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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Beschichten
und insbesondere ein Verfahren und ein Gerät zum Beschichten von Nahrungsmittelprodukten.
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HINTERGRUND UND VERWANDTER
STAND DER TECHNIK
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Die
Nahrungsmittelindustrie beschichtet Nahrungsmittel mittels einer
Vielzahl verschiedener Methoden, Beschichtungen wie beispielsweise
Teige auf Nahrungsmittelprodukte aufzubringen. Repräsentative
Patente, die verschiedene Methoden des Aufbringens von Teig auf
Nahrungsmittel zeigen, sind u. a.
U.S.
Patent Nr. 1,870,099 an Croan;
U.S. Patent Nr. 2,287,067 an Schmidt;
U.S. Patent Nr. 3,103,311 an
Kempf;
U.S. Patent Nr. 3,288,052 an
Hough;
U.S. Patent Nr. 3,459,586 an
Kiwiet et al.;
U.S. Patent Nr. 3,606,099 an
Benson;
U.S. Patent Nr. 3,961,755 an Morine
et al.;
U.S. Patent Nr. 4,018,367 an
Morine et al.;
U.S. Patent Nr.
4,043,294 an Morine et al.;
U.S. Patent
Nr. 4,058,083 an Miller;
U.S.
Patent Nr. 4,407,217 an Jackson;
U.S. Patent Nr. 5,328,509 an Essex;
U.S. Patent Nr. 5,463,938 an
Sarukawa et al.;
U.S. Patent
Nr. 5,478,583 an Jarrett et al.;
U.S. Patent Nr. 5,575,848 an Chedville;
und
U.S. Patent Nr. 5,865,890 an
Makujina.
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US-A-2,876,736 offenbart
ein Zentrifugalsprühgerät, welches
die Merkmale der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 3 umfasst.
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Bei
einem Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Nahrungsmittel
werden die Nahrungsmittelstücke
in einen Teig eingetaucht. Eintauchverfahren sind vorteilhaft, da
sie eine Beschichtung über
einem ganzen Nahrungsmittel stück
liefern. Allerdings wird das Eintauchmaterial durch Nahrungsmittelproduktrückstände, die
beim Eintauchen aufeinander folgender Nahrungsmittelstücke von dem
Nahrungsmittel zu dem Teig übertragen
werden, allmählich
verunreinigt. Schließlich
muss der Teig entsorgt werden, was dazu führt, dass eine relativ große Menge
ungenutzten Teiges verloren wird.
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Bei
einem weiteren Verfahren zum Beschichten von Nahrungsmitteln wird
ein Teig durch eine Düse
gesprüht,
welche auf die Nahrungsmittel gerichtet ist, die auf einem Förderband
unterhalb der Düsen
transportiert werden. Düsenverfahren
liefern typischerweise eine Beschichtung auf nur einer Seite des
Nahrungsmittelprodukts. Zudem werden die Düsen häufig mit Teig verstopft, insbesondere,
wenn der Teig partikelförmiges
Material umfasst. Daher muss die Viskosität von Teig, der mittels des
Düsenverfahrens
aufgebracht werden kann, minimiert sein, um ein Verstopfen der Düsen zu vermindern.
Zudem muss auch die Größe jeglichen
in dem Teig enthaltenen partikelförmigen Materials minimiert
werden, um ein Verstopfen der Düsen
zu verhindern.
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Bei
einem weiteren Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf Nahrungsmittel
werden rotierende Zerstäuber
oder Drehscheiben verwendet. Bei einem Beschichten von Nahrungsmitteln
unter Verwendung eines rotierenden Zerstäubers wird üblicherweise Teig durch eine
Düse auf
die Oberfläche einer
Drehscheibe gesprüht,
von der der Teig auf das Nahrungsmittelprodukt gesprüht wird.
Typischerweise wird das Nahrungsmittelprodukt mit dem Förderband
transportiert wie bei dem Düsenverfahren.
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Was
auf diesem Gebiet benötigt
wird, ist eine Vorrichtung und ein Gerät zum Einschließen oder gleichmäßigen Beschichten
aller Oberflächen
eines Nahrungsmittelprodukts mit einem Fluid relativ hoher Viskosität, das partikelför miges Material
umfassen kann, während
Abfall und Verunreinigung minimiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
durch das vorliegende System und die vorliegende Vorrichtung bereitgestellten
Vorteile umfassen ein Verfahren zum Einschließen oder Liefern einer im Wesentlichen
gleichmäßigen Beschichtung auf
allen Seiten des Nahrungsmittelprodukts. Die Vorrichtung und das
Verfahren liefern eine im Wesentlichen gleichmäßige Beschichtung von Artikeln unabhängig von
ihrer Position auf einem Förderband. Das
Verfahren liefert auch eine minimale Verunreinigung des Teigs und
ermöglicht
somit eine Wiederaufbereitung und Wiederverwendung von zuvor abgegebenem
Teig aus dem Sprühprozess.
Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung ermöglichen
es auch, Fluide mit einem breiten Bereich an Viskositäten auf
Nahrungsmittelprodukte aufzubringen. Weiterhin ermöglicht es
die Bauweise der vorliegenden rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen, dass ein
breiter Bereich von Partikelgrößen dem Fluid
zugesetzt und von der Vorrichtung abgegeben wird, ohne dass die
Fluidverteilungsdüsen
verstopfen.
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Die
Erfindung ist in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 3 definiert. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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In
einer Ausführungsform
ist die vorliegende Offenbarung auf eine rotierende Zerstäubungsvorrichtung
gerichtet, die zwei voneinander beabstandete, einander gegenüberliegende
Scheiben umfasst, von denen jede einen Umfang und eine innere Oberfläche aufweist.
Dazwischen ist eine zentrale Nabe angeordnet, die mit jeder Scheibe
verbunden ist. Eine Bohrung erstreckt sich ko axial durch die erste Scheibe,
die zentrale Nabe und die zweite Scheibe. Ein Flansch erstreckt
sich im Wesentlichen senkrecht von der inneren Oberfläche jeder
Scheibe aus am Umfang jeder Scheibe.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Offenbarung auf eine rotierende Zerstäubungsvorrichtung
bezogen, die eine Scheibe umfasst, welche einen Umfang und einander
gegenüberliegende
Außenflächen aufweist.
Ein Frustum erstreckt sich von jeder der einander gegenüberliegenden
Außenflächen aus.
Jedes Frustum weist eine Außenfläche und
eine zu der Scheibe parallele Fläche
auf. Eine Bohrung erstreckt sich koaxial durch die Scheibe. Ein
Flansch erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht von jeder der einander
gegenüberliegenden
Außenflächen der
Scheibe aus am Umfang der Scheibe.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
versteht sich, dass die Zeichnungen nur dem Zweck der Illustration
dienen und nicht die Grenzen der Erfindung definieren sollen. Das
Voranstehende und weitere Ziele und Vorteile der hier beschriebenen
Ausführungsformen
werden mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung offensichtlich
werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden illustrativen
Zeichnungen betrachtet wird, in welchen:
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1 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
einer rotierenden Zerstäubungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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2 eine
Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 ist;
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3 eine
Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 ist, wobei
diese in Eingriff mit einer Lagerbuchse und einer Antriebswelle
gezeigt ist;
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4 eine
Seitenansicht der zentralen Nabe der Vorrichtung aus 1 ist;
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5 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1 ist;
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6 eine
isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer rotierenden
Zerstäubungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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7 eine
isometrische Ansicht einer Scheibe der Vorrichtung aus 6 ist;
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8 eine
Schnittansicht der Vorrichtung aus 7 ist;
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9 eine
isometrische Ansicht einer Abdeckscheibe der Vorrichtung aus 6 ist;
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10 eine
Schnittansicht der Abdeckscheibe aus 9 ist;
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11 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
eines Geräts
für das
Aufbringen von Fluid auf eine Oberfläche ist, mit dem Deckel in
einer geschlossenen Stellung;
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12 eine
isometrische Ansicht des Geräts aus 11 mit
dem Deckel in einer geöffneten
Stellung ist;
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13 eine
Schnittansicht des Geräts
aus 11 ist;
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14 eine
isometrische Ansicht der Lade des Geräts aus 11 ist;
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15 eine
Seitenansicht der Vorrichtung aus 1 ist, die
diese in relativem Eingriff mit einem Fluidverteilungsrohr zeigt;
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16 eine
Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Geräts zum Aufbringen
von Fluid auf eine Oberfläche
ist;
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17 eine
Rückansicht
des Geräts
aus 16 ist;
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18 eine
isometrische Ansicht des Deckelteils des Geräts aus 16 ist;
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19 eine
isometrische Draufsicht des Deckelteils des Geräts aus 16 ist;
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20 eine
isometrische Ansicht eines Zubehörteils
zur Verwendung mit den rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen der vorliegenden
Offenbarung ist;
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21 ein
Schnitt des Zubehörteils
aus 20 ist;
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22 das
Zubehörteil
aus 20 entlang der Linie 22-22 zeigt;
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23 das
Zubehörteil
aus 20 entlang der Linie 23-23 zeigt;
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24 eine
Schnittansicht des Zubehörteils aus 20 in
zusammenwirkenden Eingriff mit einer Ausführungsform eines rotierenden
Zerstäubers
gemäß der vorliegenden
Offenbarung zeigt; und
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25 eine
Schnittansicht des Zubehörteils aus 20 in
zusammenwirkendem Eingriff mit zusätzlichen rotierenden Zerstäubern gemäß der vorliegenden
Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Offenbarung ist gerichtet auf ein System und ein Verfahren
zum Aufbringen eines Fluidmaterials auf einen Artikel, wobei eine
Fluidverteilungs- oder rotierende Zerstäubungsvorrichtung verwendet
wird, und auf ein Gerät,
das die Vorrichtung umfasst, und auf ein Verfahren zur Verwendung der
Vorrichtung und des Geräts.
Die rotierende Zerstäubungsvorrichtung
ermöglicht
es, Fluide unterschiedlicher Viskositäten auf eine Oberfläche aufzubringen.
Unabhängig
von der Viskosität
des Fluids ist die rotierende Zerstäubungsvorrichtung auch verwendbar
für das
Aufbringen von Fluiden, die relativ große Menge partikelförmigen Materials
umfassen können.
Die Vorrichtung ist besonders nützlich
für das
Aufbringen von Teig auf Nahrungsmittel, insbesondere von relativ
viskosem Teig, bis zu mindestens etwa 50% Feststoffgehalt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
können
die Vorrichtung und das Verfahren verwendet werden, um einen Teig
auf Nahrungsmittelprodukte abzugeben, um die Nahrungsmittelprodukte
zu beschichten. Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen
es, einen unerwartet weiten Bereich von Teigvisko sitäten auf
die Nahrungsmittelprodukte aufzubringen, ebenso wie Teige, die relativ
große
Partikel umfassen, ohne dass das Gerät verstopft und während eine
Verunreinigung des Teigs minimiert wird.
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Eine
Ausführungsform
einer rotierenden Zerstäubungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung
wird mit Verweis auf 1–5 erläutert. 1 zeigt
Vorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht einschließlich zweier
voneinander beabstandeter, einander gegenüberliegender Scheiben 12a,
b. Wie in 2 und 3 gezeigt
ist, sind die voneinander beabstandeten, einander gegenüberliegenden
Scheiben 12a, b im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer
Ebene "P1",
und jede umfasst eine Innenfläche 14a,
b, eine Außenfläche 16a,
b und einen Umfang 18a, b. Bei der vorliegenden Ausführungsform
beträgt
der Abstand S1 zwischen den Scheiben 12a,
b vorzugsweise ca. 5 cm (ca. 2 Inches), und jede Scheibe 12a,
b weist vorzugsweise einen Durchmesser D1 von
ca. 17,5 cm (ca. 7 Inches) auf.
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Eine
zentral angeordnete Nabe 20, welche eine Außenfläche 22 aufweist,
verbindet die Innenflächen 14a,
b der Scheiben 12a, b. Eine axiale Bohrung 24 erstreckt
sich durch die Nabe 20 in koaxialer Ausrichtung mit einer
Achse "a", welche im Wesentlichen
senkrecht zu der Ebene P1 verläuft. Vorzugsweise
umfasst die Bohrung 24 Stufen 24a und 24b für einen
Eingriff mit einer Lagerbuchse 26 und einer Antriebswelle 30,
wie in 3 gezeigt, wobei der Zweck dieser Maßnahme nachstehend
detaillierter erläutert
werden wird. Die Lagerbuchse 26 ist vorzugsweise eine schnell
anbringbare, nutlose Ladebuchse oder eine Transtorque-Lagerbuchse.
Eine Mehrzahl von Öffnungen 32 kann
vorzugsweise radial bezüglich
der Bohrung 24 der zentralen Nabe 20 angeordnet
sein, um einen Eingriff der zentralen Nabe 20 mit jeder
Scheibe 12a, b durch Befestigungsmittel 34, welche
hier als Schrauben dargestellt sind, zu ermöglichen.
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Wie
in 2–4 in
ihrer Gesamtheit gezeigt ist, umfasst die Außenfläche 22 der zentralen Nabe 20 zwei
Oberflächen 22a,
b, die sich an der Ebene P1 schneiden. Die
Außenflächen 22a,
b verlaufen im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Ebene P1 und
erstrecken sich von der Ebene P1 aus in
Richtung auf jeweils einen Umfang 18a, b wodurch sie einen
Winkel θ1 definieren, welcher vorzugsweise weniger
als ca. 90° beträgt und stärker bevorzugt
in dem Bereich von ca. 30° bis
ca. 60° liegt.
Somit verleihen die Außenflächen 22a,
b der zentralen Nabe 22 eine im Wesentlichen V-förmige oder
sanduhrförmige
Außenfläche 22.
Der Winkel θ1 der Außenfläche 22 der
Nabe 20 kann von Bedeutung sein für die Maximierung der Menge
an Fluid, das von der Vorrichtung 10 verteilt werden kann,
wie nachstehend detaillierter erläutert werden wird. Wie in 5 gezeigt
ist, weist die zentrale Nabe 22 bei der vorliegenden Ausführungsform
vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 6,5 cm (ca. 2,5 Inches) auf.
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Erneut
Bezug nehmend auf 2 und 3, erstrecken
sich Flansche 36a, b im Wesentlichen senkrecht von jeder
Innenfläche 14a,
b aus entlang des Umfangs 18a, b. Die Flansche 36a,
b können
eine Breite W1 im Bereich von ca. 0,6 cm
bis ca. 5 cm (ca. ¼ Inch
bis ca. 2 Inch) aufweisen, stärker
bevorzugt ca. 1,2 cm bis ca. 3,8 cm (ca. ½ Inch bis ca. 1 ½ Inch).
Bei der vorliegenden Ausführungsform
beträgt
die Breite W1 ca. 1,2 cm (ca. ½ Inch).
Um die Herstellung zu erleichtern, weist der Schnitt der Innenfläche jeder
Scheibe 12a, b mit den Flanschen 36a, b vorzugsweise
einen Radius von ca. 0,6 cm (ca. ¼ Inch) auf. Es wird angenommen,
dass der Radius die Bewegung von Fluid auf das Ende des Flansches
zu, wo es zerstäubt
wird, verstärkt.
Allerdings ist auch ein senkrechter Schnitt der Innenfläche jeder Scheibe 12a,
b mit den Flanschen 36a, b möglich.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Innenfläche 14a,
b jeder Scheibe 12a, b eine Ausnehmung 38a, b
umfassen, in welche eine Schulter 39a, b der zentralen
Nabe 20 aufgenommen werden kann. Vorzugsweise kann die
Ausnehmung 38a, b einen Durchmesser aufweisen, welcher
ausreichend ist, um eine Reibpassung der zentralen Nabe 20 darin
zu ermöglichen.
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Die
Scheiben 12a, b und die zentrale Nabe 22 können einheitlich
oder integral sein, je nach dem Herstellungsmaterial und dem Verfahren
zur Herstellung der Scheiben. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 10,
wenn sie in der Nahrungsmittelindustrie verwendet wird, aus einem
nahrungsmittelgerechten Material, einschließlich Kunststoffen wie beispielsweise
Delrin(TM) oder Ultrahochmolekulargewicht-Polyethylen
(UMHW-PE) und Metallen wie beispielsweise rostfreiem Stahl der Klasse
304/316, hergestellt oder geformt. Der Fachmann wird erkennen, dass
die Abmessungen der Vorrichtung 10 in Abhängigkeit von
der besonderen Anwendung, in der sie eingesetzt wird, je nach Bedarf
variieren können.
Sämtliche
Oberflächen
der Vorrichtung 10 sind bei der vorliegenden Ausführungsform
im Wesentlichen glatt und flach. Der Fachmann wird ebenso erkennen, dass
es möglich
ist, dass einzelne oder sämtliche Oberflächen der
Vorrichtung 10 in sie eingearbeitete Muster oder Nuten
umfassen, wie es auf dem Fachgebiet der Rotationszerstäubung bekannt
ist, wenn es die Leistung der Vorrichtungen verbessern wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer rotierenden Zerstäubungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Offenbarung wird nun mit Verweis auf 6–10 beschrieben
werden. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Mehrzahl von aufein anderfolgend angeordneten
Scheiben 102. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
können
Abdeckscheiben 104 an einander gegenüberliegenden Enden der Reihe
von Scheiben 102 positioniert sein. Die Struktur der Scheiben 102 ermöglicht es,
dass sie miteinander in aufeinander folgender Anordnung verbunden
werden können,
wodurch die Menge an Fluid erhöht
wird, das auf eine Oberfläche
aufgebracht werden kann, oder das Aufbringen von Fluid auf einen
größeren Oberflächenbereich
ermöglicht
wird, als mit der Vorrichtung 10 möglich sein kann.
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Eine
einzelne Scheibe 102 wird nun mit Verweis auf 7–8 beschrieben
werden. Wie gezeigt, ist die Scheibe 102 in der Konstruktion
im Wesentlichen symmetrisch bezüglich
einer Ebene "P2". Jede
Scheibe 102 umfasst einander gegenüberliegende Seitenflächen 106a,
b, welche einen Umfang 108 aufweisen. Ein zentral angeordnetes
Frustum 108a, b kann auf jeder Seitenfläche 106a, b angeordnet
sein. Die Frusten 108a, b weisen jeweils eine Oberfläche 110a,
b und eine Außenfläche 112a,
b auf. Eine axiale Bohrung 114 erstreckt sich durch die Frusten 108a,
b in koaxialer Ausrichtung mit einer Achse "a2", welche im Wesentlichen
senkrecht zu der Ebene P2 verläuft. Flansche 116a,
b erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht von jeder Seitenfläche 106a,
b entlang des Umfangs 108. Vorzugsweise ist in den Oberflächen 110a,
b aus jedes Frustums 108a, b eine Mehrzahl von Öffnungen 118 zur
Aufnahme von Stiften 120 ausgebildet, wie nachstehend detaillierter
erläutert
wird.
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Eine
einzelne Abdeckscheibe 104 wird nun mit Verweis auf 9–10 erläutert werden.
Wie gezeigt ist, umfasst die Scheibe 104 einen Umfang 108 und
zwei einander gegenüberliegende
Seiten 120a, b. Die Seite 120a ist in der Konstruktion
im Wesentlichen ähnlich
zu der Seitenfläche 106a der Scheibe 102,
während
die Seite 120b im Wesentlichen eben ist. Die Seite 120a um fasst
somit ein zentral angeordnetes Frustum 108a, welcher eine
Oberfläche 110 und
eine Außenfläche 112a aufweist.
Eine axiale Bohrung 114 erstreckt sich durch das Frustum 108a in
koaxialer Ausrichtung mit einer Achse "a3", welche im Wesentlichen
senkrecht zu einer Ebene P3 verläuft. Die
Bohrung 114 umfasst eine Stufe 122 zur Aufnahme
einer Transtorque-Lagerbuchse. Ein Flansch 116a erstreckt
sich im Wesentlichen senkrecht von der Seitenfläche 120a aus entlang
des Umfangs 108. Vorzugsweise ist in der Oberfläche 110 des
Frustums 108a eine Mehrzahl von Öffnungen 118 zur Aufnahme
von Stiften 120 ausgebildet.
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Wie
bei der vorangegangenen Ausführungsform
können
die Abmessungen der Scheiben 102 und der Abdeckscheiben 104 in
Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung, in der sie verwendet werden, variieren.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
weist jede Scheibe 102 und 104 einen Außendurchmesser
D1 von ca. 17,5 cm (ca. 7 Inches) auf. Der
Durchmesser D2 der zentralen Nabe beträgt vorzugsweise
ca. 6,5 cm (ca. 2,5 Inches), und der Abstand S1 zwischen
jeweils aufeinanderfolgend angeordneten Scheiben 102 und
zwischen einer Scheibe 102 und einer Abdeckscheibe 104 beträgt vorzugsweise
ca. 5 cm (ca. 2 Inches).
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Wie
bei der vorangegangenen Ausführungsform
können
die Scheiben 102 und 104 eine einheitliche oder
integrale Bauweise aufweisen, je nach dem Herstellungsmaterial und
dem Verfahren zur Herstellung der Scheiben. Vorzugsweise ist die
Vorrichtung 100, wenn sie in der Nahrungsmittelindustrie verwendet
wird, aus einen nahrungsmittelgerechten Material, einschließlich Kunststoffen
wie beispielsweise Delrin(TM) oder Ultrahochmolekulargewicht-Polyethylen
(UMHW-PE) und Metallen wie beispielsweise rostfreiem Stahl der Klasse
304/316, hergestellt oder geformt. Der Fachmann wird erkennen, dass die Abmessungen
der Vorrichtung 100 in Abhängigkeit von der besonderen
Anwendung, in der sie eingesetzt wird, je nach Bedarf variieren
können.
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Sämtliche
Oberflächen
der Vorrichtung 100 sind bei der vorliegenden Ausführungsform
im Wesentlichen glatt und flach. Der Fachmann wird ebenso erkennen,
dass es möglich
ist, dass einzelne oder sämtliche
Oberflächen
der Vorrichtung 10 in sie eingearbeitete Muster oder Nuten
umfassen, wie es auf dem Fachgebiet der Rotationszerstäubung bekannt ist,
wenn es die Leistung der Vorrichtung verbessern wird.
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11–14 zeigen
einen weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, welcher ein
Gerät 150 zum
Beschichten von Artikeln mit einem Fluidmaterial ist, vorzugsweise
zum Beschichten von Nahrungsmittelartikeln mit Teig. Ein beispielhaftes Gerät 150 ist
in perspektivischer Ansicht in 11 und 12 gezeigt.
Wie gezeigt, umfasst das Gerät 150 ein
Gestell 152, welches eine Kammer 154 hält, die
ein Einlassende 156 und ein Auslassende 158 aufweist.
Die Kammer 154 umfasst eine mit einem Deckel 162 verbundene
Basis 160. Die Basis 160 weist vorzugsweise abwärts geneigte
Seiten 160a, b auf, die sich an dem unteren Ende 162 der
Basis 160 oberhalb eines Fluidreservoirs 164 schneiden.
Der Deckel 162 kann bei bevorzugten Ausführungsformen
verschwenkbar mit der Basis 160 verbunden sein. Ein Bedienfeld 166 kann
zweckmäßigerweise auf
dem Deckel 162 angeordnet sein, um einen Bediener in die
Lage zu versetzen, verschiedene Steuerungen zu betätigen. Mit
Strom kann das Gerät 150 durch
jedes geeignete Mittel versorgt werden.
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Eine
Mehrzahl der voranstehend beschriebenen rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen 10 sind
innerhalb des Deckels 162 und der Basis 160 angeordnet.
Obwohl hier mit mehreren rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen gezeigt, wird
der Fachmann erkennen, dass es möglich
ist, dass nur eine notwendig ist, je nach der besonderen Anwendung. Gleichermaßen kann
jede Anzahl von Vorrichtungen 10 in einem Gerät vorgesehen
sein, wenn es nötig oder
gewünscht
ist. Wie am besten in 13 gezeigt ist, sind zwei Vorrichtungen 10a,
b in dem Deckel 162 angeordnet. Jede Vorrichtung 10a,
b ist auf Antriebswellen 168a, b gehalten, die sich durch
den Deckel 162 erstrecken und mit einem Motor 170a,
b, welcher die Wellen 168a, b antreibt, verbunden sind.
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Die
Basis 160 umfasst ein Halteglied 172 zum Halten
mehrerer der vorangegangenen rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen. Wie am
besten in 13 und 14 in
ihrer Gesamtheit gezeigt ist, weist das Halteglied 172 eine
ladenartige Bauweise auf, durch die es unter Verwendung beispielsweise eines
Griffs 174 verschiebbar von der Basis 160 entfernt
werden kann. Zwei Vorrichtungen 10a und zwei Vorrichtungen 10b sind
aufeinander gegenüberliegenden
Seiten der Lade 172 angeordnet. Sämtliche vier Vorrichtungen 10a,
b sind auf Antriebswellen 176a, b gehalten, die sich durch
die Wandung der Lade 172 erstrecken und mit Motoren 178a,
b verbunden sind, welche die Antriebswellen 176a, b drehbar
antreiben. Ein Fluidabgaberohr 180 (nicht in jeder Zeichnung
gezeigt) kann innerhalb jeder Vorrichtung 10a, b der Außenfläche der
zentralen Nabe benachbart angeordnet sein. Das Abgaberohr 180 kann
einen Durchmesser im Bereich von ca. 0,3 cm bis ca. 2,5 cm (ca.
1/8 Inch bis ca. 1 Inch), stärker
bevorzugt ca. 0,6 cm bis ca. 1,9 cm (ca. ¼ Inch bis ¾ Inch)
aufweisen. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Durchmesser
des Verteilungsrohrs 180 ca. 1,2 cm (ca. ½ Inch).
Eine beispielhafte Anordnung eines Fluidabgaberohrs 180 zwischen
Scheiben 12a, b ist in 15 gezeigt.
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Das
Fluidabgaberohr 180 kann Fluid verteilen, das aus dem Fluidreservoir 164 entnommen wird,
welches eine Quelle von Fluid enthält, das mittels verschie dener
geeignet verbundener Fluidabgabeleitungen abgegeben werden soll.
Wie in 11 bis 13 gezeigt,
sind zwei motorgetriebene Pumpen 182, 184 auf
dem Gestell 152 gehalten. Die Pumpe 182 entnimmt
Fluid aus dem Reservoir 164 durch eine Leitung 186 und
gibt das Fluid durch eine Leitung 188 ab, welche sich durch
die Vorderseite der Lade 172 erstreckt und fluidisch mit
den Vorrichtungen 10a, b verbunden ist, wie am besten in 14 gezeigt
ist. Auf ähnliche
Weise entnimmt die Pumpe 184 Fluid aus dem Reservoir 165 durch
eine Leitung 190 (siehe 13) und
gibt das Fluid durch Leitungen 192a, b ab, welche fluidisch
mit den Vorrichtungen 10a, b innerhalb des Deckels 162 verbunden sind.
Die vorangegangenen Abgabeleitungen können einen Durchmesser im Bereich
von ca. 1,2 cm bis ca. 5 cm (ca. ½ Inch bis ca. 2 Inch), stärker bevorzugt
ca. 1,9 cm bis ca. 3,8 cm (ca. ¾ Inch bis ca. 1 ½ Inch)
aufweisen. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Durchmesser
der Abgabeleitungen ca. 1,2 cm (ca. ½ Inch).
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Eine
allgemein mit 194 bezeichnete Beförderungsbaugruppe umfasst einen
Motor 196 zum rotierenden Antreiben einer Mehrzahl von
Rollen 198, welche an verschiedenen Positionen innerhalb
der Basis 160 angeordnet sind und an welchen ein Beförderungsglied 199,
welches hier als Band dargestellt ist, vorgesehen ist. Das Band 199 ist
so angeordnet, dass es in einer Querbewegung innerhalb der Basis 160 von
dem Einlassende 156 zu dem Auslassende 158 betreibbar
ist. Derartige Beförderungsbaugruppen
sind auf dem Fachgebiet bekannt und werden hier nicht detailliert
beschrieben werden. Vorzugsweise sind die Rollen 198 so
angeordnet, dass das Beförderungsglied 199 im
Wesentlichen an die Seiten 160a, b der Basis 160 angepasst
ist.
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Vorzugsweise
können
die Komponenten des Geräts 150,
die in Kontakt mit Nahrungsmitteln gelangen, wenn es in der Nahrungsmittelindustrie
verwendet wird, aus einen nahrungsmittelgerechten Material, einschließlich Kunststoffen
wie beispielsweise Delrin(TM) oder Ultrahochmolekulargewicht-Polyethylen
(UMHW-PE) und Metallen wie beispielsweise rostfreiem Stahl der Klasse
304/316, hergestellt sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die
Abmessungen des Geräts 150 in
Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung, in der es eingesetzt wird, je nach Bedarf
variieren können.
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Im
Betrieb wird das System mit Strom versorgt und zu beschichtende
Artikel, vorzugsweise Nahrungsmittelartikel, werden auf dem Beförderungsband
platziert. Die rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen 10a,
b können
so eingestellt sein, dass sie mit einer Geschwindigkeit von ca.
1500 min–1 bis ca.
200 min–1 rotieren,
wobei ca. 1725 min–1 optimal ist. Generell
werden bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten große Tropfen
von den Scheiben abgegeben anstelle eines feinen Sprühnebels
aus Teig. Zudem ist die Richtung, in die der Teig abgegeben wird,
stärker
beschränkt,
wodurch eine dickere, ungleichmäßigere Beschichtung
auf dem Nahrungsmittelprodukt ausgebildet wird. Auch reicht im Allgemeinen
bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Verweilzeit des Teigs in
der Vorrichtung nicht dafür
aus, dass er einen genügenden
Impuls erhalten kann, um zerstäubt
und dadurch als feiner Sprühnebel
abgegeben zu werden.
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Teig
kann anschließend
aus dem Reservoir entnommen und an jede rotierende Zerstäubungsvorrichtung
sowohl im Deckel als auch in der Basis verteilt werden, während das
Beförderungsband
sich zu bewegen beginnt. Übliche
Bandgeschwindigkeiten in der Nahrungsmittelindustrie liegen in einem Bereich
von ca. 50 min–1 bis ca. 100 min–1.
Die vorliegenden Verfahren bieten in manchen Fällen einen erweiterten Bandgeschwindigkeitsbereich
von ca. 5 min–1 bis
zu ca. 200 min–1 oder mehr. Die mit
dem vorliegenden Verfahren möglichen
er höhten
Bandgeschwindigkeiten ergeben sich teilweise aus der erhöhten Kapazität der vorliegenden
rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen
und Systeme, ebenso wie aus der erhöhten Verweilzeit des Teigs
in den rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen.
Der Fachmann wird erkennen, dass Modifikationen nötig sein
können,
um bei einer derartigen Bandgeschwindigkeit zu arbeiten. Beispielsweise
kann es notwendig sein, ein anderes Beförderungsband zu verwenden oder
die Rotationsrate der Zerstäuber
zu ändern,
die Anzahl und Position der rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen zu ändern, den
Abstand zwischen den rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen und dem
Förderungsband
zu ändern.
Derartige Modifikationen werden für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich sein und können
durch Routineversuche erzielt werden.
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Teig
aus den Fluidverteilungsrohren sowohl in dem Deckel als auch in
der Basis wird auf die zentrale Nabe jeder rotierenden Zerstäubungsvorrichtung
gesprüht.
Wenn der Teig in Kontakt mit der Außenfläche der zentralen Nabe gelangt,
wird der Teig derart zurückgeworfen,
dass er auf die Flansche der Scheiben trifft. Die Flansche erhöhen die
Verweilzeit des Teigs in der Scheibe, wodurch der Teig den Impuls
erhalten kann, der notwendig dafür
ist, dass er zerstäubt
wird, wenn der Teig die Scheibe verlässt. Damit ermöglicht es
die Einbeziehung der Flansche in die Scheibenkonstruktion, viskosere
Teige abzugeben. Der erhöhte
Impuls liefert die Energie, die dafür notwendig ist, dass der Teig
in einen feinen Sprühnebel
zerstäubt
wird, woraus sich eine einheitliche Beschichtung auf den zu beschichtenden
Artikeln ergibt. Die Flansche verhindern, dass Teig zu schnell von
der Scheibe abgegeben wird, was beispielsweise zu großen Teigtropfen,
herablaufendem Teig und allgemein einer ungleichmäßigen Beschichtung
führen
würde.
Typischerweise können
Fluide, welche eine Viskosität
von bis zu ca. 12 bis 14 Sekunden in einem #3 Stein-Becher (erhältlich von
Stein/DSI, einem Tochterunternehmen von FMC Food TECH, ansässig in
Sandusky Ohio) und/oder einen Feststoffgehalt von ca. 50% aufweisen,
unter Verwendung der vorliegenden Vorrichtungen und Verfahren abgegeben
werden.
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Somit
können
unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens Nahrungsmittelartikel
im Wesentlichen gleichmäßig auf
allen Seiten, mit einem relativ viskosen Fluid oder Teig, bei einer
relativ hohen Geschwindigkeit, die mit den meisten Nahrungsmittel-Fertigungsbändern kompatibel
ist, beschichtet werden. Die Bauweise der rotierenden Zerstäubungsvorrichtung
gestattet es, dass relativ viskose Fluide oder Teige zerstäubt werden.
Die Bauweise der rotierenden Zerstäubungsvorrichtung bietet weiterhin
Platz für
ein relativ hohes Volumen an Fluid oder Teig ohne ein Tropfen auf
die Nahrungsmittel.
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16 bis 19 zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines Beschichtungsgeräts.
Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, unterscheidet sich Gerät 250 von
Gerät 150 in
Größe und Form,
umfasst aber sonst im Wesentlichen dieselben Komponenten mit der
Ausnahme, dass es rotierende Zerstäubungsvorrichtungen 100 anstatt
Vorrichtungen 10 umfasst. Wo dies möglich war, wurden Bezugszeichen,
die die gleichen oder ähnliche
Komponenten wie in der vorangegangenen Ausführungsform bezeichnen, durch einen
Austausch der Ziffer "1" mit der Ziffer "2" geändert.
Somit wird 152 zu 252 usw.
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Die
Verwendung der rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen 100 in
dem Gerät 250 bietet
eine erhöhte
Fluidverteilungskapazität,
wodurch die Beschichtung relativ großer Mengen von Artikeln oder alternativ
ein Beschichten bei höherer
Geschwindigkeit ermöglicht
wird. Wie in den 16–20 in
ihrer Gesamtheit gezeigt ist, umfasst ein Deckel 262 des
Geräts 250 eine
Mehrzahl an Vorrichtungen 100, die für eine Rotation auf Antriebswellen 268,
welche von einem Motor 270 drehbar angetrieben sind, angebracht
sind. Die Vorrichtungen 100 können innerhalb des Deckels 262 voneinander
beabstandet sein (wie am besten in 18 zu
sehen ist) und innerhalb des Deckels 262 zueinander versetzt
angeordnet sein, so dass sie das von benachbarten Vorrichtungen 100 verteilte
Fluid nicht behindern (wie am besten in 19 zu
sehen ist). In ähnlicher
Weise umfasst auch die Basis 260 des Geräts 250 eine
Mehrzahl von aufeinanderfolgend angeordneten rotierenden Zerstäubungsvorrichtungen 100,
welche für
eine Rotation auf einer von einem Motor 278 angetriebenen
Antriebswelle 276 angebracht sind.
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Wie
bei dem vorangegangenen Gerät
können
die Komponenten von Gerät 250,
die in Kontakt mit Nahrungsmitteln gelangen, aus einem nahrungsmittelgerechten
Material, einschließlich
Kunststoffen wie beispielsweise Delrin(TM) oder
Ultrahochmolekulargewicht-Polyethylen (UMHW-PE) und Metallen wie
beispielsweise rostfreiem Stahl der Klasse 304/316, hergestellt
sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Abmessungen des Geräts 250 in
Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung, in der es eingesetzt wird, je nach
Bedarf variieren können.
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20–25 zeigen
einen weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, welcher auf
ein Zubehörteil 300 zur
Verwendung in Zusammenwirkung mit einer der Vorrichtungen 10, 100 und
somit mit den Geräten 150, 250 gerichtet
ist. Wie in 20 gezeigt ist, kann das Zubehörteil 300 einen
im Wesentlichen ringförmigen
Teil 302 umfassen. Wie in isometrischer Ansicht in 21 gezeigt
ist, umfasst der ringförmige
Teil 302 zwei Abschnitte 306, 308, die durch
Befestigungsmittel 310, welche in Öffnungen 308 eingeführt sind,
miteinander verbunden sind. Abschnitt 308 umfasst eine Öffnung 312,
in welche das Fluidverteilungsrohr 180 fest eingefügt werden
kann. Wie in 22–23 gezeigt
ist, weist jeder Abschnitt 306, 308 eine im wesentlichen
flache Innenfläche 314a,
b auf, von der aus sich geneigte Oberflächen 316a, b und 318a,
b nach außen
hin erstrecken. Abschnitt 306 weist vorzugsweise eine im
Wesentlichen gekrümmte
Außenfläche 320 auf,
während
Abschnitt 308 eine im Wesentlichen flache Außenfläche 322 aufweist.
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24–25 zeigen
eine beispielhafte Anordnung, bei der der ringförmige Teil 302 in
Zusammenwirkung mit einer Scheibe 102 und einer Abdeckscheibe 104 verwendet
wird. Wie gezeigt ist, können
die Scheiben 102, 104 auf einer drehbaren hohlen
Antriebswelle 324 angebracht sein, welche beispielsweise
mit einem Fluidverteiler verbunden sein kann, um Fluid oder Teig
in die hohle Antriebsachse 324 aufzunehmen. Die Scheiben 102, 104 sind durch
in die Öffnungen
auf jeder der einander gegenüberliegenden
Seiten der Scheiben 102, 104 eingeführte Stifte
miteinander verbunden. Bevor die Stifte eingeführt werden, muss der ringförmige Teil 302 um den
frustokonischen Teil herum angebracht werden. Selbstverständlich kann
das Zubehörteil 300,
auch wenn dies hier nicht gezeigt ist, auch zwischen Scheiben 12a,
b einer Vorrichtung 10 angeordnet sein.
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Während des
Betriebs eines Gerätes
wird Fluid direkt von der hohlen Antriebsachse 324 zu dem
ringförmigen
Teil 302 verteilt, welcher als Abflussrinne fungiert und
Fluid sammelt und an die Innenflächen
der rotierenden Scheiben der Vorrichtungen 10, 100 verteilt.
Somit wird jegliches Fluid, das aus der hohlen Antriebsachse 324 verteilt
wird und welches nicht unmittelbar auf den Kegel oder Innenflächen der
Scheiben geworfen wird, gesammelt. Dadurch wird verhindert, dass
Fluid, das noch nicht den notwendigen Impuls aufweist, um zerstäubt zu werden,
auf die zu beschichtenden Artikel tropft. Damit ver längert das
Zubehörteil 302 effektiv
die Verweilzeit von Fluid, welches von den Fluidverteilungsrohren 180 abgegeben
wird, in den Vorrichtungen 10, 100.
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Während hier
eine bestimmte, spezifische die Erfindung verkörpernde Struktur gezeigt und
beschrieben ist, wird es für
den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Umordnungen der Teile vorgenommen werden können, ohne den Bereich der
angefügten
Ansprüche
zu verlassen.