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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Beschichten eines Produktes und ist insbesondere, obgleich nicht
zwangsläufig,
für ein
Verfahren und eine Vorrichtung für
das Beschichten von Lebensmittelprodukten anwendbar.
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Es
gibt eine breite Vielzahl von Produkten, die mit einer Substanz
(beispielsweise Pulver, Flüssigkeit,
Suspension, usw.) während
ihrer Herstellung beschichtet werden müssen. Beispielsweise werden Snack-Lebensmittel,
wie beispielsweise geröstete Kartoffelcrisps
und Maischips, im Allgemeinen mit einem Geschmacksstoff beschichtet.
Es ist im Allgemeinen wünschenswert,
dass man in der Lage ist, eine gleichmäßige und steuerbare Beschichtung über die
gesamte Oberfläche
eines Produktes zu erreichen. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass man in der
Lage ist, den Verlust an Beschichtungssubstanz zu minimieren und
die Ausbreitung der Beschichtungssubstanz in die Umgebung um die
Produkte zu verringern.
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Ein
traditionelles Verfahren, das für
die Beschichtung von Snack-Lebensmitteln zur Anwendung gebracht
wird, umfasst die Verwendung einer Rotationstrommel, deren Achse
im Allgemeinen mit der Horizontalen ausgerichtet ist, aber mit einer
geringen Neigung. Die Produkte, die in ein Ende der Trommel eingeführt werden,
neigen dazu, sich zum anderen Ende zu bewegen, während sich die Trommel dreht. Ein
Geschmacksstoff in der Form eines Pulvers wird mittels einer geneigten
Rutsche zu einer Stelle innerhalb der Trommel geliefert, so dass
der Geschmacksstoff auf die zu beschichtenden Produkte gestreut
wird. Diese Verfahrensweise neigt dazu, zu einer ungleichmäßigen Beschichtung
der Produkte zu führen,
wobei die Konzentration des Geschmacksstoffes zwischen den Produktstücken und über die
Oberflächen
der einzelnen Stücke
variiert.
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Es
wurde erkannt, dass die Beschichtungsgleichmäßigkeit verbessert werden kann,
indem auf die Pulverkörner
eine Ladung aufgebracht wird, indem beispielsweise eine Drahtelektrode
verwendet wird, die im Durchlaufweg des Produktes angeordnet wird.
Wenn der Produktzuführmechanismus,
beispielsweise eine Rotationstrommel, geerdet wird, werden die zu
beschichtende Produkte ebenfalls dazu neigen, dass sie geerdet werden,
während
sie unter dem Zuführmechanismus
für den
Geschmacksstoff passieren. Aufgeladene Geschmacksstoffkörner werden
zu den Produkten in einer im Allgemeinen gleichmäßigen Weise angezogen, was
wiederum zu einer im Allgemeinen gleichmäßigen Beschichtung führt.
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Das
GB-2286515 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung für
das Bewirken eines Geschmackes bei einem Lebensmittelprodukt, das
das Führen
des Lebensmittelproduktes in einen Bereich der elektrischen Ladung
aufweist, der eine Geschmacksstoffverbindung enthält.
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Das
US 5287801 beschreibt eine
Vorrichtung für
das Beschichten von Lebensmittelprodukten, die einen Schneckenförderer für das Zuführen einer Pulverbeschichtungssubstanz
zu einer Lieferkammer aufweist. Schlitze sind in der Basis der Lieferkammer ausgebildet,
so dass die gelieferte Substanz durch die Schlitze und auf einen
Produktlieferförderer
fällt. Ein
elektrostatischer Aufladekopf ist zwischen der Lieferkammer und
dem Produktlieferförderer
angeordnet, so dass die Beschichtungssubstanz durch ein vom Aufladekopf
gebildetes elektrisches Feld fällt, wobei
es eine Ladung dabei erwirbt.
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Ein
Problem bei der Vorrichtung des im
US 5287801 beschriebenen
Vorrichtungstyps ist, dass die Schlitze in der Lieferkammer verstopft
werden können,
insbesondere, wo die umgebende Umwelt heiß und möglicherweise feucht ist (das
ist oftmals der Fall in einer Lebensmittelherstellungsanlage). Ein weiteres
potentielles Problem ist, dass die Beschichtungssubstanz nicht in
ausreichend kleine Körner vom Liefersystem
aufgebrochen werden kann. Wiederum kann dieses Problem durch eine
warme und feuchte Atmosphäre
verschlimmert werden.
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Eine
alternative elektrostatische Beschichtungsvorrichtung weist ein
Venturi-Rohr auf, durch das die Beschichtungssubstanz mittels eines
Druckgases gedrückt
wird. Beim Austreten aus einer Austrittsdüse gelangt die Substanz über eine
Aufladeelektrode. Wiederum kann sich ein Problem der Verstopfung
ergeben, während
sich die Beschichtungssubstanz innerhalb des Venturi-Rohres aufbaut.
Eine derartige Verstopfung führt
zu einer Produktionsstillstandszeit, erhöhten Betriebskosen und einer
abnehmenden Produktivität.
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Beschichten eines Produktes, das auf einer Fläche eines
Zuführmechanismus
getragen wird, mit einer Beschichtungssubstanz bereitgestellt, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Zuführen der
Beschichtungssubstanz zu einer Stelle oberhalb der Fläche, die
das Produkt trägt,
mittels einer geneigten Rutsche, auf der die Beschichtungssubstanz
unter der Schwerkraft nach unten fällt;
Zulassen, dass die
Beschichtungssubstanz unter der Schwerkraft in der Richtung der
Fläche
vom Ende der geneigten Rutsche fällt;
Aussetzen
der Beschichtungssubstanz mindestens einem Druckgasstrom während ihres
Fallens unter der Schwerkraft und im Wesentlichen unmittelbar unterhalb
des Austrittsendes der geneigten Rutsche, wodurch die fallende Beschichtungssubstanz
dispergiert wird, und einem elektrischen Feld, wodurch die Beschichtungssubstanz
aufgeladen wird.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zur Beschichtung eines Produktes, das auf einer Fläche eines
Zuführmechanismus
getragen wird, mit einer Beschichtungssubstanz bereitgestellt, wobei die
Vorrichtung aufweist:
eine geneigte Rutsche für das Transportieren
der Beschichtungssubstanz zu einer Stelle oberhalb der Fläche, die
das Produkt trägt,
wobei ein Austrittsende der Rutsche für ein Anordnen über der
Fläche
geeignet ist;
eine Gasstrahldüse für eine Anordnung im Wesentlichen
unmittelbar unterhalb des Austrittsendes der Rutsche;
eine
Elektrode, die an der Düse
befestigt oder benachbart dazu angeordnet ist;
eine Quelle
des Druckgases und ein Mittel für
das Verbinden der Quelle mit der Gasstrahldüse; und
ein Mittel für das Aufladen
der Elektrode;
wobei bei Benutzung das aus der Düse ausgestoßene Gas über die
Elektrode gelangt und aufgeladen wird und auf die Beschichtungssubstanz
auftrifft, die aus dem Austrittsende der Rutsche fällt.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere bei der Beschichtung von
Snack-Lebensmittelprodukten
mit einem trockenen pulverigen Geschmacksstoff anwendbar. Die Erfindung
kann ebenfalls jedoch zur Anwendung gebracht werden, um weitere
Produkte zu beschichten, einschließlich Arzneimittel, ist aber
nicht darauf beschränkt.
Die Erfindung kann ebenfalls zur Anwendung gebracht werden, um Produkte
mit Substanzen anders als den trockenen pulverigen Substanzen zu
beschichten, beispielsweise einschließlich Flüssigkeiten und Suspensionen.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Mechanismus für das Zuführen der
Beschichtungssubstanz zu einer Stelle über der Produktlieferfläche relativ
einfach hergestellt werden kann. Da ein Druckgas verwendet wird,
um die Beschichtungssubstanz zu dispergieren, besteht keine Notwendigkeit
für feine
Lieferschlitze oder -löcher, die
leicht verstopft werden können.
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Vorzugsweise
wird die Rutsche in Schwingungen versetzt oder geschüttelt, um
sowohl die Beschichtungssubstanz zu dispergieren als auch den Transport
der Substanz längs
der Rutsche zu unterstützen.
Vorzugsweise weist ein Austrittsende der Rutsche eine Breite von
75 mm oder weniger auf.
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Die
Beschichtungssubstanz kann der Rutsche von einem Versorgungsbehälter oder
Trichter bei Verwendung von beispielsweise einem Schneckenförderer zugeführt werden.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtungssubstanz mindestens einem Druckgasstrom und
dem elektrischen Feld unmittelbar unterhalb eines Austrittsendes
der Rutsche ausgesetzt.
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Vorzugsweise
ist die Gasstrahldüse
an einer Unterseite des Förderers
befestigt, so dass die Düse direkt
unterhalb des Austrittsendes des Förderers angeordnet ist. Mehr
bevorzugt werden ein jedes von Gasstrahldüse, Elektrode, Quelle des Druckgases und
Aufladeeinrichtung im Wesentlichen von der restlichen Vorrichtung
getrennt. Ein Vorteil des Trennen dieser Bauteile ist, dass die
elektrischen Verbindungen darin nicht den Schwingungen ausgesetzt werden,
denen sie anderenfalls unterworfen sein könnten, wenn sie mit der Rutsche
verbunden sind.
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Eine
Nadelelektrode wird ein Ladungsfeld erzeugen, das beim Aufladen
eines Gases oder einer Flüssigkeit,
die aus der Düse
ausgestoßen
werden, wirksamer ist als alternative Elektrodenkonstruktionen,
wie beispielsweise eine Drahtelektrode. Vorzugsweise ist die Nadelelektrode
relativ kurz, beispielsweise 1 mm oder weniger.
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Es
wird erkannt werden, dass die Konstruktion der Vorrichtung es leicht
macht, die Strahldüse
zu verändern,
beispielsweise von einer Düse,
die für
das Sprühen
von Gas konstruiert ist, zu einer Düse, die für das Spritzen von Flüssigkeit
konstruiert ist.
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Vorzugsweise
wird ein ein Düsenhalter
bereitgestellt, an dem die Strahldüse entfernbar befestigt werden
kann;
eine Nadelelektrode, die am Düsenhalter befestigt ist, und
ein Mittel für
das Verbinden der Elektrode mit einer Hochspannungsladeeinrichtung;
und
dabei wird die Nadelelektrode so angeordnet, dass bei Benutzung,
wenn Gas oder Flüssigkeit
aus der Düse
ausgestoßen
wird, das Gas oder die Flüssigkeit durch
ein elektrisches Feld gelangt, das durch die Elektrode erzeugt wird.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie die gleiche ausgeführt werden
kann, bezieht man sich jetzt auf die beigefügten Zeichnungen, die zeigen:
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1 eine
Vorrichtung, teilweise geschnitten, für das Beschichten eines Snack-Lebensmittels mit
einem Geschmacksstoff;
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2 eine
Düse und
ein Düsenmontageelement
der Vorrichtung am 1; und
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3 ein
Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Beschichten eines Snack-Lebensmittels
mit einem Geschmacksstoff veranschaulicht;
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4 einen
teilweisen Querschnitt der Vorrichtung aus 1, wobei die
Vorrichtung aus 2 vom Hauptkörper der Vorrichtung im Wesentlichen getrennt
ist; und
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5 eine
Seitenansicht der Vorrichtung aus 2, wobei
die Elektrode und das Auflademittel der Vorrichtung im Wesentlichen
von der Düse
und dem Düsenmontageelement
der Vorrichtung getrennt sind.
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In 1 wird
eine Vorrichtung für
das Beschichten eines Snack-Lebensmittels mit einem Geschmacksstoff
veranschaulicht. Für
den Zweck der Veranschaulichung wird hierbei angenommen, dass die
Snack-Lebensmittel Kartoffelcrisps sind. Vorher gebratene Crisps 1 werden
in eine Öffnung 2 an
einem Ende einer Metalltrommel 3 geführt, die in einem Halterahmen
(in der Fig. nicht gezeigt) montiert ist. Die Trommel 3 weist
ihre Achse 4 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet auf,
aber unter einem geringen Winkel (beispielsweise 10 Grad) dazu geneigt, und
sie wird gedreht (mittels eines Mechanismus, der in 1 nicht
gezeigt wird), so dass sich die Crisps vom Ende der Trommel, an
dem sie eintreten, zum entgegengesetzten Ende bewegen. Die Crisps
taumeln, während
sie sich bewegen, bis sie eventuell aus dem Austrittsende der Trommel 3 auf
einen sich bewegenden Förderer 5 fallen,
der die Crisps zur Verpackungsvorrichtung (nicht gezeigt) liefert.
Die Trommel ist mit einem Erdpotential verbunden.
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Oben
auf einem Halterahmen (in 1 nicht gezeigt) über der
Trommel 3 ist ein Trichter 7 angeordnet, in den
ein trockener pulveriger Geschmacksstoff 8 eingefüllt wird.
Eine Öffnung 9 in
der Basis des Trichters 7 ist mit einem Schneckenförderer 10 verbunden,
der eine Schnecke 11 aufweist, die innerhalb eines zylindrischen
Rohres 6 montiert ist. Die Schnecke 11 wird innerhalb
des zylindrischen Rohres 6 mittels eines geeigneten Motors
gedreht. Ein Ende des Schneckenförderers 10 führt in ein
vertikal ausgerichtetes Beschickungsrohr 12, dessen offenes
unteres Ende direkt über
einer geneigten Rutsche 13 angeordnet ist. Mit einer Unterseite
der Rutsche 13 ist ein Fibrationsmotor 14 verbunden,
der angeordnet ist, um die Rutsche mit einer relativ hohen Frequenz aber
mit einer relativ kleinen Amplitude in Schwingungen zu versetzen.
Der Motor 14 kann beispielsweise ein Modell FoodTech FTO1
sein, geliefert von der FMC.
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Das
untere oder Austrittsende 15 der Rutsche 13 ragt
in die Mitte der Trommel 3 hinein, wobei das Austrittsende
eine Breite von etwa 25 bis 75 mm aufweist. Eine Düsenhalterung 16 ist
unterhalb des unteren Endes der Rutsche 13 angeordnet und
wird detaillierter in 2 veranschaulicht. Die Düsenhalterung 16 weist
ein einzelnes geformtes Teil aus Kunststoffmaterial auf, bei dem
ein im Allgemeinen zylindrischer Durchgang 17 dort hindurch
nahe eines Endes der Halterung 16 verläuft. Der Durchgang ist so konstruiert,
dass eine komplementär
geformte und bemessene Düse 18 aufgenommen
wird, die, sobald sie in den Durchgang 17 eingesetzt ist,
darin mit einer Schraube, Klemme oder einem ähnlichen Befestigungsmittel
gesichert werden kann.
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In
der Halterung 16 ist eine kurze Nadelelektrode 19 angebracht,
die im Durchgang 17 genau unterhalb der Öffnung der
Düse 18 angeordnet
ist. Die Elektrode 19 ist mittels eines Leiters 20 mit
einem Hochspannungsladestromkreis (beispielsweise einer Kaskadenanordnung)
verbunden. Bei Benutzung wird die Elektrode bis zu einer Spannung
von etwa 85 kV aufgeladen. Ein Ende der Düse 18 ist mittels
eines Schlauches 21 mit einer Druckluftquelle (in den Fig. nicht
gezeigt) verbunden. Die Düsenhalterung 16 und
die verschiedenen daran befestigten Bauteile sind so konstruiert,
dass sie die hohen Umgebungsniveaus der Wärme und Feuchtigkeit aushalten
und für
eine Verwendung in einer Lebensmittelproduktionsanlage geeignet
sind. Eine geeignete Steuereinheit wird verwendet, um den Druck
der Luft, die der Düse 18 zugeführt wird,
und die Spannung zu steuern, die an der Elektrode 19 angelegt
wird.
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Nachdem
der Aufbau der Vorrichtung mit Bezugnahme auf 1 und 2 erklärt wurde,
wird jetzt die Funktion der Vorrichtung beschrieben. Indem der Trichter 7 mit
Geschmacksstoffpulver 8 gefüllt ist, wird der Schneckenförderer 10 betätigt, um das
Pulver 8 in das Oberteil des Beschickungsrohres 12 zu
treiben. Das Pulver fällt
durch das Rohr 12 und landet auf der Rutsche 13.
Infolge des geneigten Winkels der Rutsche und der Schwingung der
Rutsche mittels des Motors 14 wird das Pulver 8 entlang der
Rutsche zu ihrem Austrittsende 15 befördert. Es wird erkannt werden,
dass die Schwingung des Pulvers innerhalb der Rutsche zu einer gewissen
Dispersion des Pulvers führen
wird, d. h., größere Klumpen werden
dazu neigen, dass sie zu kleineren Klumpen oder Körnern zerkleinert
werden.
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Während der
pulverige Geschmacksstoff 8 das Austrittsende 15 der
Rutsche 13 erreicht, wird er über den Rand überlaufen
und unter der Schwerkraft zu fallen beginnen (wie durch die Bezugszahl 22 in 1 angezeigt
wird). Direkt unterhalb des Austrittsendes 15 der Rutsche
wird Druckluft durch die Düse 18 gedrückt und
gelangt durch das elektrische Feld, das durch die aufgeladene Elektrode 19 erzeugt
wird. Die Luft wird aufgeladen, während sie durch dieses Feld
gelangt. Die aufgeladene Luft trifft dann auf das fallende Pulver 8 auf,
was dazu neigt, das Pulver zu dispergieren und in Teilchen bis zu
Mikrogrößen (d.
h., einen Durchmesser von 45 bis 75 μm) zu zerkleinern. Die Luft
erteilt den Pulverteilchen und -körnern ebenfalls eine Ladung.
Es wird beachtet, dass kleinere Teilchen (d. h., in μm-Abmessungen)
eine Ladung leichter akzeptieren als größere Teilchen.
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Da
die Trommel 3 geerdet ist, werden die Crisps 1,
die sich durch die Trommel bewegen, ebenfalls geerdet. Die fallenden
aufgeladenen Pulverteilchen und –körner werden daher in Richtung
der Crisps 1 beschleunigt, landen auf den Crisps und beschichten
ihre freigelegten Oberflächen.
Infolge der elektrostatischen Kräfte
wird die Tendenz bestehen, dass sogar die Rückseite und die Unterseite
der Crisps beschichtet werden, was zu einer relativ gleichmäßigen Oberflächenbeschichtung
führt.
Das vorangehend beschriebene Verfahren wird weiter im Ablaufdiagramm
in 3 veranschaulicht.
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Es
wird erkannt werden, dass die vorangehend beschriebenen Vorrichtung
und Verfahren nicht irgendwelche Bauteile mit kleinen Öffnungen
erfordern, beispielsweise Venturi-Rohre, Schlitze oder Löcher, durch
die das Geschmacksstoffpulver hindurchgehen muss. Daher besteht
eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Bauteile verstopft werden, was
zu einer geringeren Stillstandszeit und einer höheren Produktivität führt.
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Eine
weitere Ausführung
der Erfindung wird in 4 veranschaulicht. Alle Aspekte
der Vorrichtung, wie sie in 1 und 2 veranschaulicht
werden, sind vorhanden, wobei der einzige Unterschied der ist, dass
die Düsenhalterung 16 und
alle Bauteile darin von der restlichen Vorrichtung getrennt sind.
Es wird erkannt werden, dass die potentiell zerbrechlichen Verbindungen
innerhalb der Düsenhalterung, vor
allem das Mittel für
das Aufladen der Elektrode 19, dann den Schwingungen der
Rutsche 13 ausgesetzt sind.
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Eine
weitere Ausführung
der Erfindung, wie sie in 5 veranschaulicht
wird, übernimmt
ebenfalls diese Verfahrensweise. Alle Aspekte der Vorrichtung, wie
sie in 1 veranschaulicht wird, sind vorhanden. Die Elektrode 19 und
ihr Aufladungsmittel sind jedoch vom Rest der Düse 18 und dem Düsenhalterungselement
im Wesentlichen getrennt und liegen im Weg der fallenden Beschichtungssubstanz. Die
Elektrode und ihr Aufladungsmittel sind ebenfalls gegen die Schwingungen
der Rutsche 13 isoliert. Die Elektrode ist im Wesentlichen
in unmittelbarer Nähe des
Endes 15 der Rutsche positioniert, so dass ein wesentlicher
Anteil der fallenden Beschichtungssubstanz aufgeladen wird. Die
Richtung der Bewegung der Beschichtungssubstanz wird durch den Pfeil 23 angezeigt.
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Von
einem Fachmann wird erkannt werden, dass verschiedene Abwandlungen
bei der vorangehend beschriebenen Ausführung vorgenommen werden können, ohne
dass man vom Bereich der vorliegenden Erfindung abweicht. Beispielsweise,
wo größere Mengen
an Geschmacksstoff oben auf das zu beschichtende Produkt zugeführt werden
müssen, kann
eine breitere Rutsche oder es können
mehrere Rutschen, nebeneinander angeordnet, eingesetzt werden. Eine
entsprechende Reihe von Düsen
kann eingesetzt werden, um den Geschmacksstoff aufzuladen und zu
dispergieren. Alternativ kann eine Messerdüse mit breiter Öffnung verwendet
werden.