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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Formen eines Nahrungsmittel-Produktes.
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Es
gibt in der Nahrungsmittel-Industrie eine starke Nachfrage, geformte,
gefrostete bzw. gefrorene Nahrungsmittel-Produkte zu bilden. Dieses
ist besonders mit gefrorenen Süßwaren-Produkten
wie Eiskrem der Fall. Der Markt für gefrorene Süßwaren-Produkte
ist sehr von den Impulsivkäufen
der Verbraucher abhängig.
Demzufolge ist es wichtig, die gefrorenen Süßwaren-Produkte in einer so
interessanten, charakteristischen und ästhetisch zufrieden stellenden
Form wie möglich
herstellen zu können. Es
wird im Allgemeinen gewünscht,
jegliche gefrorenen Nahrungsmittel-Produkte, wie ein gefrorenes Fleischprodukt,
formen zu können.
Es gibt in der Industrie außerdem
den Wunsch, ein Logo oder ein anderes Muster in die Oberfläche eines
gefrorenen Nahrungsmittel-Produktes prägen zu können.
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Eiskrems,
besonders Süßwaren wie
Eis am Stiel, werden gegenwärtig
immer stranggepresst, ob sie vielfarbig oder geschichtet, mit Schokolade überzogen
oder anderweitig ausgestaltet sind. Gewöhnlich wurde Eiskrem wegen
des Mangels an jeglicher Formungs-Technologie, die in geeigneter
Weise mit Eiskrem umgehen kann, stranggepresst bzw. extrudiert.
Das liegt daran, dass bei der Technologie nach dem Stand der Technik
die Adhäsion
zwischen dem gefrorenen Produkt und der Formoberfläche immer ernsthafte
Probleme verursachte. Dieses Anhaften bewirkt, dass ein Teil des
Produktes in der Form verbleibt, weil die Bindekraft zwischen Produkt
und Form oft größer ist
als die Festigkeit des gefrorenen Produktes selbst, wodurch das
Produkt eher abschert als die Produkt-Form-Bindung, wenn das Produkt
aus der Form entnommen wird. Dieses Anhaften hat außerdem das
Prägen
von gefrorenen Produkten wie Eiskrem mit einem Prägestempel
verhindert, der ein Logo wie das Warenzeichen des Herstellers oder
irgendein anderes Muster (Design) trägt.
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Bis
heute war die einzige Möglichkeit,
gefrorene Konfekt- bzw. Süßwaren-Produkte
zu formen, zu erlauben, dass sich die haftende Bindung zwischen
dem Produkt und der Form bildet, und dann diese Bindung durch Auftauen
einer dünnen äußeren Schicht
des gefrorenen Produktes zu entfernen. Dies hat den Nachteil, dass
Energie durch Aufwärmen
eines Teils eines Produktes vergeudet wird, das gerade gefroren
wurde, nur um die Produktoberfläche
wieder einfrieren zu müssen.
Energie wird auch durch das wiederholte Erwärmen und Abkühlen der
Form vergeudet. Des Weiteren gibt es fast immer ein nur dürftige Oberflächen-Finish
auf dem gefrorenen Produkt, wobei oftmals ein Teil des Produktes
in der Form zurückgehalten
wird. Da Produkte wie Eiskrems ungekocht gegessen werden, ist es
außerdem
wegen potentieller Hygieneprobleme und damit verbundenen Gesundheitsrisiken,
die durch das Erwärmen
der Nahrung während
der Herstellung verursacht werden unerwünscht, das Produkt während der
Herstellung zu erwärmen.
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In
unserer
EP-A-0 582 327 wird
ein Verfahren zum Bilden von Wassereis (oder Eis-Lolly) offenbart, bei dem eine Form
vor dem Eingießen
der flüssigen
Lösung
zum Bilden des Wassereises auf eine Temperatur von vorzugsweise
zwischen –70° bis –80° gekühlt wird.
Es versteht sich, dass es die Geschwindigkeit des Kühlens der
Oberfläche
der Flüssigkeit
ist, die eine geringe Adhäsion
an der Formoberfläche
verursacht. Diese Offenbarung befasst sich jedoch nur mit dem Bilden
geformter, gefrorener Produkte, die flüssig sind, wenn sie in die
Form gelangen. Darüber
hinaus kann das Verfahren des früheren
Vorschlags nicht verwendet werden, um ein Logo oder ein anderes
Muster in die Oberfläche
eines gefrorenen Produktes einzuprägen.
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In
der Druckschrift
WO-A-90/06693 wird
ein Verfahren offenbart, die Oberfläche eines Produktes einzufrieren.
Eine Tragkonstruktion für
das Produkt wird auf eine Temperatur gekühlt, die niedrig genug ist,
um ein Kleben des Produktes an der Tragkonstruktion zu vermeiden.
Das Produkt wird lange genug in Kontakt mit der Tragkonstruktion
gehalten, um wenigstens die Oberflächenschicht des Produktes einzufrieren.
Durch das Gefrieren der Oberfläche
eines Nahrungsmittel-Produktes, so wird festgestellt, wird es leichter,
das Produkt zu behandeln. Es wird festgestellt, dass das Produkt
keiner Verformung unterliegt und keine Abdrücke in seine Oberfläche gemacht
wurden. In einem in der Druckschrift
WO-A-90/06693 beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel
kann das Produkt durch Vertiefungen in der Tragkonstruktion aufgenommen
werden und enthalten sein, wenn das Produkt flüssig oder halbflüssig ist.
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Die
Druckschrift
EP-A-0
589 820 offenbart ein Verfahren, Schokoladenschalen zu
bilden. In eine untere Formhälfte
wird flüssige
Schokolade gegossen, während
eine obere Formhälfte
gegen die flüssige
Schokolade gedrückt
wird.
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Die
Druckschrift
US-A-4
413 461 offenbart ein Verfahren, Eiskrem zu formen bzw.
zu gestalten. Das Problem des Festklebens der Eiskrem an der Form
wird in einer von verschiedenen Möglichkeiten gelöst, zum
Beispiel, indem man Luft zwischen die Form und die Eiskrem bläst oder
eine Lösefolie
zwischen der Form und der Eiskrem verwendet.
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Die
Druckschrift
WO-A-96/24261 offenbart ein
Verfahren des Oberflächen-Gefrierens
oder Krusten-Gefrierens von einem Fleisch-/Teigprodukt.
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Entsprechend
einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen von Eiskrem
bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Absenken
der Temperatur einer Eiskrem-Portion, so dass die Eiskrem-Portion plastisch
wird, und Drücken
einer Form gegen die Portion der plastischen Eiskrem, so dass wenigstens ein
Teil der Eiskrem-Portion die Gestalt der Form annimmt, wobei die
Form bei einer ausreichend niedrigen Temperatur ist, wenn die Form
gegen die Eiskrem-Portion gedrückt
wird, so dass die Eiskrem-Portion ihre geformte Gestalt beibehält und die
Eiskrem-Portion leicht aus der Form lösbar ist.
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Der
Begriff „Plastisch” wird hier
verwendet, um anzudeuten, dass das Produkt einer plastischen Verformung
unterzogen wird, d. h., das Produkt ist formbar und wird seine Form
behalten, nachdem die Verformungskraft entfernt wird. Mit anderen
Worten, ein Produkt, das plastisch ist, wird bei Anwendung einer
Kraft dauerhaft verformt.
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Die
Temperatur der Eiskrem wird vorzugsweise auf –3°C, oder –5°C, oder –6°C oder niedriger, wie zum Beispiel –20°C, vor der
Anordnung der Form gegen die Eiskrem abgesenkt.
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Der
Formschritt kann ein Muster in eine Oberfläche der Eiskrem einprägen. Alternativ
kann der Formschritt die Massenform der Eiskrem formen.
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Die
Temperatur der Form ist vorzugsweise so, dass die Temperatur der
Eiskrem während
des Druckschritts unter 0°C
bleibt.
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Die
Temperatur der Form ist vorzugsweise niedriger als –40°C, besser
niedriger als –50°C und am
besten niedriger als –75°C. Die Temperatur
der Form kann gleich oder kleiner als –80°C sein.
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Die
Temperatur von wenigstens einem Teil der Form kann bei –120°C gehalten
werden, während
die Temperatur von wenigstens einem anderen Teil der Form im Bereich
von –100°C bis –80°C gehalten
werden kann. Speziell wird, wenn eine Form obere und untere Formteile
umfasst, wobei das Produkt beim Gebrauch auf dem unteren Formteil
gehalten wird, die Temperatur des unteren Formteils vorzugsweise
bei –120°C gehalten,
während
die Temperatur des oberen Formteils vorzugsweise im Bereich von –100°C bis –80°C gehalten
wird.
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Die
Temperatur der Form kann mittels flüssigen Stickstoffs aufrecht
erhalten werden. Die Temperatur der Form kann durch Besprühen einer
hinteren, nichtformenden Oberfläche
der Form mit flüssigem Stickstoff
aufrecht erhalten werden. Eine hintere, nichtformende Oberfläche der
Form kann in flüssigen Stickstoff
eingetaucht werden. Die Form kann durchgehende Kanäle aufweisen,
durch die flüssiger
Stickstoff geführt
wird.
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Die
Eiskrem kann sich für
5 Sekunden in Kontakt mit der Form befinden. Dies kann angebracht sein,
wenn ein Massenformen der Eiskrem stattfindet.
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Die
Eiskrem kann sich für
0,5 Sekunden in Kontakt mit der Form befinden. Dies kann angebracht sein,
wenn Formen mit geringfügiger
Aushärtung
(d. h. Kühlung)
oder nur ein „Oberflächenformen” der Eiskrem
stattfindet.
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Während des
Formschritts kann an der Eiskremoberfläche ein Druck von 0,5 bar auf
die Eiskrem ausgeübt
werden.
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Während es
unter Umständen
wünschenswert
sein kann, die kalte Form zu nutzen, um eine Kühlung der Eiskrem zu erreichen,
kann ein weiteres Kühlen
der Eiskrem nach dem Formen in einer getrennten Kühlstation
erreicht werden. Die Eiskrem kann durch wenigstens einen Teil der
Form in der Kühlstation
getragen werden.
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Anstatt
oder zusätzlich
zu einer Kühlstation können vor
dem Formschritt kryogene Pellets in die Eiskrem eingeführt werden,
um zu bewirken, dass die Eiskrem nach dem Formschritt aushärtet. Ein
Teil der Eiskrem kann vor dem Formschritt entfernt werden, dieser
Teil kann auf eine kryogene Temperatur gekühlt werden, und der Teil kann
dann pelletiert werden, um die Tieftemperatur-Pellets zu bilden.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen hat
sich auf Grund der sehr niedrigen Temperatur der Form erwiesen,
dass die Eiskrem nicht an der Form anhaftet. Demzufolge verbleibt
keine Eiskrem an der Form, wenn die Form angehoben wird, wobei die
Unversehrtheit der Eiskrem aufrecht erhalten bleibt. Weil der Formschritt
so schnell sein kann, wenn es gewünscht wird, wird die Eiskrem
nicht in einem beliebigen, bedeutenden Ausmaß in der Form gekühlt. Mit
anderen Worten, die Form wird nur verwendet, um die Eiskrem zu gestalten,
und wird vorzugsweise nicht verwendet, um ein beliebiges, erhebliches
Kühlen
der Eiskrem zu erreichen. Es kann ein erfolgreiches und fehlerfreies
Formen der Eiskrem erreicht werden. Trotzdem kann es unter Umständen gewünscht werden,
die kalte Form zu nutzen, um ein Kühlen der Eiskrem zu erreichen.
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Es
wird ersichtlich, dass nach der vorliegenden Erfindung die Form
verwendet wird, um einen positiven Druck auf die Eiskrem während des
Formschritts auszuüben.
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Entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Formen eines
Nahrungsmittel-Produktes bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Anordnung zum Absenken der Temperatur eines Nahrungsmittel-Produktes,
so dass das Produkt plastisch ist; eine Form mit oberen und unteren
Formteilen, wobei das Produkt beim Gebrauch im unteren Formteil gehalten
wird; und eine Press- und Kühlanordnung
zum Drücken
der Form gegen das Nahrungsmittel-Produkt, damit wenigstens ein
Teil des Produktes die Gestalt der Form annimmt, und zum Halten
der Temperatur des unteren Formteils bei –120°C und der Temperatur des oberen
Formteils im Bereich von –100°C bis –80°C, wenn die
Form gegen das Produkt gedrückt
wird, so dass das Produkt seine geformte Gestalt beibehält und das
Produkt leicht von der Form lösbar
ist.
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Die
Kühlanordnung
kann vorzugsweise betrieben werden, um die Temperatur der Form so
beizubehalten, dass die Temperatur des Produktes unter 0°C bleibt.
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Die
Kühlanordnung
kann eine Anordnung zum Besprühen
einer hinteren, nichtformenden Oberfläche der Form mit flüssigem Stickstoff
umfassen. Die Kühlanordnung
kann eine Anordnung zum Eintauchen einer hinteren, nichtformenden
Oberfläche
der Form in flüssigen
Stickstoff umfassen. Die Form kann durchgehende Kanäle aufweisen,
durch die flüssiger
Stickstoff geführt
werden kann.
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Die
Vorrichtung enthält
vorzugsweise eine Temperaturmess-Anordnung zum Überwachen der Temperatur der
Form, wobei das Ausgabesignal der Temperaturmess-Anordnung durch
eine Steueranordnung zum Steuern der Kühlanordnung empfangen wird,
wodurch die Temperatur der Form gesteuert wird.
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Zum
Transport des Produktes zur Form kann eine Fördereinrichtung bereitgestellt
werden. Die Fördereinrichtung
kann sich gleichmäßig bewegen, wobei
die Vorrichtung eine Anordnung zum Bewegen der Form aufweist, um
einem Produkt auf der sich bewegenden Fördereinrichtung während des
Formens eines Produktes zu folgen. Als eine Alternative kann die
Fördereinrichtung
takten (d. h. sich in einzelnen Schritten bewegen), während die
Form feststehend ist.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der obere Formteil relativ zum unteren Formteil beweglich, um
so die Form wahlweise zu öffnen und
zu schließen.
Der untere Formteil kann einen Formzylinder und einen darin enthaltenen
und relativ zum Formzylinder bewegbaren Formkolben umfassen, so
dass die Form geschlossen werden kann, indem der obere Formteil
in Kontakt mit dem Formzylinder des unteren Formteils gebracht wird,
wobei der Formkolben des unteren Formteils zum ersten Formteil hin
bewegbar ist, um ein Produkt in der Form zu formen. Dies erlaubt
es, ein Formen zu erreichen, ohne einen „Grat” (”flash”) Formlinien an dem Produkt
zu erzeugen.
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Es
werden jetzt Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines ersten Beispiels der Vorrichtung
für und entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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2a eine
schematische Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels der Vorrichtung
für und entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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2b eine
Ansicht von der Unterseite der Vorrichtung des zweiten Beispiels;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht eines dritten Beispiels der Vorrichtung
für und entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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4a bis 4e schematische
Querschnittsansichten, die die Arbeitsweise der Vorrichtung eines
vierten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigen;
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5a bis 5j schematische
Querschnittsansichten, die die Arbeitsweise der Vorrichtung eines
fünften
Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigen;
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6 eine
schematische Querschnittsansicht eines Beispiels der Vorrichtung
für und
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
schematische Querschnittsansicht eines unteren Formteils des Beispiels
von 5, das mit Portionen eines Nahrungsmittel-Produktes
beladen wird; und
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8 eine
schematische Draufsicht eines Systems, in dem die Vorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Gemäß 1 enthält ein Beispiel
der Vorrichtung 1 gemäß und zum
Ausführen
der Erfindung eine Kammer 2. Die Kammer 2 weist
einen Schornstein oder eine Entlüftungsöffnung 3 in
ihrer obersten Fläche 4 auf.
In ihrer untersten Fläche 5 wird
eine Form 6 befestigt oder ausgebildet. Die Form 6 hat eine
gestaltete Fläche 7 außerhalb
der Kammer 2, die das Gegenstück einer gewünschten
Gestalt für ein
zu formendes Produkt 8 ist. In diesem Beispiel wird die
Massenform des Produktes 8 geformt.
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Ein
Einlassrohr 9 befördert
flüssigen
Stickstoff zu einer Sprühdüse 10.
Der Auslass 11 der Sprühdüse 10 richtet
den flüssigen
Stickstoff 12 auf die hintere oder innere Fläche 13 der
Form 6, um die Form 6 zu kühlen.
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Ein
Thermofühler
wie ein Thermoelement 14 befindet sich in einem guten thermischen
Kontakt mit der Form 6, so dass die Temperatur der Form 6 überwacht
werden kann. Das Ausgabesignal des Thermoelements 14 wird
an eine elektronische Steuereinheit 15 geliefert. Die elektronische
Steuereinheit 15 sendet Steuersignale an ein Steuerventil 16 im
Zuführungsrohr 9 des
flüssigen
Stickstoffs. Dies erlaubt es der elektronischen Steuereinheit 15,
das Fließen von
flüssigem
Stickstoff durch das Rohr 9 zur Form 6 entsprechend
der detektierten Temperatur der Form 6 zu steuern, wodurch
die Temperatur der Form 6 eingestellt und auf einem gewünschten
Wert gehalten werden kann.
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Die
Form 6 kann aus rostfreiem Stahl bestehen und ist vorzugsweise
weniger als 2 mm dick. Wenn die Form aus einem Material mit einer
höheren Wärmeleitfähigkeit
besteht, dann kann oder sollte die Form 6 aus einem dickeren
Material bestehen.
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Das
Nahrungsmittel-Produkt ist üblicherweise
eins, das bei Raumtemperatur fließfähig ist, zum Beispiel Eiskrem
oder Fruchteis (Sorbet). Die Temperatur des fließfähigen Nahrungsmittel-Produktes
wird so reduziert, dass es nicht länger fließfähig ist und plastisch wird.
Speziell kann das Nahrungsmittel-Produkt gefroren (oder wenigstens
teilweise gefroren oder „halb
gefroren”)
werden, so dass es eine gewisse Festigkeit aufweist und daher formbar
ist. Das Nahrungsmittel-Produkt könnte ein Fleischprodukt sein,
das aus verarbeitetem Fleisch und Füllstoffen besteht, die so gekühlt werden,
dass sie nicht fließfähig bzw.
fluid und daher formbar sind.
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Portionen 8 des
nicht fließfähigen Nahrungsmittel-Produktes
werden dann kontinuierlich auf einer Fördereinrichtung 17 transportiert.
In einem speziellen Beispiel kann das Produkt 8 Eiskremportionen
bei einer Temperatur von –5°C oder –6°C sein. Bei
dieser Temperatur ist die Eiskrem im Wesentlichen nicht fließfähig und
wird eine plastische Verformung ausführen. Die Eiskremportionen 8 werden
mit einer Geschwindigkeit von achtzig Einheiten pro Minute unter die
Kammer 2 befördert.
Die Kammer 2, die die Form 6 enthält, wird
an einem mechanischen Arm (nicht dargestellt) befestigt, der die
Kammer 2 absenkt, wodurch die Form 6 gegen das
Produkt 8 gedrückt
wird. Wenn sich das Produkt 8 mit der Fördereinrichtung 17 weiterbewegt,
folgt die Kammer 2 dem Produkt 8 eine kurze Strecke
durch die Bewegung des mechanischen Arms. Nachdem zum Beispiel 5
Sekunden vergangen sind, wird die Kammer 2 durch den mechanischen
Arm wieder angehoben, um die Form 6 von dem geformten oder
gestalteten Produkt 8' zu entfernen.
Die Kammer 2 wird dann auf ihre ursprüngliche Position zurückgeführt, so
dass sie über das
nächste
zu formende oder zu gestaltende Produkt 8 abgesenkt werden
kann.
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Durch
den gesamten Formungsschritt hindurch wird die Form durch die Steuerung
des Zuführungsventils 16 für flüssigen Stickstoff
durch die elektronische Steuereinheit 15 gemäß den ausgegebenen
Signalen des Thermoelements 14 auf einer Temperatur von –80°C gehalten.
Wegen der sehr niedrigen Temperatur der Form 6 hat sich
erwiesen, dass das Produkt 8 nicht an der Form 6 anhaftet.
Demzufolge bleibt, wenn die Form 6 von dem gestalteten Produkt 8' angehoben wird,
kein Produkt in der Form 6, wobei die Unversehrtheit der
Oberfläche
des Produktes 8 aufrechterhalten wird. Weil der Formungsschritt
so schnell sein kann und in 5 Sekunden oder weniger stattfindet,
wird das Produkt 8 nicht in einem beliebigen, erheblichen
Ausmaß in
der Form 6 gekühlt.
Mit anderen Worten wird die Form 6 nur genutzt, um das
Produkt zu gestalten, und wird nicht dazu verwendet, um ein beliebiges,
erhebliches Kühlen
des Produktes 8 zu erreichen. Nichtsdestoweniger kann es
unter gewissen Umständen
günstig
sein, die Form 6 zu verwenden, um eine Kühlung des
Produktes 8 während
des Formungsschritts zu erreichen. Dies gelingt zum Beispiel durch
das Aufbringen der Form 6 auf das Produkt 8 für einen
längeren
Zeitraum als 5 Sekunden.
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Ein
zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung wird in 2a und 2b gezeigt.
Einzelne Merkmale der Vorrichtung, die dem in 1 gezeigtem
Beispiel entsprechen, werden mit den gleichen Bezugsziffern ausgewiesen.
In diesem Beispiel hat die Form 6 die Form eines Prägestempels.
Der Prägestempel 20 weist
erhabene Teile 21 auf, die einem Logo, wie Text oder einem
Muster oder einem Warenzeichen, entsprechen, das in oder auf die
Oberfläche eines
Produktes 8 geprägt
werden soll. Wie im Beispiel in 1 wird die
hintere Oberfläche 22 des
Prägestempels 20 durch
einen Sprühstrahl
aus flüssigem
Stickstoff 12 gekühlt.
Die Temperatur des Prägestempels 20 wird
mittels eines Thermofühlers 14 überwacht,
dessen Ausgangssignal an eine Steuereinheit 15 gesandt
wird, die die Betätigung
des Steuerventils 16 (in 2a nicht
dargestellt) für
das Zuführungsrohr 9 für flüssigen Stickstoff
steuert. Der Prägestempel 20 kann
auf der gleichen Temperatur wie die Form 6 des oben beschriebenen
ersten Beispiels gehalten werden.
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Die
Temperatur des Nahrungsmittel-Produktes wird so gesenkt, dass es
nicht länger
fließfähig ist,
d. h., so, dass das Nahrungsmittel-Produkt plastisch ist. Die Portionen 8 des
nicht fließfähigen Nahrungsmittel-Produktes
werden durch eine Fördereinrichtung 17 wie
in 1 unter den Prägestempel 20 geführt. Der
Prägestempel 20 wird
durch eine nach unten gerichtete Gesamtbewegung der Kammer 2 auf
die obere Fläche
des Produktes 8 gedrückt.
Der Prägestempel 20 kann
dem Produkt 8 für
eine kurze Zeitdauer wie 0,5 Sekunden folgen, wonach die Kammer 2 angehoben
wird, um den Prägestempel 20 vom
geprägten
Produkt 8' abzunehmen.
Die Kammer 2 und der Prägestempel 20 können dann
in deren Anfangsposition zurückgeführt werden,
damit sie für
die Prägung
des nächsten
Produktes 8 auf der Fördereinrichtung
bereit sind.
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Ein
drittes Beispiel der Vorrichtung gemäß und zur Ausführung der
Erfindung wird in 3 gezeigt. Die Vorrichtung von 3 ist
der Vorrichtung von 2 darin ähnlich,
dass sie mit einem Prägestempel 20 mit
erhabenen Teilen 21 zum Prägen eines Logos oder eines
anderen Musters in oder auf die Oberfläche eines Produktes 8 versehen
ist. Es werden identische Bezugsziffern verwendet, um Teile zu kennzeichnen,
die jenen von 2 entsprechen.
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In
dem in 3 gezeigten Beispiel wird die Temperatur des Prägestempels 20 auf
dem gewünschten
Pegel durch Eintauchen der hinteren Fläche 22 der Platte 20 in
ein Bad aus flüssigem
Stickstoff 23, das in der Kammer 2 bewahrt wird,
gehalten. Die Tiefe oder der Pegel des flüssigen Stickstoffs 23 der
Kammer 2 wird durch einen Pegelanzeiger 24 dauernd überwacht.
Das Ausgabesignal des Pegelanzeigers 24 wird an eine Steuereinheit 15 gesandt, die
verwendet wird, um die Zuführung
des flüssigen Stickstoffs
vom Zuführungsrohr 9 zu
steuern, um den flüssigen
Stickstoff 23 in der Kammer 2 auf einen konstanten
Pegel zu halten. Wie zuvor wird ein Steuerventil 16 (nicht
dargestellt) in der Zuführungsleitung 9 bereitgestellt.
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Es
wird ersichtlich, dass ein Bad mit flüssigem Stickstoff 23 im
Beispiel von 1 anstatt des Besprühens der
Rückseite
der Form 6 mit flüssigem Stickstoff
verwendet werden könnte.
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In 4a bis 4e wird
die ausführliche Arbeitsweise
einer Form 30 eines weiteren Beispiels der Vorrichtung
gemäß und zur
Ausführung
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Form 30 weist in den
Zeichnungen einen oberen Teil 31 und einen unteren Teil 32 auf.
Der obere Teil 31 ist intern mit einem Formungsteil 33 ausgebildet,
um den oberen Teil des Produktes 8 zu formen. Der untere
Teil 32 der Form weist eine feststehende, ringähnliche
Formwand oder einen Zylinder 34 und einen inneren Formkolben 35 auf,
der sich im und relativ zum Formzylinder 34 auf und ab
bewegen kann. Der innere Formkolben 35 ist so gestaltet,
dass er den unteren Teil des Produktes 8 formt. Es werden
pneumatische Druckkolben 36, 37 verwendet, um
den oberen Teil 31 der Form 30 bzw. den inneren
Formkolben 35 des unteren Teils 32 der Form 30 in
den Zeichnungen jeweils nach oben und nach unten anzutreiben. Sprühdüsen 10 werden
verwendet, um flüssigen
Stickstoff auf die hinteren, nichtformenden Oberflächen der
Form 30 zu richten. Die Temperatur der Form 30 kann überwacht
und der Sprühstrahl
des flüssigen
Stickstoffs gesteuert werden, wie es für die anderen Beispiele oben
beschrieben wurde.
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Bei
Betrieb werden das obere Teil 31 und der untere Formkolben 35 durch
die Antriebskolben 36, 37 gemäß 4a auseinander
gezogen. Zwischen die Formflächen
wird eine Portion des Produktes 8 eingeführt und
kann gemäß 4b auf
dem unteren Formungskolben 35 sitzen.
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Das
obere Teil 31 der Form 30 wird dann nach unten
bewegt, um mit der oberen Fläche
des Formzylinders 34 des unteren Teils 32 der
Form 30 gemäß 4c zusammenzutreffen.
Dies schließt
die Form 30 wirksam. Der untere Formkolben 34 wird dann
durch seinen Antriebskolben 37 nach oben bewegt, um das
Produkt 8 zwischen der Formfläche 32 des oberen
Teils 31 der Form 30 und dem unteren Formkolben 35 zu
quetschen. Dies bewirkt, dass das Produkt 8 geformt wird
und gemäß 4d die
Gestalt der Form 30 annimmt. Die aufwärts gerichtete Bewegung des
unteren Formkolbens 35 kann über eine festgelegte Distanz
oder bis ein vorgegebener Widerstandsdruck durch einen geeigneten
Detektor (nicht dargestellt), der zum Beispiel mit der Form 30 verbunden
ist, erfasst wird, gesteuert werden.
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Nachdem
eine festgelegte Dauer von zum Beispiel 5 Sekunden oder weniger
vergangen ist, wird das obere Teil 31 der Form 30 gemäß 4e abgenommen,
wodurch das geformte Produkt 8' entfernt werden kann. Der untere
Formkolben 35 wird dann in die in 4a gezeigte
Position abgesenkt, und die Form 30 ist wieder zur Verwendung
bereit.
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Da
die Form 30 geschlossen ist, bevor das Formen stattfindet
(gemäß 4c),
werden „Grat” (”flash”) Formlinien
auf dem geformten Produkt 8' nicht
erzeugt, was zu einem besseren Oberflächenfinish führt.
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Gemäß 5a bis 5j,
die eine Vorrichtung 1, ähnlich zu der in 4a bis 4e gezeigten Vorrichtung
zeigen, kann eine Öffnung
oder Aussparung 38 im Zylinder 34 des unteren
Teils 32 der Form 30 bereitgestellt werden. Dies
ermöglicht
es, einen Holzstiel 39 bei der Fertigstellung oder während des eigentlichen
Formschritts (zum Beispiel in 5e) einzuführen, um
so ein Eis am Stiel zu erzeugen.
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Um
zu verhindern, dass beim Bediener Verletzungen auftreten, können Schutzbleche 40, 41 vorgesehen
werden. Die Schutzbleche öffnen
und schließen
während
des Formprozesses, wie es angebracht ist.
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Es
wird ersichtlich, dass ein Bad mit flüssigem Stickstoff 23 im
Beispiel von 4 an Stelle des Besprühens der
hinteren Flächen
der Form 30 mit flüssigem
Stickstoff verwendet werden könnte.
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Als
eine weitere Variante zu den oben beschriebenen Beispielen kann
die Temperatur der Form 6, 30 oder des Formstempels 20 durch
Hindurchführen
von flüssigem
Stickstoff durch geeignete Kühlkanäle in den
Formen 6, 30 oder dem Prägestempel 20 aufrechterhalten
werden, wobei die Temperatur des flüssigen Stickstoffs mittels
eines mit der Vorrichtung 1 verbundenen Wärmetauschers
konstant gehalten wird.
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Bei
dem in 6 gezeigten Beispiel hat eine Form 50 eine
untere Formplatte 51 und eine obere Formplatte 52.
Jede der unteren und oberen Formplatten 50, 51 weist
zwei Formhohlräume 53, 54 auf, die
jeweils die endgültige
Gestalt des geformten Nahrungsmittel-Produktes 8 definieren.
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In 8 wird
schematisch eine Draufsicht von einem System 60 gezeigt,
in der die Formvorrichtung von jedem der Beispiele der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. Das System 60 wird mit
besonderem Bezug zu dem in 6 gezeigten Beispiel
der Vorrichtung 50 beschrieben.
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Mit
Bezug auf 8 legt an Position A (auch in 7 gezeigt)
ein vertikaler Extruder 61 eine Portion eines Nahrungsmittel-Produktes
(z. B. Eiskrem) 8 in einem nicht fließfähigen Zustand in jeden der Hohlräume 53 der
unteren Formplatte 51 ab. Die Portionen 8 werden
mit einem mit dem Extruder 61 verbundenen Drahtabschneider
(nicht dargestellt) geschnitten.
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Die
untere Formplatte 51 wird dann in die Position B in 8 verschoben,
wo die untere Formplatte 51 nach oben bewegt wird, um mit
der oberen Formplatte 52 zusammenzutreffen, wodurch die
Portionen des Nahrungsmittel-Produktes 8 auf der unteren
Formplatte 51 gebildet oder geformt werden, um die Gestalt
der Hohlräume 53, 54 in
den Formplatten 51, 52 anzunehmen. Die Temperaturen
der Formplatten 51, 52 werden niedrig genug gehalten,
um die Portionen von Produkt 8 in einem nicht fließfähigen Zustand
zu halten.
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Nachdem
die Portionen von Produkt 8 geformt wurden, wird die untere
Formplatte 51, die die geformten Portionen des Produktes 8' enthält, abgesenkt
und zu einer Kühlkammer 62 verschoben.
Die untere Formplatte 51, die die geformten Portionen des
Produktes 8' enthält, wird
durch die Kühlkammer 62 bewegt,
so dass die Nahrungsmittel-Produkte 8' durch Kühlen ausgehärtet werden können.
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Beim
Verlassen der Kühlkammer 62 werden die
ausgehärteten
(gekühlten
oder gefrosteten), geformten Nahrungsmittel-Produkte 8 an
Position C von der unteren Formplatte 51 durch eine geeignete Maschine 63 entnommen,
die an sich bekannt ist und nicht weiter beschrieben wird. In dem
gezeigten Beispiel sind die Nahrungsmittel-Produkte 8 Eiskrem, wobei
ein Holzstiel 39 unmittelbar eingesetzt wird und die Formplatten 51, 52 so
zusammengebracht werden, um ein Eis am Stiel zu erzeugen. Die Entnahmemaschine 63 kann
das Eis am Stiel von der unteren Formplatte 51 durch Greifen
des Holzstiels 39 entnehmen.
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Die
entnommenen, geformten Nahrungsmittel-Produkte 8 können dann
durch die Entnahmemaschine 63 zur weiteren Verarbeitung
und zum Verpacken in bekannter Weise abtransportiert werden.
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Nachdem
die geformten Nahrungsmittel-Produkte 8' entnommen wurden, wird die untere Formplatte 51 in
eine thermische Aufbereitungskammer 64 bewegt, wo die Platte 51 auf
die bevorzugte Temperatur rückgekühlt wird.
Die Formplatte 51 wird dann auf die Position A zurückgeführt, um
neue Portionen des Nahrungsmittel-Produktes 8 aufzunehmen. Die
Temperatur der Formplatte 51 ist vorzugsweise niedriger
als –40°C, besser
niedriger als –50°C und besser
niedriger als –75°C. Die Temperatur
der Formplatte 51 beträgt
am besten –80°C oder darunter.
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Es
wird ersichtlich, dass das System 60 auf einer im Wesentlichen
kontinuierlichen, automatischen Basis arbeiten kann, wobei Schübe von Nahrungsmittel-Produkten 8 der
Reihe nach aufgenommen, geformt, gekühlt und entnommen werden. In
einem speziellen Beispiel können
pro Minute sechzig Portionen des Nahrungsmittel-Produktes 8 mit
dem System 60 von 8 geformt
werden.
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Für ein Eiskremprodukt
beträgt,
wie zuvor erwähnt,
die bevorzugte Temperatur des Produktes während des Formens etwa –5°C oder –6°C. Es kann für das Produkt
jedoch ein Temperatur von bis zu etwa –3°C verwendet werden. Es ist wichtig,
dass die Viskosität
niedrig genug sein sollte (d. h. das Produkt muss eine ausreichend
hohe Temperatur haben), damit die Formmaschine das Produkt formen
und das geformte Produkt seine Gestalt beibehalten kann. Bei einer
zu hohen Temperatur jedoch kann während des Formens Luft aus
der Eiskrem verloren gehen, wahrscheinlich weil die Eiskrem mehr
als ein Fluid wirkt, wobei damit das Produkt die Form nicht vollständig ausfüllt.
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Wo
das endgültige,
geformte Produkt wenigstens teilweise eine dünne Querschnittsform aufweist,
ist es dann für
das vorgeformte Produkt (den Produkt-„Rohling”) wichtig,
eine gleichmäßige Form aufzuweisen
und sich über
den Bereich der Formkammer zu erstrecken. Wenn der Produktrohling
sich nicht über
den Bereich der Formkammer erstreckt, dann kann das Produkt nicht
längs jeglicher
dünnen Kanäle in der
Form gequetscht werden, besonders da die Querschnittsbereiche jeglicher
dünnen
Kanäle schnell
verringert werden, wenn die Schichten des Produktes in den dünnen Kanälen während des
Formens aushärten.
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Bei
jedem der in 4, 5, 6 und 7 gezeigten
Beispiele, besonders wenn das Produkt Eiskrem ist, wurde festgestellt,
dass die Temperatur des unteren Formteils vorzugsweise bei einer
Temperatur von –120°C gehalten
wird, während
die Temperatur des oberen Formteils in einem Bereich von –100°C bis –80°C gehalten
wird. Eine niedrige Temperatur wird verwendet, um ein schnelles
Kühlen
der Oberfläche
auf dem Eiskremprodukt zu erzeugen. Ein begrenzender Faktor ist
die Wärmeschrumpfung des
Produktes und die zu formende Gestalt. Wo zum Beispiel das geformte
Produkt tiefe Aussparungen oder erhabene Teile aufweist, die weit
beabstandet sind, wenn das Produkt thermisch schrumpft, können diese
Teile in die Fläche
der Form greifen. Dieses ist besonders so, wenn das Produkt länger als
etwa 2 Sekunden in Kontakt mit dem Formteil ist. In einem solchen
Fall wird die höhere Temperatur
von –80°C für das Formteil
in Kontakt mit der Oberfläche
mit den scharfen Kanten bevorzugt und kann das Problem, dass das
Produkt an der Form festklebt, vermindern.
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Bei
jedem der oben beschriebenen Beispiele ist der vom Produkt während des
Formens wahrgenommene Formdruck so hoch wie 21 psi (annährend 1,5
bar). Die Anwendung von so hohem Formdruck erfordert jedoch, dass
sich das Volumen des Produktrohlings in engen Grenzen befindet,
z. B. in ±2%.
Für Eiskrem
gilt: Wenn das Volumen des Produktrohlings zu groß ist, dann
wird, weil Eiskrem im Bereich von 50% Luft enthält, die Eiskrem während des
Formens verdichtet; wenn die Form gelöst wird, dehnt sich die Eiskrem
wieder aus, und die äußere ausgehärtete Schicht
bricht, gewöhnlich
längs der
Linie, an der die Form zusammengefügt wird. Wenn das Volumen des Produktrohlings
zu klein ist, dann wird die Form nicht ausgefüllt. Es hat sich erwiesen,
dass, wenn ein Formungsdruck, wie er vom Produkt wahrgenommen wird
(d. h., die Kraft pro Flächen-Einheit
des Produktes), von etwa 8 psi ± 2 psi (etwa 0,5 bar ± 0,15
bar) verwendet wird, das Brechen auf Grund des Verdichtens und der
Wiederausdehnung des Produktes dann weitgehend vermieden werden
kann, wobei die Form noch gefüllt
wird und das System und das Verfahren nach der Erfindung nicht so
empfindlich gegenüber
Veränderungen
im Volumen des in der Form angeordneten Produktrohlings ist. Allgemein
gesagt hat sich außerdem
erwiesen, dass dickere Produkte weniger anfällig für ein Verdichtungs-/Ausdehnungsbrechen
sind als dünnere
Produkte.
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Eine
Kühlkammer,
wie die oben beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte Kühlkammer 62, kann
mit jedem der oben beschriebenen Beispiele der Erfindung verwendet
werden, um ein weiteres Kühlen
oder Gefrieren des Produktes zu erreichen, nachdem das Produkt geformt
wurde.
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Solche
Kühlkammern,
die typischerweise spiral- oder tunnelähnliche Kaltluft-Gebläsefroster sind,
sind jedoch für
den Hersteller in der Anschaffung und der Unterhaltung kostspielig
und außerdem sehr
massig und stellen insbesondere für kleine Hersteller ein Hindernis
dar, besonders um Zutritt zum einschlägigen Markt zu erhalten. Um
die Notwendigkeit einer Kühlkammer
zu vermeiden, ist es möglich, vor
dem Formschritt kryogene Pellets in das Produkt einzuführen. Ein
solches Verfahren wird in der Druckschrift
US-A-3 360 384 offenbart, deren gesamte
Offenlegung durch Verweis hier enthalten ist. Die Temperatur der
Pellets und das Mischungsverhältnis
der Pellets zum Produkt können
so ausgewählt
werden, dass sich das Produkt nach dem Mischen der Pellets in das
Produkt zur gewünschten
Temperatur ausgleicht, die vorher im Aushärtungsschritt erreicht wurde.
Auf diese Weise wird die Notwendigkeit für einen getrennten Aushärtungsschritt
vollständig
beseitigt.
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Die
kryogenen Pellets kann man durch Entfernen eines Teils (zum Beispiel
25%) des Produktes vor dem Formschritt, durch Kühlen des Teils auf eine kryogene
Temperatur und Pelletieren des Teils in kryogene Pellets, erhalten.
Alternativ können
neuheitliche Produkte durch Mischen von Pellets eines anderen Bestandteils
oder einer anderen Rezeptur in das Hauptmasseprodukt erzeugt werden,
in ähnlicher Weise
wie feste Bestandteile wie Nüsse
oder Schokolade in das Eis verquirlt werden. Es könnte eine Kombination
von Eiskrem-/Fruchteisprodukten erzeugt werden, die auf diese Weise
selbst aushärtet.
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Die
kryogenen Pellets können
dann in den Rest des Produktes wieder eingeführt werden, direkt bevor das
Produkt geformt wird. Dann gibt es typischerweise einen Zeitraum
zwischen etwa 10 bis 30 Sekunden, bevor das Produkt auf Grund des
Temperaturausgleichs durch das Produkt hindurch aushärtet und
in dem das Produkt, wie oben beschrieben, geformt werden muss.
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Wie
der Name „kryogene
Pellets” besagt,
haben die Pellets, die in das Produkt gemischt werden, eine kryogene
Temperatur, die hier für
diesen Zweck mit –80°C oder niedriger
definiert wird. Es werden Berechnungen durchgeführt, um die Temperatur der Pellets
und das Mischungsverhältnis
zu bestimmen, die notwendig sind, damit sich das Produkt auf die gewünschte Temperatur
ausgleichen kann. Es kann eine Temperatur der Pellets von –196°C verwendet werden,
da das die Temperatur des flüssigen
Stickstoffs ist, der eine günstige
Kälteerzeugungsquelle zum
Kühlen
des Pelletmaterials ist.
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Die
eigentliche Pelleterzeugung kann durch eine Reihe herkömmlicher
Verfahren durchgeführt werden,
wie jene, die in den Druckschriften
US-A-3 647 478 ,
US-A-4 761 962 und
US-A-5 199 269 gezeigt werden.
Die Größe und die
Form der erzeugten Pellets sind wichtig. Die Pellets sollten für ein schnelles
und gleichförmiges
Mischen in das wärmere
Produkt geeignet sein, um eine homogene Schlämmmasse zu erzeugen. Die Pellets
sollten einzeln verbleiben und sollten nicht in Aufbewahrungsbehältern oder
Rohrleitungen kleben oder klumpen. Die Erzeugung der Pellets sollte
eine ebene und gleichmäßige, einzeln
schnell gefrierende Qualität
gewährleisten. Aus
diesem Grund wird eine kryogene Herstellung der Pellets bevorzugt,
die zum Beispiel einen kryogenen Walzenfroster, wie er in der Druckschrift
US-A-4 914 927 gezeigt
wird, oder einen Tropfendispenser in ein flüssiges Kühlmittel, nutzt. Niedrige Anhafterscheinungen,
die sich bei kryogenen Temperaturen zeigen, gewährleisten, dass die Kügelchen
getrennt bzw. einzeln bleiben. Die Anlagenoberflächen, die bei kryogenen Temperaturen
bis zum Vermischungspunkt arbeiten, gewährleisten, dass die Kügelchen nicht
kleben oder klumpig werden.
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Das
Mischen der Pellets in das Produkt kann mit einem geeigneten Mixer
als Batch-Prozess
in einem Batch-Behälter,
oder als kontinuierlicher Prozess ausgeführt werden, in dem der Mixer
eine Beschickungsvorrichtung für
feste Bestandteile enthält.
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Während man
sich vorstellen kann, dass die Verwendung der oben beschriebenen
kryogenen Pellets die Notwendigkeit für eine Kühlkammer vermeiden wird, um
das Produkt nach dem Formen zu kühlen,
kann eine solche Kammer zusätzlich
zu den kryogenen Pellets genutzt werden, wenn es gewünscht wird.