DE10213398C2 - Werkzeug zum thermischen Zusammenfügen und zum Trennen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum thermischen Zusammenfügen von eiweiß- und kollagengewebehaltigen Hohlkörpern und zum gezielten Trennen innerhalb der Fügestelle, insbesondere einsetzbar bei der Herstellung von Wursterzeugnissen.

Allgemein ist bekannt, dass zur Herstellung von Wursterzeugnissen das einzufüllende Wurstbrät in natürliche Darmhüllen oder in künstliche Wursthüllen eingebracht wird und die Naturdärme oder Wursthüllen dann an den gewünschten Stellen verschlossen werden. Dies wird erforderlich, um zum einen Wursterzeugnisse in portionierter Weise herzustellen und zum anderen, um die Enden der Naturdärme oder Wursthüllen zu verschließen.

Dies erfolgt entweder durch das Verdrehen der Naturdärme oder Wursthüllen an den entsprechenden Stellen oder durch einen sogenannten Clipvorgang.

Bei Naturdärmen oder deren Derivaten erfolgt das Verschließen oder auch das Verbinden über beheizbare Werkzeugsysteme, die über die Zustellung der Werkzeuge in der Lage sind, die Naturdärme oder deren Derivate durch thermische Denaturierung in der Oberfläche von herausgebildeten Schichten miteinander zu verbinden. Die Verbindung entsteht vor allem durch Zustandsänderungen der kollagenen Eiweißlagen in einer Art Verschmelzung und der Entstehung eines irreversiblen Stoffzustandes. Dabei härtet die thermisch behandelte Stelle aus und verfestigt sich in der bestehenden Form.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Versiegeln und Auftrennen von Verbindungs­ abschnitten zwischen Würsten einer Wurstkette ist mit der DE 201 03 309 U1 bekannt geworden, bei der die funktionsbestimmenden Elemente in einem Gehäuse angeordnet und die zwei beheizbare Stempel aufweist, die als Versiegelungs- und Schneidflächen ausgebildet sind und mittels eines Antriebes relativ zueinander bewegbar sind. Dabei ist diese Vorrichtung so ausgebildet, dass die zu teilenden Wursthüllen an bestimmten Stellen miteinander verdrillt und nachfolgend getrennt werden.

Eine Trennung wird bisher so vollzogen, dass die Werkzeuge mit großer Kraft während der Stoffzustandsänderung zusammengepresst werden und so eine Trennung an der verschlossenen Stelle, in der Regel zwischen zwei Würsten, durch eine Stoffverflüssigung mit Verdrängung auf Schichtdicke erzwingen. Diese Stellen brechen dann quasi durch, so dass diese Trennstellen oft undicht sind, was zu Qualitätseinbußen der Wursterzeugnisse führt, und zum anderen es oft zu Verbrennungsgraden an den Gewebeverschlussstellen kommt, die gleichfalls negativ auf die Produktqualität einwirken.

Der Vollständigkeit halber sei noch auf die DE 100 19 288 A1 und die DE 197 46 402 A1 verwiesen, die zum einen eine Vorrichtung zum Verschweißen von thermoplastischem Kunststoff beschreibt und zum anderen sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien, vorzugsweise von Polyolefin-Folien, bezieht.

Diese beiden Lösungen beziehen sich jedoch nicht auf das thermische Zusammenfügen und Trennen von Wursthüllen für die Herstellung von Wursterzeugnissen.

Gleiches gilt für die DE 33 45 459 C2, die eine Vorrichtung zum Formen, Füllen und Verschließen von Packungen beschreibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug zu schaffen zum thermischen Zusammenfügen von mit Wurstbrät gefüllten Würsten, deren Wursthüllen aus Naturdärmen oder kollagenem Gewebe bestehen und anschließendem Trennen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

So wurde ein Werkzeug in Form einer der Gattung nach bekannten Darmzange mit beheizbaren Heizbacken entwickelt, mittels der über die beheizbaren Elemente der Darmzange die verdichteten Darmschichten in ihrer Form verbleiben und denaturiert werden, wobei das Verschließen einer durch Verdrehen von zwei Würsten heraus­ gebildeten Drillstelle sowohl oberflächlich und in den einzelnen Verdrillschichten als auch unmittelbar an den Stirnflächen der Drillstellen, nach dem Trennvorgang, erfolgt.

Im weitesten Sinne erfolgt in diesem Drillbereich einmal eine Querschweißung und eine Stirnschweißung, indem die Oberflächen der Drillstellen und die sich beim Trennvorgang herausbildenden Stirnflächen der Drillstellen dauerhaft verschlossen werden.

Somit wird sichergestellt, dass ein verdrillter Darm aus Kollagenen und Eiweiß, zeitversetzt mit zwei Schweißstellen versehen, verschlossen wird, dies dadurch, dass die verdrillte Kollagen-Eiweiß-Schicht durch Wärmeeintrag in den Oberflächen- und Stirnflächenbereichen einem irreversiblen Denaturierungs- und Faserschrumpfungsvorgang unterzogen wird, welcher nach Wegnahme der Wärmequelle in einen Erstarrungsvorgang übergeht, und somit ein dauerhafter qualitätsgerechter Verschluss von Würsten erzielt wird, wobei der Erstarrungsvorgang durch eine zusätzliche Kühlung im unmittelbaren Trennbereich der Drillstelle unterstützt wird. Dies erfolgt über eine Luft- oder Wasserzuführung, aus der das jeweilige Kühlmittel über eine Düse austritt und auf den Trennbereich der Drillstelle auftrifft.

Das Verschließen derartiger Därme bzw. das portionierte Abdrehen von mit Wurstbrät gefüllten Naturdärmen, also von fertigen Wursterzeugnissen, und deren Trennung erfolgt somit in vier Verfahrensschritten, die technologisch aufeinander abgestimmt sind und weitestgehend in einander übergehen, dies in kürzester Zeitfolge, so dass die Taktfolge des Füllens und Portionieren von Würsten positiv beeinflusst wird.

So erfolgt an der gewünschten Stelle ein Verdrehen der Würste zueinander. Es wird die Drillstelle herausgebildet, indem die Darmhülle im Bereich der Drillstelle durch schraubenförmige Verdrehung auf einen sehr kleinen Durchmesser gebracht wird und sich in wechselnder Folge Unter- und Oberschichten der Darmhülle auf kürzestem Raum ausbilden. Die mechanische Verdrehung der Würste unter Herausbildung der Drillstelle bildet das Kraftaufnahmesystem, welches verhindert, dass durch Veränderungen des Innendruckes in den Wursthüllen Wurstbrät durch diese Drillstelle hindurchtreten kann.

Nachfolgend wird diese herausgebildete Drillstelle über die Heizelemente der Darmzange bis zu einer vorgegebenen Stoffumwandlungstemperatur mit zeitlicher Komponente erwärmt. Danach wird die Wärmezuführung unterbrochen und nach Bedarf die denaturierte Drillstelle gekühlt. Nun schließt sich der Trennvorgang an, wobei das Trennwerkzeug, eine Messerklinge, beheizte bzw. erwärmte Seitenflächen besitzt, die bewirken, dass unmittelbar beim Trennen die stirnseitigen Trennflächen der Trenndrillstellen gleichfalls erwärmt und denaturiert werden, so dass hier der zweite Schweißvorgang abläuft.

Es kann der jeweiligen Drillstelle Zusatzmaterial während des Erwärmungsvorganges zugeführt werden, wodurch mehr Substanz für den Schweißvorgang, den Denaturierungsvorgang, zur Verfügung steht und so die Haltbarkeit der Fügestelle erhöht wird.

Bei dem Zusatzmaterial handelt es sich um gelierfähige Substanzen, die der Grundsubstanz der Darmhüllen entsprechen.

Die Zuführung erfolgt unter einem gewissen Druck, wobei der Vorgang des Verbindens, des Denaturierens, noch dadurch unterstützt wird, dass das Werkzeug für die Erwärmung der Drillstelle, also die jeweilige Heizbacke, mit einem Nadelsystem ausgestattet ist, welches bei Einsatz im Bereich der Drillstelle im weitesten Sinne eine Perforierung vornimmt, somit quer zur Drillstelle Durchgangsöffnungen entstehen, in denen das Zusatzmaterial einfließen kann, wodurch eine zusätzliche Denaturierung und somit ein zusätzliches Verschließen/Verschweißen stattfindet.

Wesensmerkmale der Erfindung sind also, die Gewebeverschlussstelle von zwei abzubindenden Würsten, die jeweilige Drillstelle, herauszubilden und substantiell zu erhalten, umfänglich zu denaturieren, zu trennen und während des Trennvorganges gleichzeitig die Stirnflächen der Drillstellen zu denaturieren, so dass zwei thermische Verschlüsse herausgebildet werden, wobei diese Vorgänge durch eine gezielte Kühlung der denaturierten Oberflächenschichten der Drillstelle und durch eine dosierte Zuführung von Zusatzmaterial auf die Drillstelle positiv unterstützt werden.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 die Ausbildung eines Darmzangenkopfes einer Darmzange in einer Schnittdarstellung

Fig. 2 eine Stirnansicht des Darmzangenkopfes

Fig. 3 eine Seitenansicht nach Fig. 2

Fig. 4 den Darmzangenkopf mit zugeordnetem Druckspeicher für Zusatzmaterial

Fig. 5 eine weitere Ausbildung des Darmzangenkopfes mit einer Einzelheit X der Darstellung es Nadeldenaturierers.

Aus der Darstellung nach Fig. 1 ergibt sich unmittelbar die Ausbildung des Darmzangenkopfes 2 und dessen Anordnung in der Darmzange 1, wobei die funktionswesentlichen Elemente der Darmzange 1 im Gehäuse 3 des Darmzangenkopfes 2 untergebracht sind. So Heizbacken 4; 4', welche je mit einer Heizpatrone 10 bestückt sind. Die Heizbacke 4' ist dabei feststehend im Gehäuse 3 gelagert, während die Heizbacke 4 beweglich angeordnet und mit einer Messerklinge 5 ausgebildet ist. Eine Zustellung der Heizbacke 4 erfolgt über Zustellfedern 12, während ein Anheben der beweglichen Heizbacke 4 über einen zu betätigen Rückzugshebel 9 erfolgt. Dieser Rückzugshebel 9 befindet sich unmittelbar im Betätigungsbereich der Darmzange 1, so dass der Rückzugshebel 9 durch den Bedienenden jederzeit betätigt werden kann.

In dieser Fig. 1 ist auch gezeigt, dass die Darmzange 1 mit einem Kühlsystem ausgebildet ist, welches aus der Kühlleitung 16 mit zugeordneter Kühldüse 17 und einem in der Kühlleitung 16 vorgesehenem Steuerventil 19 besteht. Die Anordnung der Kühlleitung 16 und die Positionierung der Kühldüse 17 ist so gewählt, dass das aus der Kühldüse 17 austretende Kühlmedium, vorzugsweise Luft oder Wasser, als Kühlstrahl 18 auf die Drillstelle trifft.

Gezeigt ist ferner, dass im Bereich der bewegliche Heizbacken 4; 4' ein Eindüsungskanal 14 angeordnet ist, über den im Bedarfsfall zusätzliches kollagenes Material zur Drillstelle verbracht werden kann, was nachfolgend noch näher erläutert wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Stirnansicht und eine Seitenansicht des Darmzangenkopfes 2, aus denen ersichtlich ist, wie die Heizbacken 4; 4' und die Messerklinge 5 im Gehäuse 3 angeordnet sind. Ferner ist die Ausbildung einer Drillstelle 8 zwischen zwei abgedrillten Würsten 11 dargestellt.

Die obere bewegliche Heizbacke 4 ist mit der Messerklinge 5 ausgebildet, welche über einen Fixierstift 7 innerhalb der Heizbacke 4 festgelegt ist. Die untere feststehende Heizbacke 4' ist mit einem Amboss 6 ausgebildet, welcher vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht und während des Trennvorganges als Gegenmesser für die Messerklinge 5 wirkt. Die Ausbildung des Amboss 6 aus einem Kunststoff, bzw. aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, unterstützt unmittelbar den Abkühlprozess der Drillstelle 8 nach deren Denaturierung. Die obere Heizbacke 4 ist über die Heizpatronen 10 so ansteuerbar, dass die Seitenflächen der Messerklinge 5 mit erwärmt werden bzw. auch nach dem Zurücksetzen der Heizbacke 4 eine Wärmezuführung erhalten, so dass beim Durchschneiden der Drillstelle 8 die Stirnflächen der Drillstelle zusätzlich erwärmt werden, was für den stattfindenden Denaturierungsprozess in diesem Bereich förderlich ist.

Die Ausbildung des Darmzangenkopfes 2 mit einem Zusatzbehälter zur Aufnahme von zusätzlichem gelierfähigen Material ist in der Fig. 4 gezeigt. Der Zusatzbehälter ist als Druckspeicher 13 bezeichnet. Am Druckspeicher 13 ist ein Eindüsungskanal 14 angeschlossen, über den das zuzuführende Material zur Drillstelle 8 geführt wird. Die zeitliche und mengenmäßige Zuführung sowie Dosierung des zusätzlichen Materials wird über ein Steuerventil 15 vorgenommen, welches im Eindüsungskanal 14 angeordnet ist. Durch die Zuführung dieses gelierfähigen Materials, welches in seiner Substanz dem des Grundmaterials der Darmhüllen entspricht, wird das Verbinden der verdrillten Darmhüllen und der Denaturierungsprozess im Bereich der Drillstelle 8 wesentlich unterstützt. Dabei kann das Zuführmaterial sowohl in flüssiger als auch breiiger Form vorliegen. Die Zuführung erfolgt durch Einspritzung des unter Druck stehende Zusatzmaterials. Somit steht mehr Substanz zur irreversiblen Stoffänderung im Bereich der Drillstelle 8 zur Verfügung, wodurch die Herausbildung und Haltbarkeit der Drillstelle 8 erhöht wird.

Die Einspritzung des Zusatzmaterials kann dabei in einer bevorzugten Ausführungsform über ein Düsensystem erfolgen, welches durch die besondere Gestaltung des Werkzeuges, der Heizbacke 4', herausgebildet wird, wie in der Fig. 5 dargestellt.

Bei dieser Ausführungsvariante ist die Stirnfläche der Heizbacke 4' mit einer Profilierung ausgebildet, die durch Stempel 20 gebildet ist, wie in der Einzelheit X nach Fig. 5 dargestellt. Dabei können diese Stempel 20 auf der Wirkfläche, der Stirnfläche der Heizbacke 4, herausgebildet oder als ein gesondertes Bauteil gestaltet sein, welches dann Aufnahme in der Heizbacke 4' findet. Funktionsbedingt ist dieses Einzelbauteil gleichfalls mit dem Eindüsungskanal 14 verbunden, wobei der Eindüsungskanal 14 mit mehreren Austrittsöffnungen ausgebildet sein kann, wie in der Einzelheit X auch dargestellt.

Die Zuführung des zusätzlichen Materials zur Drillstelle 8 erfolgt durch Einspritzung, da dieses Zusatzmaterial im Druckspeicher 13 unter Druck steht und so mit einem gewissen Druck über den Eindüsungskanal 14 zu dessen Austrittsöffnungen geführt wird, welche im weitesten Sinne als Einspritzdüsen oder auch in Form von Düsennadeln ausgebildet sind. Durch das vorgesehene Steuerventil 15 im Eindüsungskanal 14 kann das zuzuführende Zusatzmaterial über diese Einspritzdüsen/Düsennadeln und in Abhängigkeit des Erwärmungsgrades der Drillstelle 8 in gewünschten kleinsten Mengen zugegeben werden. Die Ausbildung und Anordnung der einzelnen Stempel 20 stellen in der Gesamtheit ein Werkzeug mit einem Mehrfachnadelsystem dar, welches bereits während der Erwärmungsphase der Drillstelle 8 diese durchsticht und im weitesten Sinne so eine zusätzliche mechanische Verfestigung der Verbindungsstelle sichert. Dabei tritt über die so herausgebildeten Bohrungen das kollagene Gewebe in die zu verbindenden Würste 11 im Drillbereich ein, so dass in diesen Bohrungen zusätzlich ein Denaturierungsprozess stattfindet. So werden nicht nur die einzelnen verdrillten Schichten der Darmhüllen in Längsrichtung verbunden, sondern auch über die Bohrungen in Querrichtung, somit bilden sich punktuelle Tiefenverbindungen über den gesamten Querschnitt der Drillstelle 8 aus, die einer hohen Zugbeanspruchung Stand halten.

Das Abbinden bzw. Abdrehen von zwei Würsten 11 und die Herausbildung der Drill­ stelle 8 sowie der Trennvorgang laufen wie folgt ab:
Durch Umsteuerung der Wurstfüllmaschine erfolgt ein Verdrehen der Würste zueinander, so dass die Drillstelle 8 durch mechanische Verdrehungen herausgebildet wird. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, kommt die Darmzange 1 zum Einsatz, indem die Darmzange 1 mit ihren Heizbacken 4, 4' so zur Drillstelle 8 verbracht wird, dass die Drillstelle 8 auf die notwendige Stoffumwandlungstemperatur erwärmt wird. Dabei gehen die Oberflächenschichten der kollagenen Gewebe der Drillstelle 8 ab 70°C in eine flüssige, breiige, strukturlose Masse über, die in die Struktur der Drillstelle 8 eindringt, dieses umschließt und dort von den inneren Schichten gekühlt wird und gleichzeitig erstarrt. Während diesen Vorganges wird die Beheizung unterbrochen.

Die Heizbacke 4 wird dabei von der Drillstelle 8 abgehoben, während die beheizte Messerklinge 5 auf die Drillstelle 8 einwirkt, welche auf der anderen Seite auf dem Kunststoffamboss 6 aufliegt, der als Gegenlager für die Messerklinge 5 wirkt, somit eine Punktbelastuag auf die verschmolzene Drillstelle wirkt. Somit wird eine Kühlung der Oberflächenstruktur der Drillstelle 8 zugelassen, wodurch eine Gewebestarrheit der Drillstelle erreicht wird.

Der Erstarrungsvorgang des flüssig-breiigen Gewebes in der Drillstelle 8 geht mit einer Faserverkürzung, einer Schrumpfung, der Darmhülle einher, die die Drillstruktur der Drillstelle 8 quasi zusätzlich verspannt und dabei abbindet. Dieses erhöht die Dichtheit, während die inneren Teile der Drillstruktur noch im naturbelassenen Zustand bleiben und sich noch sogenannte Lecks bilden können.

Die fixierende Messerklinge 5 wirkt dabei nur punktuell auf die Drillstelle 8 ein. Die Temperatur der Flächen der Drillstelle 8 ist sehr gering, gegen Null gehend, während die Seitenflächen der Messerklinge 5 erwärmt sind. Damit kann bei der Fixierung durch die Messerklinge 5 die kollagene Erstarrung des Gewebes im vorher erwärmten Bereich der Drillstelle 8 ungestört ablaufen, wobei dieser Prozess durch zusätzliche Kühlung in Form eines zugeleiteten Kühlstrahles 18 unterstützt wird.

Nach dem Abkühlvorgang wird die Messerklinge 5 mit ihren heißen Seitenflächen durch die Drillstelle 8 gegen den Kunststoffamboss 6 gepresst und über die Seitenflächen der Messerklinge 5 werden die Stirnflächen an der Trennstelle erwärmt, es findet eine Stoffumwandlung, Denaturierung mit anschließender Erstarrung statt, so dass dieser Mikroschweißvorgang während der Trennung der Würste 11 eine zweite unabhängige Verschlussstelle herausbildet, wodurch die Verschlussqualität zusätzlich erhöht wird.

Claims (4)

1. Werkzeug zum thermischen Zusammenfügen und zum Trennen von eiweiß- und kollagengewebehaltigen Körpern (11), insbesondere von Würsten, deren Wursthüllen aus Naturdärmen oder kollagenen Geweben bestehen, das als eine Darmzange (1) ausgebildet ist, wobei Branchen der Darmzange (1) einen Darmzangenkopf (2) herausbilden, der im oberen sowie im unteren Teil mit jeweils einem Gehäuse (3) ausgebildet ist, in dem Heizbacken (4; 4') sowie Heizpatronen (10) gelagert sind und wobei die eine Heizbacke (4) als bewegliche und die andere Heizbacke (4') als feststehende Heizbacke (4') ausgebildet ist, wobei in der beweglichen Heizbacke (4) eine Messerklinge (5) und in der feststehenden Heizbacke (4') ein Kunststoffamboss (6) vorgesehen ist und im Bereich einer Drillstelle (8) die Darmzange (1) mit einer aus einer Kühlleitung (16) mit zugeordneter Kühldüse (17) bestehenden Kühleinrichtung sowie einem Eindüsungskanal (14) ausgebildet ist, wobei der obere Teil des Darmzangen­ kopfes (2) mit einem Druckspeicher (13) ausgebildet ist, der über einen oder mehrere Eindüsungskanäle (14), durch die feststehende Heizbacke (4') geführt, mit der Drillstelle (8) der Würste (11) verbunden ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Eindüsungskanal (14) und in der Kühlleitung (16) Steuerventile (15; 19) angeordnet sind.

3. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerklinge (5) über einen Fixierstift (7) vertikal verstellbar in der beweglichen Heizbacke (4) angeordnet ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Profilierung der Stirnfläche der feststehenden Heizbacke (4') und ein mit Stempeln (20) ausgebildetes Bauteil als Nadeldenaturierer ausgebildet ist.