DE19719414A1 - Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 297 592 A1 ist eine Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit in ein Le­ bensmittel, insbesondere zum Pökeln von Fleisch, Geflügel oder Fisch, bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Gruppe von Hohlnadeln auf, die in bestimmte Bereiche des Le­ bensmittels periodisch eingestochen werden, Flüssigkeit injizieren und wieder heraus­ gezogen werden. Sie weist einen Fördervorschub auf, der die Lebensmittel intermittie­ rend relativ zu der Hohlnadeln bewegt, und eine elektronische Steuerung für die Abga­ be der Flüssigkeit und den Vorschub. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des An­ spruchs 1. Bei dieser Vorrichtung regelt die Steuerung die Menge der injizierten Flüs­ sigkeit in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck im Lebensmittel. Die Öffnung und Schlie­ ßung der Einspritzventile erfolgt mechanisch über Abtastelemente, die in Abhängigkeit von der Eindringtiefe in das Lebensmittel die Flüssigkeitszugabe regeln. Die Vorrich­ tung ist mechanisch relativ aufwendig und hat nur eine begrenzte Arbeitsgeschwindig­ keit.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie mechanisch einfacher wird und schneller regelbar ist, so daß damit eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit, Steuerbarkeit oder Genauigkeit erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor, der die Gruppe der Hohlnadeln bewegt, ein Elektromotor ist, der eine Erfassung der aktuellen Stellung seines Rotors oder der Nadeln erlaubt, und daß diese Information zur Steuerung der Nadelgeschwindigkeit, und/oder des Vorschubs und/oder der Injizierung verwendet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Motor, der die Gruppe der Hohlnadeln bewegt, und/oder der Motor, der die Fördereinheit bewegt, hochdynamische Servomo­ tor-Getriebeeinheiten (drehwegauswertbare Servomotoren), welche über eine Ser­ vosteuerung miteinander verknüpft sind und somit miteinander kommunizieren. Stellun­ gen der Motoren oder der Abtriebe werden z. B. durch inkrementale Weggeber erfaßt. Hierdurch wird die positionsabhängige Steuerung aller im Gesamtsystem der o.g. Ma­ schine zu regelnden Parameter in Abhängigkeit zueinander möglich.

Erfindungsgemäß können also sowohl für den Fördervorschub als auch für die Übertra­ gung des Hauptdrehmoments zum Antrieb der Nadeln voneinander völlig getrennte Motoren (je mit Getriebe) eingesetzt werden. Einer oder beide sind bevorzugt dreh­ wegauswertbare, sogenannte Servomotoren.

Hierdurch wird eine Kommunikation dieser beiden Verfahreinheiten untereinander, so­ wie mit allen anderen Prozeßparametern möglich (z. B. Pumpenkreislauf, Zuführeinhei­ ten etc.). Im Umkehrschluß kann man erfindungsgemäß die Drehwegvorgabe (Drehwegsteuerung) benutzen, um dem System technologische Vorgaben zu geben, die dann durch die mechanische Ausführung, z. B. durch den Schubhebeltrieb, kinema­ tisch realisiert werden. So wird eine schnellere und feiner dosierbare Pökelung oder Produktbehandlung ermöglicht.

Weitere Merkmale, Ausführungen und Vorteile der Erfindung werden anhand der einzi­ gen Figur näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel eines Pökelinjektors zeigt.

Der Pökelinjektor enthält das Gehäuse G, durch welches das Förderband F, angetrie­ ben durch den Motor Förderband MF bewegt werden kann. Oberhalb des Förderbandes F befindet sich der Nadelbalken NB mit einer Vielzahl von Nadeln N. Der Nadelbalken NB ist an den Führungsstangen FS geführt und wird von einem Exzenter E, der an der Hauptwelle HW eines Getriebes sitzt, das vom Motor Nadelbalken MN angetrieben wird, auf und ab bewegt. Unterhalb des Förderbandes F ist die Wanne W vorgesehen, die Pökelflüssigkeit zum Motor Pumpe MP leitet (eine Filtrationseinrichtung ist vorgese­ hen, hier in der Figur aber nicht gezeigt). Vom Motor Pumpe MP führt der Schlauch S zum Nadelbalken NB, der ein oder mehrere Ventile V trägt, die bei Öffnung die Pökel­ flüssigkeit in die Hohlnadeln N leiten. In der Figur ist vom Schlauch S der untere Teil gezeichnet, der vom Motor MP wegleitet, und der obere Teil, durch den die Flüssigkeit zum Nadelbalken NB fließt.

Die Funktion ist wie folgend: Auf das Förderband F werden die zu injizierenden Pro­ dukte (z. B. Fleisch) aufgegeben, die gepökelt oder mit einer anderen Flüssigkeit be­ handelt werden sollen. Das Förderband F bewegt sich intermittierend von rechts nach links, so daß das Produkt in den Bereich kommt, in dem sich die Nadeln N befinden. Bei Auf- und Abbewegung des Nadelbalkens NB stechen die Nadeln N in das Produkt und geben die Pökelflüssigkeit in das Produkt ab. Wenn die Nadeln N wieder heraus­ gezogen werden, wird das Förderband F durch den Motor Förderband MF ein Stück weiter bewegt und die Nadeln N können an einer beliebig definierbaren Stelle des Pro­ duktstückes wieder einstechen. Der Pumpenkreislauf wird in an sich bekannter Weise geregelt. Der Motor Pumpe MP sorgt für einen beliebig voreingestellten Druck, die Ven­ tile V öffnen zu beliebig einstellbaren Zeiten und erlauben so das kontrollierte Injizieren der Flüssigkeit in das Produkt.

Deutlich zu erkennen ist hier bereits, daß der Antrieb (MN) für den Nadelbalken NB getrennt vom Antrieb MF für das Förderband ist. Diese Entkoppelung erlaubt ein ge­ trenntes Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit unabhängig von der Auf- und Abbe­ wegung der Nadeln N.

Erfindungsgemäß sind nun Mittel vorgesehen, die die Stellung der Hauptwelle HW (oder des Motors Nadelbalken MN und damit die Stellung der Nadeln N) dedektieren. Diese Information wird der Steuerung ST zugeleitet, die also über die Stellung der Na­ deln informiert ist. Diese Steuerung ST hat hier beispielsweise vier Ausgänge, nämlich die Steuerung des Motors MN, der die Nadeln auf und ab bewegt, die Steuerung des Motors für das Förderband MF und die Steuerung der Pumpe (Motor MP) sowie die Steuerung des/der Ventile V.

Die Steuerung ST kann nun auf verschiedenste Weisen programmiert werden und er­ laubt damit ein äußerst breites Anwendungsspektrum der Maschine. So kann z. B. die Geschwindigkeit des Nadelbalkens NB in weitem Rahmen beliebig eingestellt werden von z. B. 10 Hüben pro Minute bis zu 100 Hüben pro Minute. Daneben läßt sich erfin­ dungsgemäß auch die Geschwindigkeit des Motors MN für den Nadelbalken NB auch innerhalb eines Hubes vorprogrammiert steuern. So kann z. B. - wenn dünnes Fleisch auf dem Förderband F liegt - der Motor MN so angesteuert werden, daß sich die Nadeln N relativ schnell bis zur Oberkante des Fleisches nach unten bewegen, dann sich lang­ sam weiter bewegen, in das Fleisch einstechen, dabei werden die Ventile V zum Injizie­ ren der Pökelflüssigkeit geöffnet, und dann die Nadeln N langsam wieder aus dem Fleisch herausgezogen. Haben sie eine bestimmte Höhe erreicht (was ja aus der Stel­ lung der Hauptwelle HW ablesbar ist), können die Nadeln N beschleunigt werden und fahren sehr schnell wieder in die obere Stellung. Durch dieses Programm wird die so­ genannte Totzeit, d. h. die Zeit innerhalb der die Nadeln außerhalb des Fleisches sind, stark reduziert.

Darüberhinaus sind über die erfindungsgemäße Kopplung (hochdynamischen Servo­ antriebe und deren mögliche Verfahrensprofile) weitere Varianten möglich:
So kann unter anderem der normalerweise sinusförmige Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf des Schubkurbeltriebes des Nadelbalkens NB linearisiert werden.

Bei produktabhängigen niedrig benötigten Arbeitshöhen ist es ferner möglich, nicht die ganze Kreisbewegung des Antriebs der Nadeln N oder des Nadelbalkens NB durchzu­ fahren, sondern die Bewegungsrichtung zu stoppen und umzukehren, so daß die Na­ deln N nur in Teilbereichen des möglichen Verfahrweges (der zur Verfügung stehenden Arbeitshöhe) bewegt werden. Durch die Motorsteuerung kann der Schubkurbeltrieb ja an jeder Stelle sowohl vorwärts als auch rückwärts verfahren werden.

Ebenso können in verschiedenen Teilbereichen des Nadelverfahrweges unterschiedli­ che Lineargeschwindigkeiten gefahren werden.

Ähnliches gilt für den mit dem o. g. Antrieb kommunizierenden und darauf synchroni­ sierten Fördervorschubantrieb. Entgegen der normalen bekannten starren Ankopplung bietet der dynamische Servoantrieb durch die vielen möglichen Verfahrensprofile auch hier eine Vielzahl von nützlichen Lösungen.

Entsprechend des Nadelkopfes und des erwünschten Nadeleinstichbildes im Produkt kann durch eine sequentielle Verfahrung die Einstichzahl einfach verändert oder dem Produkt angepaßt werden, so wenn z. B. der Fördergurt in (z. B. Hähnchen aufnehmen­ de) Kassetten unterteilt ist. Dann erfolgen Einstiche nur, wenn gerade Fleisch unter dem Nadelbalken NB liegt.

Auch längere Verfahrwege sind dann einfach zu erreichen, wenn bei z. B. schmalem Fördertunnel der Nadelbalken NB quer, das heißt längs der Förderrichtung, eingebaut ist.

Möglich ist ebenso, daß die Nadeln N - z. B. bei dickem Fleisch - so in ihrer Geschwin­ digkeit gesteuert werden, daß sie eine relativ gleichmäßige Geschwindigkeit aufweisen. Bei einem normalen Exzenterantrieb, der mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert, folgt die Nadelgeschwindigkeit einer Sinusfunktion. D.h. im oberen Totpunkt (0°) und im unteren Totpunkt (180°) ist die Geschwindigkeit der Nadeln 0, in den Lagen +90° und -90° ist die Geschwindigkeit der Nadeln maximal, dazwischen nimmt die Geschwindig­ keit die von der Sinuskurve vorgegebenen Werte an. Mit der Erfindung kann die Ge­ schwindigkeit des Motors Nadelbalken MN so geregelt werden, daß die Geschwindig­ keit der Nadeln - außer in der Nähe der Totpunkte - praktisch immer gleich ist. Dies z. B. dadurch, daß der Motor MN im oberen Totpunkt relativ schnell fährt, während er in den 90°-Lagen nur eine mittlere Geschwindigkeit aufweist. Zum unteren Totpunkt hin be­ schleunigt der Motor wieder, so daß sich praktisch - ausgenommen sind die Totpunkte - eine gleichmäßige Nadelgeschwindigkeit ergibt.

Ebenso möglich ist es, die Steuerung so zu programmieren, daß sich die Nadeln N bei dem Weg durch die obere Schale eines Fleischstückes relativ langsam bewegen und beim weiteren Vordringen durch die untere Schale relativ schnell. Dies ist z. B. sinnvoll bei Fleischteilen, deren Unterschale ein Material enthält, daß relativ wenig Pökelflüs­ sigkeit aufnimmt, während die obere Hälfte die Flüssigkeit sehr gut aufnimmt. Dieses unterschiedliche Absorptionsverhalten der Fleischarten kann durch die unterschiedli­ chen Geschwindigkeiten der Nadeln N kompensiert werden.

Eine weitere Steuervariante ist die Öffnung und Schließung der Ventile V. Wurde die Öffnung und Schließung der Ventile beim Stand der Technik oft einfach an das Eindrin­ gen der Nadeln in das Fleisch gekoppelt (meist über die Relativstellung des Fleischnie­ derhalters zu den Nadeln N, der hier selbstverständlich auch vorgesehen sein und zur Steuerung der Injizierung verwendet werden kann) so können erfindungsgemäß unter­ schiedliche Programme gewählt werden. So ist es möglich, nur beim Einstechen zu inji­ zieren, oder beim Einstechen und beim Herausfahren, oder nur beim Herausfahren. Genau so ist es möglich, bei unterschiedlichen Fleischqualitäten (Oberschale und Un­ terschale) mit unterschiedlichen Drücken oder unterschiedliche Flüssigkeitsmengen zu injizieren. Beim Einfahren der Nadeln in die Oberschale können die Ventile geöffnet werden, beim Durchfahren der Unterschale geschlossen und z. B. beim Zurückdurchfah­ ren der Oberschale wiederum geöffnet werden. Dies ist z. B. sinnvoll bei Fleisch mit Speckanteil, der ja kaum Pökelflüssigkeit aufnimmt.

Die unterschiedlichen Einspritzmengen können auch so eingestellt werden, daß z. B. Fischteile, die unterschiedliche Dicken haben, z. B. ein relativ dickes Teil in der Mitte des Fischrumpfes und ein relativ dünnes am Schwanzende, dann auch mit unterschied­ lichen Pökelflüssigkeitsmengen beaufschlagt werden - wodurch jedoch auf jeweils eine Mengeneinheit bezogen eine überall gleiche Einspritzmenge ermöglicht ist. Die Dicken­ erkennung kann z. B. durch den Fleischniederhalter erfolgen, der in der Figur der Ein­ fachkeit halber nicht gezeigt ist. Dieser kann jedoch auch zur Steuerung der Ventile V eingesetzt werden, so daß keine Flüssigkeit injiziert wird, wenn die Hohlnadeln nicht innerhalb des Fleisches sind.

Die Steuerung ST regelt in dieser Ausführung auch den Vorschub (also den Motor MF). Der Vorschub kann in verschiedenen Geschwindigkeiten eingestellt werden, die wie­ derum dem Fleisch und der gewünschten Einspritzmenge angepaßt sind. So kann der Vorschub in gleichmäßigen Schritten erfolgen, z. B. stets 50 mm, oder in Doppelschrit­ ten, wobei der erste Schritt z. B. 80 mm, der zweite Schritt 10 mm ist, der dritte Schritt wieder 80 mm, der nächste wieder 10 mm. Dies ist alles frei einstellbar und kann dem Nadelbild des Nadelbalkens angepaßt werden. Möglich ist durch die erfindungsgemäße Kopplung von Förderbandmotor MF und Nadelbalkenmotor MN auch die Vorwärtsbe­ wegung abwechselnd mit einer Rückwärtsbewegung nach jedem Takt, oder eine se­ quentielle Bewegung, wie oben beschrieben.

Mit der Erfindung sind also die unterschiedlichsten Kombinationen von Vorschubge­ schwindigkeiten, Nadelgeschwindigkeiten, Leerlauffunktion, Stillstand bei diskontinuier­ licher Beschickung der Anlage, Niederhalter-(Fleischabstreifer-)steuerung bzw. Nhdruck- oder Ventilöffnungszeiten beliebig einstellbar. Durch die erfindungsgemäße Erfassung der Lage der Nadeln N weiß die Steuerung ST stets, wo die Nadeln stehen und kann so die Ventilöffnungszeiten, die Einstechgeschwindigkeiten, die Ausziehge­ schwindigkeiten und/oder den getakteten Vorschub beliebig regeln.

Die Erfassung der Stellung der Nadeln N kann z. B. durch einen Drehgeber (einen in­ krementalen Drehweggeber) am Motor MN - wenn man einen Servomotor verwendet - erfolgen, oder durch ein Element an der Hauptwelle HW, oder redundant mittels Dreh­ wegerfassung an beiden Elementen. Die Nullpunktstellung der Hauptwelle HW wird dann der Steuerung ST zur Kalibrierung mitgeteilt. Die Geschwindigkeit des Motors MN kann beliebig gesteuert werden, z. B. so, daß die Hauptwelle HW auf den ersten 5° der Bewegung vom oberen Totpunkt weg sich relativ schnell bewegt, dann die nächsten 5° relativ langsam läuft, dann die nächsten 5° wieder schnell läuft usw., wobei beliebige Programme einstellbar sind, die sich bei jedem Hub wiederholen.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Injizieren von Flüssigkeiten in Lebensmittel, insbesonders die Pökelung von Fleisch, Geflügel und Fisch zum Verlängern der Halt­ barkeit oder zum Erzielen eines gewünschten Geschmacks. Mit Pökelung ist jedoch nicht nur das Injizieren von Salzlaken gemeint, sondern allgemein das Injizieren belie­ biger Flüssigkeiten in Lebensmittel, z. B. auch das Einspritzen von Zuckerlösungen in Früchte.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel, insbesondere zum Pökeln von Fleisch, Geflügel oder Fisch, die eine Gruppe von Hohlnadeln (N) auf­ weist, die in bestimmte Bereiche des Lebensmittels periodisch eingestochen werden, Flüssigkeit injizieren und wieder herausgezogen werden, einen Fördervorschub auf­ weist, der die Lebensmittel intermittierend relativ zu der Hohlnadeln (N) bewegt, und eine Steuerung für die Abgabe der Flüssigkeit und den Vorschub, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor (MN), der die Gruppe der Hohlnadeln (N) bewegt, ein Elek­ tromotor ist, der eine Erfassung der aktuellen Stellung seines Rotors oder der Nadeln (N) erlaubt, und daß diese Information zur Steuerung der Nadelbewegung und/oder des Vorschubs und/oder der Injizierung verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (MN), der die Gruppe der Hohlnadeln (N) bewegt, und/oder der Motor der Fördereinheit (MF) drehwegauswertbarer Servomotoren sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch getrennte Motoren (MN, MF) für die Bewegung der Nadeln (N) und für den Vorschub.