden.
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Weitere
Merkmale, Ausführungen
und Vorteile der Erfindung werden anhand von vier Figuren näher erläutert, die
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Pökelinjektors
zeigen.
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1 Zeigt
einen Pökelinjektor
von links,
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2 von
rechts,
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3 von
vorne und
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4 im
Draufblick.
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Der
Pökelinjektor
hat ein Gehäuse,
durch welches ein Förderband
F für das
zu behandelnde Produkt, zum Beispiel zu pökelndes Fleisch, läuft. Das
Förderband
F wird von einem Motor angetrieben. Oberhalb des Förderbandes
F befindet sich im Gehäuse
ein Nadelbalken mit einer Vielzahl von (Hohl-) Nadeln. Der Nadelbalken
ist an Führungsstangen
geführt
und wird von einem Schubkurbeltrieb auf und ab bewegt, der an der
Hauptwelle eines Getriebes sitzt, welches von einem Motor angetrieben
wird. Die intermittierende Bewegung des Förderbandes F und die periodische
Bewegung der Hohlnadeln wird von einer elektrischen Steuerung nach
voreingestellten Programmen aufeinander abgestimmt geregelt.
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Zur
Förderung
zweier unterschiedlicher einzuspritzender Flüssigkeiten beliebiger Viskositäten (bevorzugt
Pökellaken,
Pökelemulsionen,
Fleischemulsionen, die auch Feststoffe, wie Fleischanteile, enthalten
können)
ist ein Fluidkreislauf vorgesehen, der erfindungsgemäß zwei Pumpen,
nämlich
eine Kreiselpumpe KR (zu sehen in 2) mit dem
darüber
zylindrisch gezeichneten Vorfiltersystem und eine Kolbenpumpe KP
(zu sehen in 1) aufweist. Die Pumpe KP befindet
sich an der linken Seite des Geräts,
die Pumpe KR an der rechten Seite, jeweils unterhalb des Förderbandes
F. Nicht eingezeichnet sind die zwei Vorratsbehälter für die beiden Flüssigkeiten, die
jeweiligen Antriebe, die Rohr- und Schlauchsysteme, die Verteiler
im Nadelbalken und der Lake rücklauf.
Beide Pumpen KR, KP bedienen hier die Nadelträger am gemeinsamen Nadelbalken.
Selbstverständlich
werden für
unterschiedlich viskose (oder gar stückige) Fluide Nadeln unterschiedlicher
Stärke eingesetzt.
Leicht flüssige
Medien können
durch dünne
Nadeln gefördert
werden; viskose Medien erfordern dickere.
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Die
Funktion ist wie folgend: Auf das Förderband F werden die zu injizierenden
Produkte (zum Beispiel Fleischstücke)
aufgegeben, die mit einer ersten Lake gepökelt werden sollen. Die erste
Pumpe KR wird eingeschaltet und fördert die erste Lake zu den
Nadeln. Das Förderband
F bewegt sich intermittierend von vorne nach hinten, so dass die
Produkte in den Bereich kommen, in dem sich die Nadeln befinden.
Bei Auf- und Abbewegung des Nadelbalkens stechen die Nadeln in die
Produkte und geben gesteuert die erste Lake in die Produkte ab.
Wenn die Nadeln wieder herausgezogen sind, wird das Förderband
F ein Stück
weiter bewegt und die Nadeln können
an einer beliebig definierten Stelle der Produktstücke wieder
einstechen und erste Lake abgeben. Soll nun die zweite Lake in andere
oder weitere Produkte injiziert werden, so wird der Fluidkreislauf
auf die zweite Lake umgeschaltet. Die zweite Pumpe KP fördert dann
zu vorbestimmten Zeiten vorbestimmte Mengen der zweiten Lake über die
Nadelhalter oder -träger
in die Nadeln und in die Produkte.
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Die
Erfindung kann besonders gut mit der variablen Bewegungssteuerung
der Nadeln der
EP 845 215
B1 kombiniert werden, deren Lehren, Steuerungen und Verfahrweisen
hier vollumfänglich
als mitoffenbart und zu dieser Erfindung gehörend gelten sollen.