-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von Lebensmittelmaterial, insbesondere zum Schneiden von Früchten, wobei die Schneidvorrichtung umfasst:
- a) Schneidmittel zum Schneiden des Lebensmittelmaterials;
- b) eine Führungseinrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen den Schneidmitteln und dem Lebensmittelmaterial, so dass das Lebensmittelmaterial entlang einer Schneidbahn geschnitten wird;
- c) eine Steuereinrichtung zum Steuern der Führungsmittel vorgesehen ist, welche ihrerseits umfasst:
ca) Mittel zur Aufnahme eines Bildes des Lebensmittelmaterials;
cb) eine Datenverarbeitungseinrichtung, durch welche anhand eines oder mehrerer Bilder des Lebensmittelmaterials die Lage und Erstreckung zumindest eines Bereichs des Lebensmittelmaterials ermittelbar ist und welche unter Berücksichtigung dieser Lage und Erstreckung einen Steuersignalsatz für eine Kontur-Schneidbahn berechnet und an die Führungseinrichtung übermittelt, so dass das Lebensmittelmaterial entlang dieser Kontur-Schneidbahn geschnitten wird.
-
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schneiden von Lebensmittelmaterial gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
-
Grundsätzlich sind Vorrichtungen und Verfahren zum Schneiden von Schneidgütern bekannt. So ist in der
EP 0 897 992 A erläutert, wie so genannte Schnittneste für das Ausschneiden von Lederzuschnitten erstellt werden können. Damit kann ebenes Schneidgut nach einer Sollvorgabe geschnitten werden, eine individuelle Schnittanpassung während des Schneidvorgangs auch durch eine Veränderung der Lage des Schneidguts ist dort nicht möglich.
-
Schneidvorrichtungen werden in verschiedenen Bereichen der Lebensmittelverarbeitung zum Zerschneiden von insbesondere Früchten, aber auch von Fleisch, eingesetzt und sind beispielsweise aus der
DE 42 28 068 A1 und der
DE 199 81 456 B4 bekannt. In der
DE 101 60 275 A1 ist darüber hinaus beschrieben, dass Lebensmittelmaterialien auch mit Hilfe eines Hochdruckstrahls in Form eines tiefkalt verflüssigten Gases geschnitten werden können.
-
Besonders bei Früchten besteht häufig der Wunsch, aus einer Fruchtfleisch-Scheibe oder aus einer ganzen Frucht ein Fruchtstück in einer vorgegebenen Form herauszuschneiden. Als Form kommt beispielsweise eine geometrische Figur wie ein Stern oder dergleichen in Betracht. Aber auch kompliziertere Formen, wie die Außenkontur eines Tieres, um Früchte für Kinder attraktiver zu gestalten, können gewünscht sein.
-
Auch kann es das Ziel eines Schneidvorganges sein, eine Fruchtfleisch-Scheibe in mehrere möglichst annähernd gleich große Fruchtstücke zu zerschneiden. Dabei kann z. B. der Durchmesser einer Öffnung eines Verpackungsbehälters, wie beispielsweise eines Glases oder einer Konservendose, durch welche die Fruchtstücke passen müssen, die maximale Größe der herauszuschneidenden Fruchtstücke vorgeben.
-
Bei derartigen Schneidvorgängen soll der Verschnitt des Schneidguts, also nicht oder nur eingeschränkt weiter verwendbares Material, so gering wie möglich gehalten werden.
-
Bei Vorrichtungen zum Schneiden von Schneidgut der eingangs genannten Art sind als Schneidmittel in der Regel eine oder mehrere Schneidklingen vorgesehen. Insbesondere bei Früchten einer Sorte mit unregelmäßiger Außenkontur, bei denen auch einzelne Scheiben eine jeweils unterschiedliche und unregelmäßige Außenkontur haben, erweist es sich jedoch häufig als schwierig bzw. aufwändig, eine ganze Frucht oder eine bestimmte Fruchtfleisch-Scheibe zu zerschneiden, ohne dass verhältnismäßig viel Verschnitt anfällt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen Schneidgut effektiver geschnitten und die Verschnittmenge möglichst niedrig gehalten werden kann.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- d) die Schneidmittel die Form eines Schneidstrahls aus einem aus einem hochenergetischen Licht- oder Partikelstrahl besitzen;
- e) die Führungseinrichtung eine wenigstens in zwei Richtungen verfahrbare Düse aufweist, aus welcher der Schneidstrahl abgebbar ist;
- f) die Führungseinrichtung eine Halterung für das Lebensmittelmaterial umfasst, mittels welcher das Lebensmittelmaterial um eine Achse, welche senkrecht auf dem Schneidstrahl steht, verdrehbar ist.
-
Bei dem Schneidstrahl kann es sich beispielsweise um einen unter hohem Druck abgegebenen Strahl eines Schneidfluids, wie beispielsweise Wasser, handeln. Alternativ kann der Schneidstrahl z. B. in Form eines Laserstrahls vorliegen. Der Begriff ”hochenergetischer Schneidstrahl” ist derart zu verstehen, dass ein solcher Schneidstrahl geeignet ist, Schneidgut zu durchtrennen und zu zerschneiden.
-
Dadurch, dass die Führungseinrichtung eine in wenigstens zwei Richtungen verfahrbare Düse aufweist, aus welcher der Schneidstrahl abgebbar ist, kann das Schneidgut während des Schneidvorgangs weitgehend unbeweglich gehalten werden, wogegen die Düse entsprechend der durch die Datenverarbeitungseinrichtung berechneten Kontur-Schneidbahn geführt werden kann. Als Düse soll hier auch eine Laserstrahlquelle verstanden werden.
-
Dadurch, dass die Führungseinrichtung eine Halterung für das Schneidgut umfasst, mittels welcher das Schneidgut um eine Achse, welche senkrecht auf dem Schneidstrahl steht, verdrehbar ist, können auch ganze Früchte geschält werden sollen. In diesem Fall reicht es aus, wenn die Düse in einer Ebene bewegt werden kann, was die baulichen Anforderungen an die Führungseinrichtung im Hinblick auf die Verfahrbarkeit der Düse vereinfacht.
-
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist mit einem Bilderkennungs- und -verarbeitungsalgorithmus programmiert, welcher das erzeugte Bild bzw. dessen digitale Daten auswertet. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungseinrichtung die Lage und Erstreckung einer Fruchtscheibe auf Grund des Kontrastunterschieds zwischen der Fruchtscheibe und einem Förderband, auf dem die Fruchtscheibe ruht, ermitteln. Dadurch ist die Außenkontur dieser Fruchtscheibe bekannt.
-
Soll nun eine bestimmte Form aus dieser Fruchtscheibe herausgeschnitten werden, beispielsweise ein Stern, so entspricht die von der Datenverarbeitungseinrichtung berechnete Kontur-Schneidbahn der Außenkontur dieses Sterns. Die Datenverarbeitungseinrichtung verändert die Ausrichtung dieser sternförmige Kontur-Schneidbahn jedoch so gegenüber der Fruchtscheibe, dass möglichst wenig Verschnitt anfällt. Gegebenenfalls kann die Größe der herauszuschneidenden Form auch an die Erstreckung der Fruchtscheibe angepasst und entsprechend gegenüber der Grundform unter Beibehaltung der Seitenverhältnisse vergrößert oder verkleinert werden.
-
Es ist insbesondere günstig, wenn der von der Datenverarbeitungseinrichtung ermittelbare Bereich des Schneidguts gemäß Anspruch 2 ein erster Bereich von wenigstens zwei aneinander angrenzenden Bereichen mit unterschiedlicher Beschaffenheit ist, welche das Schneidgut aufweist, und die Datenverarbeitungseinrichtung anhand der Lage und Erstreckung dieses ersten Bereichs eine Kontur-Schneidbahn berechnet, welche benachbart zu wenigstens einem Teil der Kontur dieses ersten Bereichs verläuft.
-
Unter zwei Bereichen mit unterschiedlicher Beschaffenheit sind dabei zwei Bereiche des Schneidguts zu verstehen, welche sich in ihrer Struktur, ihrer Konsistenz, ihrem Zellgefüge, ihrer Farbe und/oder ihrer Zusammensetzung unterscheiden.
-
Wenn es sich bei dem zu zerschneidenden Schneidgut beispielsweise um Fleisch handelt, so kann einer der Bereiche durch mageres Fleischgewebe, welches aus dem Fleischstück herausgeschnitten werden soll, und der andere Bereich durch davon abzutrennendes Fettgewebe oder Knochen gebildet sein.
-
Handelt es sich bei dem Schneidgut zum Beispiel um Früchte, so können die Bereiche mit unterschiedlicher Beschaffenheit abhängig von der Fruchtart durch die Schale der Frucht, das Fruchtfleisch, durch den Fruchtkern oder einen aus einer Vielzahl von Fruchtkernen gebildeten Mittelbereich oder auch durch Bereiche minderer Qualität, die in Form von Druckstellen oder auch in Form von bereits verdorbenen Bereichen vorliegen können, gebildet sein.
-
Bei Früchten mit einer Fruchtschale kann einerseits der Wunsch bestehen, jeweils eine ganze Frucht im Stück zu schälen. Andererseits soll häufig bei bereits geschnittenen Fruchtscheiben, welche noch die Fruchtschale und/oder einen Teil des Fruchtkerns umfassen, das Fruchtfleisch durch Schneiden von der Fruchtschale und/oder dem Fruchtkernteil getrennt werden.
-
Der Einsatz eines Schneidstrahls ist auch bei dieser Ausbildung der Schneidvorrichtung gegenüber Schneidklingen bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art von Vorteil. Insbesondere bei Früchten einer Sorte mit unregelmäßiger Außenkontur, bei welchen verschiedene Exemplare zudem noch in unterschiedlicher Größe vorliegen können, wie beispielsweise bei Ananas oder Mango-Früchten, erweist es sich häufig als schwierig bzw. aufwändig, die Schale der Frucht mit einer oder mehreren Schneidklingen von ihrem Fruchtfleisch zu trennen, so dass die geschälte Frucht in einem Stück vorliegt.
-
Bei Mango-Früchten ist es auf Grund ihrer unregelmäßigen und von Frucht zu Frucht unterschiedlichen Außenkontur und ihres ebenfalls von Frucht zu Frucht unterschiedlich geformten Fruchtkerns äußerst schwer, mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art weitgehend gleichmäßige Fruchtfleisch-Scheiben zu erzeugen. Aus diesem Grund werden Mango-Früchte derzeit noch von Hand geschält und in Stücke und nicht in Fruchtscheiben geschnitten.
-
Darüber hinaus müssen maschinell geschnittene Früchte häufig in einem letzten Arbeitsschritt manuell auf verdorbene Stellen überprüft werden, die beim Schneidvorgang nicht entfernt wurden. Sind solche vorhanden, müssen diese ebenfalls von Hand herausgeschnitten werden.
-
Die oben am Beispiel von Früchten dargelegten Schwierigkeiten finden sich sinngemäß entsprechend auch beim Schneiden von Fleischstücken oder anderen Lebensmitteln.
-
Die gerade beschriebene vorteilhafte Ausbildung der Schneidvorrichtung trägt dem Wunsch Rechnung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher Schneidgut, das wenigstens zwei aneinander angrenzende Bereiche mit unterschiedlicher Beschaffenheit aufweist, effektiver geschnitten werden kann.
-
Wenn eine ganze Frucht vor den Mitteln zur Aufnahme eines Bildes des Schneidguts beispielsweise einmal um 360° verdreht werden kann, so ist es möglich, ein Oberflächenbild der Frucht dadurch zu erzeugen, dass mehrere Bilder aneinander angrenzender Bereiche der Fruchtoberfläche zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Auf einem derartigen Bild zeigen beispielsweise Druckstellen eine andere Farbtönung als unversehrte Bereiche der Fruchtoberfläche.
-
Unter Farbtönung ist bei einem Farbbild gegebenenfalls auch eine bestimmte Farbe zu verstehen, wogegen bei einem Schwarz-Weiß-Bild ein bestimmter Graustufenwert gemeint ist.
-
Auf Grund einer solchen Mehrzahl von Bildern ist es darüber hinaus möglich, die Außenkontur der Frucht zu berechnen, wobei zumindest bei einer einäugigen Optik die Genauigkeit der Berechnung davon abhängt, um welchen Winkel die Frucht zwischen den einzelnen Bildaufnahmen verdreht wird.
-
Durch Berechnung entsprechender Schneidbahnen kann dann die ganze Frucht mittels des Schneidstrahls geschält werden.
-
Dabei können zu weitgehend jedem Zeitpunkt weitere Bilder der Frucht aufgenommen werden. So kann stets geprüft werden, ob die freigelegte, von der Fruchtschale befreite Fruchtschicht noch unerwünschte Bereiche zu erkennen gibt. Von diesen kann dann eine weitere Schicht mit dem Schneidstrahl abgetragen werden. Dann kann erneut eine Bildaufnahme gefolgt von einem Schnitt erfolgen, wobei dies solange wiederholt werden kann, bis das Gesamtbild der Oberfläche der Frucht eine einheitliche Erscheinung hat.
-
Wird durch die Mittel zur Aufnahme eines Bildes des Schneidguts ein Bild einer Draufsicht auf eine Seite einer bereits vorhandenen Fruchtscheibe aufgenommen, welche in ihrem radial innen liegenden Bereich einen Teil des Fruchtkernes und in ihrem radial äußersten Bereich die Fruchtschale und dazwischen Fruchtfleisch aufweist, so erscheinen diese drei Bereiche mit unterschiedlicher Beschaffenheit im aufgenommenen Bild zumindest in unterschiedlichen Farbnuancen oder Farbtönungen. Je nach Auflösung und Qualität des aufgenommenen Bildes können auch andere strukturelle Unterschiede anhand des Bildes erkennbar sein.
-
Beispielsweise ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung mittels des Bilderkennungs- und verarbeitungsalgorithmus den Grenzverlauf zwischen dem Fruchtfleisch und der Schale der Frucht, wobei dieser Grenzverlauf sowohl der Außenkontur des Fruchtfleisches als auch der Innenkontur der Fruchtschale entspricht. Die Kontur-Schneidbahn sollte in diesem Fall als etwas weiter innen verlaufend berechnet werden als der tatsächliche Grenzverlauf zwischen Fruchtfleisch und -schale.
-
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass nach dem Schneiden keine Schalenreste am Fruchtfleisch verbleiben. Die Kontur-Schneidbahn, die dafür berechnet wird, um den Teil des Fruchtkerns von dem Fruchtfleisch zu trennen, sollte dementsprechend derart berechnet werden, dass sie etwas weiter außen neben der Außenkontur des Fruchtkerns verläuft.
-
Weist das Fruchtfleisch verdorbene Stellen auf, welche nicht weiter verwertbar sind, so erscheinen auch derartige Bereiche im aufgenommenen Bild des Schneidguts in einer gegenüber anderen Bereichen verschiedenen Farbtönung. Dadurch kann dieser Bereich von der Datenverarbeitungseinrichtung von dem oder den Bereichen verwertbaren Fruchtfleischs unterschieden werden. Somit kann die Datenverarbeitungseinrichtung auch im Hinblick auf diese verdorbene Stelle eine entsprechende Kontur-Schneidbahn berechnen.
-
Es ist vorteilhaft, wenn die Mittel zur Aufnahme eines Bildes des Schneidguts gemäß Anspruch 3 einen CMOS-Sensor oder einen CCD-Sensor umfassen. Auf diese Weise können etablierte Techniken zur Erstellung digitaler Bilder genutzt werden, wodurch die Kosten der Schneidvorrichtung auf einem günstigen Niveau gehalten werden können.
-
Der Schneidstrahl ist nach Anspruch 4 vorzugsweise aus einem Schneidfluid gebildet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Schneidfluid gemäß Anspruch 5 Wasser, Alkohol oder ein Wasser/Alkohol-Gemisch ist. Es kann günstig sein, wenn der Schneidstrahl ergänzend mit wenigstens einem Zusatz, insbesondere mit β-Carotin oder einem abrasiven Material wie Eiskristallen oder Salzkristallen, versehen ist, wie es im Anspruch 6 angegeben ist.
-
Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn der Schneidstrahl gemäß Anspruch 7 durch einen Laserstrahl gebildet ist.
-
Die Möglichkeit eines mikrobakteriellen Verderbs wird bereits beim Schneidvorgang eingeschränkt, wenn die Schneidvorrichtung nach Anspruch 8 einen von einem Gehäuse begrenzten gasdichten Schneidraum aufweist, welcher einen Schutzgas-Zuführanschluss aufweist. Über letzteren kann dem Schneidraum ein Schutzgas wie Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas zugeführt werden, wodurch der Schneidvorgang unter Schutzgas-Atmosphäre erfolgen kann.
-
Die oben genannte Aufgabe wird im Hinblick auf ein Verfahren durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 16 gelöst. Die erzielten Vorteile entsprechen dabei sinngemäß den oben zur Vorrichtung erläuterten Vorteilen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten Mango-Frucht;
-
2 einen vertikalen Schnitt einer Vorrichtung zum Schneiden von Schneidgut entlang der Schnittlinie II-II von 3, wobei eine Frucht in einem Stück geschält werden soll;
-
3 einen horizontalen Schnitt der Schneidvorrichtung von 2 entlang der dortigen Schnittlinie III-III;
-
4 einen Schnitt durch die Mango-Frucht von 1 entlang der dortigen Schnittlinie IV-IV;
-
5 einen vertikalen Schnitt der Schneidvorrichtung zum Schneiden von Schneidgut entlang der Schnittlinie V-V in 6, wobei das Fruchtfleisch aus einer Fruchtscheibe herausgeschnitten werden soll; und
-
6 einen horizontalen Schnitt der Schneidvorrichtung von 5 entlang der dortigen Schnittlinie VI-VI.
-
1 zeigt zu zerschneidendes Schneidgut in Form einer schematisch dargestellten Mango-Frucht 10. Diese umfasst eine Fruchtschale 12, deren äußere Oberfläche 14 in 1 gepunktet dargestellt ist. Auf der Oberfläche 14 der Mango-Frucht 10 sind drei dunkler dargestellte Bereiche minderwertigerer Qualität zu erkennen, wie sie beispielsweise durch Druckstellen entstehen. Von diesen Druckstellen trägt eine das Bezugszeichen 16.
-
2 zeigt einen vertikalen Schnitt einer Schneidvorrichtung 18 zum Schneiden von Schneidgut, insbesondere von Mango-Früchten 10, wie sie in 1 dargestellt sind. Diese umfasst ein gasdichtes Gehäuse 20, welches einen Schneidraum 22 umgibt. Das Gehäuse 20 weist auf einer Seite einen Zuführbereich 24 auf, über welchen Mango-Früchte 10 in den Schneidraum 22 des Gehäuses 20 eingebracht werden können. Zur Aufrechterhaltung der Gasdichtigkeit des Gehäuses 20 ist der Zuführbereich 24 als hier nicht näher interessierende Schleuse ausgebildet, was in 2 durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet ist.
-
Dem Zuführbereich 24 gegenüberliegend umfasst das Gehäuse 20 einen Abgabebereich 28, durch welchen geschnittene Mango-Früchte 10 aus dem Schneidraum 22 abgegeben werden. Auch der Abgabebereich 28 ist zur Aufrechterhaltung der Gasdichtigkeit des Gehäuses 20 als Schleuse ausgebildet; dies ist in 2 durch eine weitere gestrichelte Linie 30 angedeutet.
-
Zwischen dem Zuführbereich 24 und dem Abgabebereich 28 verläuft im Schneidraum 22 ein Bandförderer 32 mit einem Fördergurt 34, welcher in einer durchlässigen netzartigen Struktur ausgebildet ist. Dazu weist dieser eine Vielzahl in 3 zu erkennender Öffnungen 36 auf. Im Zuführbereich 24 des Gehäuses 20 ist ein Zuführ-Bandförderer 32a und im Abgabebereich 28 des Gehäuses 20 ist ein Abgabe-Bandförderer 32b angeordnet.
-
Unterhalb des Bandförderers 32 ist eine Wanne 38 vorgesehen, deren Umfangswand 40 dicht neben den Wänden des Gehäuses 20 verläuft.
-
Das Gehäuse 20 weist außerdem einen Anschluss 42 auf, über welchen dem Schneidraum 22 aus einer hier nicht dargestellten Schutzgasquelle ein Schutzgas in Form von Stickstoff oder Kohlendioxid oder gegebenenfalls auch einem Edelgas zugeführt werden kann, so dass der Schneidvorgang im Schneidraum 22 des Gehäuses 20 unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden kann.
-
Das Gehäuse hat sich gegenüberliegende Seitenwände 44 und 46 (vgl. 3), die senkrecht zu Seitenwänden 48 und 50 verlaufen, welche ihrerseits den Zuführbereich 24 bzw. den Abgabebereich 28 aufweisen. An den Seitenwänden 44, 46 sind etwas oberhalb des Bandförderers 32 jeweils ein erster Teil 52a und ein zweiter Teil 52b einer Halterung 54 für die Mango-Frucht 10 vorgesehen. Jeder Teil 52a, 52b umfasst einen Haltestempel 56a bzw. 56b, welcher an der Stirnseite einer Haltestange 58a bzw. 58b angeordnet ist. Jede Haltestange 58a, 58b ihrerseits ist mittels eines zugehörigen Elektromotors 60a bzw. 60b in ihrer Längsrichtung verfahrbar und um ihre Längsachse herum verdrehbar, was in 3 durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Zudem kann jede Haltestange 58a, 58b in vertikaler Richtung verfahren werden. Die Halterung 54 hält in den 2 und 3 eine ganze Mango-Frucht 10.
-
Oberhalb des Zuführbereichs 24 und des Abgabebereichs 28 ist im Schneidraum 22 des Gehäuses 20 eine Düseneinheit 62 vorgesehen. Diese umfasst ein längs einer Führungsstange 64 in beiden Richtungen verfahrbares Gehäuse 66. Zum Verfahren des Gehäuses 66 auf der Führungsstange 64 trägt dieses einen Elektromotor 68. Außerdem trägt das Gehäuse 66 eine Hochdruckdüse 70, welche über eine Fluidleitung 72 mit einem Kompressor 74 in Verbindung steht, der seinerseits über eine Fluidleitung 76 aus einer hier nicht dargestellten Fluidquelle mit einem Schneidfluid wie Wasser, Alkohol oder einem Wasser/Alkohol-Gemisch gespeist wird. Auf diese Weise kann die Hochdruckdüse 70 einen Schneidstrahl 78 abgeben, welcher aus dem entsprechenden Schneidfluid besteht. Der Schneidstrahl 78 verlässt die Hochdruckdüse 70 dabei unter einem derart hohen Druck, dass er zum Schneiden des betreffenden Schneidguts geeignet ist.
-
Die Hochdruckdüse 70 kann mittels des Elektromotors 68 zudem derart bewegt werden, dass der Schneidstrahl 78 innerhalb eines Schneidkegels verlaufen kann, dessen Längsachse vertikal verläuft. Der Schneidkegel ist in 2 durch die den Schneidstrahl 78 flankierenden gepunkteten Linien angedeutet.
-
Die Führungsstange 64, auf welcher die Düseneinheit 62 angeordnet ist, verläuft senkrecht zu den Wänden 48 und 50 des Gehäuses 20 und wird an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils von einem Führungsglied 80 bzw. 82 gehalten, welche ihrerseits auf jeweils einer Führungsstange 84 bzw. 86 verfahrbar angeordnet sind. Dazu sind die Führungsstangen 84, 86, die zwischen den Wänden 44 und 46 des Gehäuses 20 und senkrecht dazu verlaufen, als Gewindestangen ausgebildet, die mittels eines jeweils zugehörigen Elektromotors 88 bzw. 90 um ihre Längsachse herum verdreht werden können. Die Führungsglieder 80, 82 sitzen mit einem entsprechendes Gewinde auf den Gewinden der Führungsstangen 84, 86, so dass sie bei einer entsprechenden Verdrehung der Führungsstangen 84, 86 auf diesen entlangfahren. Damit die durch die Führungsstange 64 starr miteinander verbundenen Führungsglieder 80 und 82 nicht verkanten können, sind die Elektromotoren 88 und 90 entsprechend synchronisiert.
-
Die Halterung 54 für die Mango-Frucht 10 ist Teil einer Führungseinrichtung 92, welche außerdem die Düseneinheit 62, die Führungsstange 64 mit den Führungsgliedern 80 und 82, die Führungsstangen 84 und 86 sowie die zugehörigen Elektromotoren 86, 88 und 90 umfasst. Durch die Führungseinrichtung 92 ist eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Mango-Frucht 10 und dem Schneidstrahl 78 möglich.
-
Auf der Innenseite einer Decke 94 des Gehäuses 20 ist eine Bildaufnahmeeinheit 96 angeordnet, welche mit einem CMOS-Sensor oder einem CCD-Sensor 98 arbeitet und ein digitales Bild aufnehmen kann. Die Bildaufnahmeeinheit 96 hat ein in 2 durch gepunktete Linien angedeutetes Gesichtsfeld, welches die Mango-Frucht 10 in der Halterung 54 abdeckt bzw. erfasst, wie es in 2 gezeigt ist.
-
Die Bildaufnahmeeinheit 96 kommuniziert über eine Datenleitung 100 mit einem Rechner 102, welcher mit einem Bilderkennungs- und -verarbeitungsalgorithmus programmiert ist. Der Rechner 102 erkennt die Lage und die Erstreckung der unterschiedlichen Fruchtbereiche, nämlich die Lage und die Erstreckung der Fruchtschale 12 und des Druckstellenbereichs 16, anhand der von der Bildaufnahmeeinheit 96 übermittelten digitalen Bilddaten und erstellt auf deren Grundlage einen Steuersignalsatz zur Steuerung der Hochdruckdüse 70. Der Rechner 102 übermittelt entsprechende Steuersignale an die Elektromotoren 60a, 60b der Halterung 54, an den Elektromotor 68 der Düseneinheit 62 sowie an die Elektromotoren 88 und 90 über eine Datenbus 104 und entsprechende Datenwege, welche in den 2 und 3 gestrichelt dargestellt, jedoch nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehen wurden. Diese Datenwege können mittels Datenleitungen oder auch drahtlos überbrückt werden. In letzterem Fall sind jeweils entsprechende Sender/Empfänger-Module notwendig, wie sie an und für sich bekannt sind.
-
Im Hinblick auf das Schneiden ganzer Mango-Früchte 10 arbeitet die Schneidvorrichtung 18 wie folgt:
Über den Zuführ-Bandförderer 32a wird eine Mango-Frucht 10 in den Schneidraum 22 des Gehäuses 20 gefördert. Mit dem Bandförderer 32 wird die Mango-Frucht 10 derart im Schneidraum 22 positioniert, dass sie zwischen den Haltestempeln 56a, 56b der Halterung 54 zu liegen kommt. Dazu sind die Haltestangen 58a, 58b zunächst in Richtung auf die Elektromotoren 60a bzw. 60b eingefahren. Diese werden nun so weit ausgefahren, bis die Haltestempel 56a, 56b jeweils gegen die Mango-Frucht 10 andrücken und diese dadurch in der Halterung 54 fixiert ist. Gegebenenfalls kann die so fixierte Mango-Frucht 10 etwas vertikal nach oben gefahren werden, wodurch eine unbehinderte Rotation der Mango-Frucht 10 möglich ist.
-
Nun wird mit der Bildaufnahmeeinheit 96 ein erstes Bild der Mango-Frucht 10 aufgenommen. Dann werden die Haltestangen 58a, 58b der Halterung 54 synchron um ihre Längsachse verdreht und mittels der Bildaufnahmeeinheit 96 ein weiteres Bild der Mango-Frucht 10 aufgenommen. Dies wird solange wiederholt, bis die Mango-Frucht 10 einmal um 360° gedreht wurde, wobei die Rotationsbewegung so abgestimmt ist, dass die gesamte Außenfläche der Schale 14 der Mango-Frucht 10 bildlich erfasst werden kann. Die Bildaufnahmeeinheit 96 übermittelt alle Bilddaten an den Rechner 102, in welchem sie zwischengespeichert und zu einem Gesamtbild der Oberfläche der Mango-Frucht 10 zusammengesetzt werden. Die Druckstelle 16 hebt sich im Bild durch eine andere Farbtönung gegenüber der übrigen Oberfläche 14 der Fruchtschale 12 ab (vgl. 3), was sich auch in den entsprechenden Bilddaten widerspiegelt. Bei einer einäugigen Optik kann die Außenkontur der Mango-Frucht 10 umso genauer ermittelt werden, je kleiner der Drehwinkel zwischen zwei Bildaufnahmen ist.
-
Nun berechnet der Rechner 102 anhand der Bilddaten mittels seines Bildverarbeitungsalgorithmus eine Schneidbahn, entlang welcher der Schneidstrahl 78 geführt wird, um zum einen die Fruchtschale 12, zum anderen jedoch besonders die Druckstelle 16 und die darunter liegenden verdorbene Bereiche aus der Mango-Frucht 10 herauszuschneiden.
-
Das Abschneiden der Fruchtschale 12 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Schneidstrahl 78 durch ein entsprechendes Verfahren der Hochdruckdüse 70 mittels der Elektromotoren 88, 90 und 68 über die Führungsstangen 64, 82 und 84 auf einer Seite der Halterung 54 entlang der Außenkontur der Mango-Frucht 10 geführt wird. Dadurch wird gleichsam ein Band bestehend aus der Fruchtschale 12 abgeschnitten. Anschließend wird die Mango-Frucht 10 durch eine Rotation der Haltestangen 58a, 58b der Halterung 54 um einen bestimmten Winkel verdreht und der Schneidstrahl 78 wird erneut entlang der Außenkontur der Mango-Frucht 10 geführt. Der Verdrehwinkel ist dabei jeweils so ausgewählt, dass nach einer Drehung der Mango-Frucht 10 um 360° die gesamte Fruchtschale 12 abgesehen von den Stirnseitenbereichen, welche von den Haltestempeln 56a, 56b abgedeckt sind, entfernt ist.
-
Damit die jeweilige Schneidbahn mit der tatsächlichen Außenkontur der Mango-Frucht 10 übereinstimmt, entsprechen die Winkel, um welche die Mango-Frucht 10 nach jedem einzelnen Schneidvorgang weitergedreht wird, denjenigen Winkeln, um welche die Mango-Frucht 10 bei der oben erläuterten Bildaufnahme mittels der Bildaufnahmeeinheit 96 verdreht wurde.
-
In der Regel ist eine Druckstelle 16 bei einer Frucht nicht nur an deren Oberfläche angesiedelt, sondern erstreckt sich auch ins Innere der Frucht. Zur Kontrolle, ob bei der Mango-Frucht 10 nach Entfernen ihrer Fruchtschale 12 noch nicht verwertbares Fruchtfleisch vorliegt, wird der Bildaufnahmevorgang wiederholt und eine erneute Bilderserie der Außenfläche der Mango-Frucht 10 mittels der Bildaufnahmeeinheit 96 erstellt. Der Rechner 102 erkennt einen gegebenenfalls noch vorhandenen tiefer liegenden Bereich der Druckstelle 16 und berechnet daraus eine neue Schneidbahn, mittels welcher eine weitere Schicht aus dem Bereich der Druckstelle 16 herausgeschnitten wird. Dazu wird die Mango-Frucht 10 zunächst so verdreht, dass der Bereich der Druckstelle 16 seitlich in Richtung auf eine der Wände 48 oder 50 des Gehäuses 20 weisend angeordnet ist. Dann kann der Schneidstrahl 78 von radial außen vom Randbereich der Druckstelle 16 ansetzend in einem Bogen zum gegenüberliegenden Randbereich der Druckstelle 16 auf der gleichen Seite der Mango-Frucht 10 geführt werden, wodurch die Mango-Frucht 10 im Bereich der Druckstelle 16 gleichsam ausgehöhlt wird. Eine optimierte Schneidbahn kann berechnet werden, wenn der Rechner 102 berücksichtigt, dass der Schneidstrahl 78 innerhalb eines Schneidkonus abgegeben werden kann.
-
Danach wird erneut eine Bildserie der Außenfläche der Mango-Frucht 10 erstellt und gegebenenfalls ein weiterer Schneidvorgang durchgeführt. Dies wird so lange wiederholt, bis anhand des zusammengesetzten Oberflächenbildes der Mango-Frucht 10 keine verdorbenen Stellen mehr erkennbar sind. Ist dies der Fall, werden die Elektromotoren 60a, 60b mittels des Rechners 102 und den Datenbus 104 derart angesteuert, dass die Haltestangen 58a, 58b der Halterung 54 eingefahren werden. Dadurch wird die Mango-Frucht 10 freigegeben und kann mittels des Bandförderers 32 zum Abgabebereich 28 des Gehäuses 20 und dort mittels des Abgabeförderers 32b aus dem Schneidraum 22 und gegebenenfalls zu einem nächsten Bearbeitungsschritt gefördert werden.
-
Die geschälte und von verdorbenen Stellen befreite Mango-Frucht 10 kann auch vorher mittels des Schneidstrahls 78 in Fruchtscheiben geschnitten werden. Der Schneidstrahl 78 ist in der Lage, auch den Fruchtkern einer Frucht verhältnismäßig mühelos zu durchtrennen.
-
Um die Schneidkraft des Schneidstrahls 78 zu erhöhen, kann ihm ein abrasives Material, wie Eiskristalle oder Salzkristalle, zugesetzt werden. Auch andere Zusätze, wie β-Carotin, sind denkbar.
-
Abgesehen von dem oben erläuterten Arbeitsprinzip, bei welchem eine ganze Mango-Frucht 10 von ihrer Fruchtschale 12 befreit wird, kann die Schneidvorrichtung 18 auch zum weiteren Schneiden von Fruchtscheiben, welche zuvor mit Schale und einem Teil des Fruchtkerns aus einer Frucht geschnitten wurden, eingesetzt werden, was nachstehend anhand der 4 bis 6 erläutert wird. In den 5 und 6 ist die Halterung 54 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
-
In 4 ist ein Schnitt einer Fruchtscheibe 106 der Mango-Frucht 10 gezeigt, die in 1 durch gepunktete Begrenzungslinien angedeutet ist. Diese Fruchtscheibe 106 weist noch den sie umgebende Teil 12a der Fruchtschale 12 und einen Teil des Fruchtkerns der Mango-Frucht 10 auf, welcher mit 108 gekennzeichnet ist. Darüber hinaus ist bei der Fruchtscheibe 106 zu erkennen, dass sich der Bereich der Druckstelle 16 radial nach innen in Richtung auf den Fruchtkern 108 in das Fruchtfleisch 110 hineinerstreckt. Ziel eines Schneidvorganges ist es hier, das Fruchtfleisch 110 von der Fruchtschale 12, dem Fruchtkern 108 und dem Bereich der Druckstelle 16 zu trennen, so dass nach dem Schneidvorgang eine Scheibe vorliegt, welche nur aus genießbarem Fruchtfleisch 110 besteht.
-
Dazu wird die Fruchtscheibe 106 in gleicher Weise, wie es oben im Zusammenhang mit der ganzen Mango-Frucht 10 beschrieben wurde, auf dem Bandförderer 32 in das Gesichtsfeld der Bildaufnahmeeinheit 96 gefördert (vgl. 5). Die Bildaufnahmeeinheit 96 erstellt ein Bild der Fruchtscheibe 106 und sendet dieses an den Rechner 102. Soll Schneidgut geschnitten werden, welches in seiner Art und/oder Optik der Fruchtscheibe 106 entspricht, ist es in der Regel ausreichend, wenn ein einziges Bild erstellt wird.
-
Auf Grund der in unterschiedlichen Farbtönungen erscheinenden Bereiche der Fruchtschale 12, der Druckstelle 16, des Fruchtkerns 108 und des Fruchtfleisches 110 erkennt der mit dem Bildverarbeitungs- und -erkennungsalgorithmus programmierte Rechner 102 die Lage und die Erstreckung der unterschiedlichen Fruchtbereiche, nämlich die Lage und die Erstreckung des Fruchtkerns 108, des Fruchtfleisches 110, des Druckstellenbereichs 16 sowie der Fruchtschale 12. Durch den Rechner 102 werden die Grenzverläufe zwischen den einzelnen Bereichen 108, 110, 16 und 12 ermittelt. Daraus leitet der Rechner 102 mehrere Kontur-Schneidbahnen ab.
-
Um den Fruchtkern 108 von dem Fruchtfleisch 110 zu trennen, berechnet der Rechner 102 eine Kontur-Schneidbahn, welche etwas radial außen benachbart zur Kontur des Fruchtkerns 108 verläuft. Diese Kontur-Schneidbahn ist in 4 gestrichelt gezeigt und mit dem Bezugszeichen 112 versehen.
-
Ebenso erkennt der Rechner 102 anhand der durch die Bildaufnahmeeinheit 96 erstellten Bilddaten die Grenze zwischen dem Fruchtfleisch 110 und der Fruchtschale 12. Daraus berechnet er eine weitere Kontur-Schneidbahn 114, welche im Bezug auf die Fruchtschale 12 etwas radial nach innen versetzt benachbart zu deren Kontur verläuft.
-
Entsprechend erkennt der Rechner 102 auch die Grenze zwischen dem Fruchtfleisch 110 und dem Bereich der Druckstelle 16, in welchem verdorbenes Fruchtfleisch vorliegt, und berechnet daraus eine dritte Kontur-Schneidbahn 118, welche nach innen versetzt benachbart zur Kontur des Bereichs der Druckstelle 16 verläuft. Durch die entsprechende Versetzung der Schneidbahnen 112 bzw. 114 und 116 ist gewährleistet, dass keine unerwünschten Fruchtanteile am Fruchtfleisch 110 verbleiben, wenn der Schneidvorgang abgeschlossen ist.
-
Über den Datenbus 104 steuert der Rechner 102 nun die entsprechenden Elektromotoren 68, 88 und 90 der Führungseinrichtung 92 an, wodurch die Schneiddüse 70 oberhalb der Fruchtscheibe 106 den berechneten Schneidbahnen 112, 114 und 116 folgt. Der durch die Schneiddüse 70 abgegebene Schneidstrahl 78 trennt somit das reine Fruchtfleisch 110 aus der Fruchtscheibe 106 heraus.
-
Durch die Öffnungen 36 im Fördergut 34 des Bandförderers 32 kann die Flüssigkeit, aus welcher der Schneidstrahl 78 besteht, in die unter dem Bandförderer 32 angeordnete Wanne 38 abfließen. Aus der Wanne 38 wird die Flüssigkeit mittels eines hier nicht gezeigten Pumpensystems abgesaugt.
-
Durch die Schneidvorrichtung 18 kann auf Grund des Zusammenarbeitens der Bildaufnahmeeinheit 96 mit dem Rechner 102, welcher die Schneidbahn des Schneidstrahls 78 auf der Grundlage der Bilddaten berechnet, Schneidgut sehr präzise geschnitten werden. Dadurch wird zum einen ein größerer Anteil des verwertbaren Teils des zu zerschneidenden Schneidguts gewonnen. Andererseits ist es möglich, auch unregelmäßiges Schneidgut präzise zu zerteilen bzw. zu zerschneiden, welches bislang nur von Hand und meist nur in grobe unregelmäßige Stücke geschnitten werden konnte.
-
Als Schneidgut kommen nicht nur Früchte, sondern insbesondere auch Fleisch in Betracht, bei dem auszuschneidende und nicht zu verwertende Bereiche sich farblich von den ”guten” Bereichen unterscheiden.
-
Als Schneidstrahl 78 kann auch ein Laserstrahl dienen. In diesem Fall ist anstelle der Hochdruckdüse 70 zur Erzeugung des Schneidstrahls 78 aus einem Schneidfluid eine Quelle für einen Laserstrahl vorgesehen, welche mit einer entsprechenden Energieversorgungseinheit verbunden ist und gleichsam als Düse für den Laserstrahl zu verstehen ist.
-
Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Bildaufnahmeeinheit 96 jeweils so angeordnet, dass sie ein Bild des Schneidguts von oben erfasst. Alternativ kann die Bildaufnahmeeinheit 96 jedoch auch so angeordnet sein, dass sie ein seitliches Bild des Schneidguts erfasst oder in einem Winkel schräg zum Schneidgut angeordnet ist.
-
Wie eingangs angesprochen, kann der Rechner 102 auch eine einer bestimmten vorgebbaren Wunschform folgende Kontur-Schneidbahn so anordnen bzw. neu berechnen, dass aus der ganzen Frucht 10 und insbesondere der Fruchtscheibe 106 ein Stück herausgeschnitten wird, welches die gewünschte Außenkontur aufweist. Auf Grund der digitalen Bilddaten des Bildes des Schneidguts errechnet der Rechner 102 eine Kontur-Schneidbahn, welche zum einen der Außenkontur der Wunschform entspricht und zum anderen das zur Verfügung stehende Material des Schneidguts effektiv ausnutzt, wodurch die Verschnittmenge gering gehalten wird.
-
Auch können im Wesentlichen gleich große Stücke aus dem Schneidgut herausgeschnitten werden, wobei auch dann die Menge von zwangsläufig anfallendem Verschnitt so gering wie möglich gehalten werden kann. Der Rechner 102 ermittelt dazu aus den Bilddaten die Außenkontur des Schneidguts und errechnet unter Berücksichtigung der Außenkontur des Schneidguts Kontur-Schneidbahnen für einzelne Stücke, die so aus dem Schneidgut herausgeschnitten werden, dass der Verschnitt gering ausfällt.
