EP3126108A1 - Vorrichtung mit einer klinge zur bearbeitung eines prozessguts - Google Patents

Vorrichtung mit einer klinge zur bearbeitung eines prozessguts

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EP3126108A1
EP3126108A1 EP15712174.0A EP15712174A EP3126108A1 EP 3126108 A1 EP3126108 A1 EP 3126108A1 EP 15712174 A EP15712174 A EP 15712174A EP 3126108 A1 EP3126108 A1 EP 3126108A1
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EP
European Patent Office
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blade
actuators
blade holder
joints
actuator
Prior art date
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EP15712174.0A
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English (en)
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EP3126108B1 (de
Inventor
César Carrasco
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A O SCHALLINOX GmbH
Original Assignee
A O SCHALLINOX GmbH
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Publication date
Application filed by A O SCHALLINOX GmbH filed Critical A O SCHALLINOX GmbH
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Publication of EP3126108B1 publication Critical patent/EP3126108B1/de
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    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/005Computer numerical control means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
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    • B26D5/00Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B26D5/086Electric, magnetic, piezoelectric, electro-magnetic means
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    • B26D5/00Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/08Means for actuating the cutting member to effect the cut
    • B26D5/12Fluid-pressure means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B26DCUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D2210/00Machines or methods used for cutting special materials
    • B26D2210/02Machines or methods used for cutting special materials for cutting food products, e.g. food slicers

Definitions

  • the invention relates to a device with a blade for processing a solid or pulverulent process material, such as meat, cheese, vegetables, bread, pasta or spices.
  • cutting devices e.g. Provided devices with rotating round cutting discs, which are performed at high clock rates against the products to perform the necessary cuts.
  • Such devices are expensive to manufacture, in operation and in maintenance. Due to the rotation of the cutting discs, which have to be reground regularly, a massive effect on the process material takes place, so that particles are released and thrown away, resulting in contamination of the device.
  • a cutting device in which a knife is connected via a coupling element and an energy converter with an ultrasonic generator.
  • the knife is held in a horizontal orientation on both sides and is moved up and down in one plane during the cutting process in order to cut a process material. So that the cut runs precisely, the cut material is conveyed perpendicular to the cutting plane along a conveying plane towards the knife.
  • This cutting device therefore allows the precise conventional cutting a crop.
  • the properties of the Cuttings are highly diverse, so it would often be desirable if parameters of the cutting process could be adapted to the cuttings. In this regard, the possibilities offered by conventional cutters are severely limited.
  • a blade can also be used to atomize a process material, which however requires a device with a blade which is designed completely differently. Devices of this type can also be advantageously used in the food industry but also in the pharmaceutical industry to meter and atomize powders.
  • the provision of different blade-type devices, each intended for an application involves a great deal of effort in terms of obtaining the devices and the need for space in which to install these devices. This results in a high material redundancy with corresponding costs.
  • DE10103740A1 discloses a method for cutting at least one strand of food stored on a conveyor in an industrial in-line production line by ultrasonic waves. The use of a blade can be dispensed with.
  • EP2226172A1 discloses a deburring machine with a knife held by an arm of a robot. This device requires a costly robot by means of which only small knives can be handled.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an improved device with a blade for processing at least one process material, in particular for the field of the food industry or the pharmaceutical industry.
  • a device which can be used in many ways is to be provided with a blade, with which a process material can advantageously be cut and / or atomized.
  • the device operations for processing, in particular for cutting and / or atomizing a process material can be performed, which can be adapted to the wishes of the user, to the process material, as well as to the adjacent facilities.
  • the device should be able to be adapted to facilities that are provided for the transport of the process material or various process goods to the device or away from the device.
  • the device should be compact and take up little space, so that it can be advantageously integrated into any production process.
  • the device which is used for processing, in particular cutting and atomizing at least one process material, in particular a process material of the food industry or the pharmaceutical industry, comprises at least one blade connectable via at least one coupling element and an energy converter to an ultrasound source and attached to a blade holder which is connected to a scaffolding held drive device.
  • the drive device comprises a plurality of actuators, which are each connected via a first pivot to the blade holder and the other via a second pivot such with the framework that the blade holder is held solely by the actuators and displaceable within a working volume and optionally rotatable.
  • the blade can be moved back and forth, down and up and preferably also to the side.
  • the blade support is therefore not routed, as usual, by rails along a single cutting plane, but displaced or positionable by the actuators within a working volume in a selected orientation along at least one selected straight or curved cutting surface.
  • the blade can be guided back and forth between two or more cut surfaces in order to perform cuts on different process items, wherein the resulting cut material of the different process items can also be mixed.
  • the blade can be aligned horizontally and charged with a powdery further process material, which can be atomized uniformly in the sequence, for example, to flavor the mixture of the clippings.
  • a finished menu For example, different types of dried meat can be cut and mixed and seasoned. In this case, a first kind of dried meat cut, evenly pollinated with a first variety of a spice powder and covered in the sequence with clippings of a second variety of dried meat.
  • the cut surface may also be wavy, so that wavy cut material is produced, which looks aesthetically advantageous, can be detected more easily and occupies a larger volume with low density.
  • the process material can not only be cut, but also moved. For example, process material is cut over a plate and mixed. Subsequently, the blade can be moved down to the plate and moved along with the clippings or mix along this to a container. The blade can also be used to grasp and feed a product before it is processed.
  • the device according to the invention can therefore process the process material not only in a central process, but also treat or influence it in a pre-process and in a post-process.
  • cakes or loaves can be cut to desired dimensions and subsequently provided with cuts or slots into which, for example, a pulverulent process product is dusted.
  • the size of the work volume can be determined.
  • cylindrical actuators or linear drives are provided, which have an axially displaceable piston rod.
  • the executable movements and rotations of the blade can be determined.
  • the blade can be moved back and forth in two or three directions and rotated about at least one axis, preferably the axis of the blade.
  • a blade can be provided which has a cutting edge on both sides and which can therefore perform a cut on a first or second process material in both directions of movement. The choice of a blade with two blades doubles the work possibilities not only in one level but within the entire working volume.
  • the actuators are controlled by means of a control program provided in a control unit. Preferably, all actuators are individually controllable. Depending on the movements to be performed, several actuators can also be controlled identically. If the blade is merely to be moved parallel and held in the same orientation, then the actuators, which are aligned parallel to the direction of displacement, are driven identically. By unequal control of the actuators, the blade can be tilted or rotated about its longitudinal axis or about other axes.
  • a first and a third actuator which enclose an angle of preferably 90 °, each connected via a corresponding one of the first pivot joints with the first side of Klingenhaittation.
  • a second and a fourth actuator which enclose an angle of preferably 90 °, each connected via a corresponding one of the first pivot joints with the second side of the blade holder.
  • the actuators are coupled to side plates at both ends of the blade holder. By actuating the actuators, the side plates, each of which faces one end of the blade, can each be displaced parallel to one another or independently of one another in a plane. If the side plates are moved parallel to each other, the blade is always held horizontally.
  • the geometric shape of a double cone (diabolo) can be described, wherein the two cones have different sizes and can be inclined.
  • the blade can therefore be moved along the conveying direction of the process material or along the conveying directions of the process goods back and forth and perpendicular thereto and preferably rotated about at least one axis perpendicular to the longitudinal axis of the blade.
  • the blade can therefore be moved to different working positions and execute a vertical movement or a section through a process material in each of these working positions.
  • a fifth actuator is provided, which is aligned obliquely or perpendicular to the longitudinal axis of the blade and preferably parallel to the first and second actuator and connected via a corresponding one of the first hinges with the blade holder, so that the blade rotatable about its longitudinal axis or can be stabilized in a selected rotational position.
  • the blade With a uniform actuation of the first three actuators, therefore, the blade is pushed back or forth without any rotation. If the third actuator is accelerated more or less strongly, the rotation of the blade takes place about the longitudinal axis, whereby process material can be cut or cut process material can be moved on a shelf.
  • the blade can be aligned horizontally so that it can be deposited powdered process material and promoted by vibration and ultrasonic action on the blade and atomized.
  • a sixth actuator is provided, which is aligned with a vector component parallel to the blade and is connected via a corresponding one of the first pivot joints with the blade holder, so that the blade is displaceable along its longitudinal axis.
  • the sixth actuator can be carried out at the same time during the displacement of the blade down a lateral cutting movement to divide the process material even easier and to avoid any compression of the same.
  • the sixth actuator of the Vertical movement of the blade are superimposed on a lateral movement, for example in the form of a sine wave.
  • a vibration in a vibration range of 1Hz - 10Hz provided, for which purpose the control unit supplies the sixth actuator corresponding control signals.
  • the hinges may be identical or designed differently and are selected according to the movements to be performed by the actuators.
  • the first hinges connected to the blade holder are, for example, ball joints, hinge joints, fork joints, angle joints or two joint functions thereof combinations thereof.
  • the second hinges, which are connected to the framework are preferably ball joints, hinge joints, yokes, angle joints or two joint functions having combinations of these joints.
  • the actuators can be driven electrically, hydraulically or pneumatically, combinations of which are possible.
  • Piston rods can be extended particularly precisely by electrically operated actuators.
  • the piston rod is coupled to a spindle, which is rotated by a stepping motor by a number of rotations corresponding to the required stroke.
  • the blade holder preferably has two side plates interconnected by at least one transverse strut, to which preferably the first hinges are attached.
  • the energy converters are preferably mounted in pairs by means of mounting devices.
  • the coupling elements, which connect the energy converter with the blade are preferably designed arcuate and connected on the front or back of the blade with the blade back, preferably welded.
  • a one-piece blade is provided, which is connected at regular intervals with a plurality of coupling elements, so that ultrasonic energy can be uniformly coupled into the blade and acts with equal intensity along the cutting edge or the cutting edges on this.
  • the blade can perform almost any movement within the working volume and the device according to the invention can be used universally, this has relatively small dimensions. As a result, this device can be easily integrated into a production plant.
  • the inventive device can also be advantageously integrated into an existing production plant, which has anchor points on which the second pivot joints can be mounted.
  • existing production systems can therefore be equipped particularly advantageous with additional functions for processing a process material.
  • Processing of at least one process material is used and which has at least one blade 11, which is held by a blade holder 2, are connected to the seven hinged to a frame 6 connected actuators 41, 47, by means where the blade 11 can perform almost any movements within a working volume to process the process material, in particular to cut or to atomize;
  • 2a is a symbolically shown drive device 4 and the blade holder 2 of FIG. 1, which has two side plates 21A, 21B, to the piston rods 411, 471 of the actuators 41,
  • first hinges 31, 37 are coupled via first hinges 31, 37 and which are interconnected by transverse struts 22, which hold eight energy converters 13, which are connected via coupling elements 12 with a one-piece blade 11;
  • FIG. 2b shows the blade holder 2 of Fig. 2a of the
  • Actuators 41, 47 is connected, which are held by second pivot joints 51, 57;
  • Fig. 5 the designated in Fig. 4 Part D of the inventive device 1 with the four with the right side plate 21 B of the blade holder
  • actuators 42, 44, 45 and 46th 1 shows an apparatus 1 according to the invention, which serves to process one or more process items, which are fed to the apparatus 1, for example, at different levels and from different directions.
  • the device 1 comprises at least one blade 11 which can be acted upon by ultrasound energy and which is held by a blade holder 2.
  • the blade holder 2 is coupled in this embodiment articulated with seven actuators 41, 47, which are also hingedly connected to a framework 2 and held by this.
  • the blade 11 can therefore perform almost any movements within a working volume in order to process the process material, in particular to cut or to atomize.
  • the movements that are programmable and controlled by a control unit 7, are dependent on the number of actuators used, the control is coordinated accordingly.
  • the control unit 7, which is held by a pivoting arm, preferably has a screen or touch screen, can be entered via the commands to pre-programmed
  • the programming of the device can be done in several ways.
  • the blade 11 can be guided along a desired cutting surface, the course of movement of the piston rods being measured and registered.
  • curve surfaces can be defined in a geometric space, after which determines the positions of the first ball joints and the course of the distances between the corresponding first and second ball joints are determined.
  • the actuators 41, 47, in particular the seventh actuator 47, which can move the blade axially, can also perform oscillating movements.
  • the device 1 has a relatively long one-piece (see Fig. 2a) or multi-part (see Fig. 3a) blade 11 which can be moved within a relatively large working volume, which by the length of the piston rods of Actuators 41, 47 is determined.
  • a one-piece blade 11 is used.
  • the invention allows the construction of the device 1 with spatial dimensions, which are essentially determined by the size of the blade 11.
  • the columnar actuators 41, 47 may be parallel to
  • the device 1 further comprises protective covers and a hood 65 which can be pushed back and folded upwards.
  • FIG. 2a symbolically shows a drive device 4 consisting of the actuators 41, 47 and the blade holder 2 of FIG. 1 with a one-piece blade 11.
  • the blade holder 2 comprises two side plates 21A, 21B, on the piston rods 411, 471 of the actuators 41, 47 are coupled via first pivots 31, 37.
  • the side plates 21A, 21B are interconnected by two transverse struts 22, to which eight energy converters 13 are mounted in pairs by means of four mounting devices 23.
  • the energy converters 13 are connected via coupling elements 12 with the one-piece blade 11.
  • the coupling elements 12 each have a semicircular arc which is perpendicular to the blade back of the blade 11 and is welded thereto.
  • the coupling elements 12 are arranged in a uniform grid, which ensures that the output of an ultrasonic generator to the energy converter 13 ultrasonic energy is uniformly coupled into the blade 11.
  • the blade 11 is thus held by eight coupling elements 12, via which the ultrasonic energy is simultaneously fed.
  • the actuators 41, 47 were symbolically combined in a block or the drive device 4. Shown are only the piston rods 411, 471 of the
  • the first hinges 31, 37 are preferably ball joints, which is why the piston rods 411,
  • FIG. 2 a further shows that individual ones of the first joints 31 and 33 or 32 and 34 can also be arranged directly next to each other so that the associated actuators 41, 43 and 42, 44 are coupled to the blade holder 2 at virtually identical points.
  • Fig. 2a the basic movements, the displacements VI, V2, V3, V4, V5 and the rotations Dl, D2, D3 are shown, which can perform the blade 11 individually or in combination.
  • a Fifth actuator 45 is provided, which is aligned parallel to the first and second actuators 41, 42 and connected via a corresponding one of the first pivot 35 eccentrically with the blade holder 2. If the fifth actuator 45 is controlled identically to the first and second actuators 41, 42, a parallel displacement of the blade 11 takes place forward or backward. If the fifth actuator 45 is actuated differently, a rotation D3 takes place about an axis which is defined by the coupling points of the first two actuators 41, 42. By the rotation D3 of the blade 11, a cut can be performed. Alternatively, the blade 11 can be horizontally aligned and held stable, so that a powdered process material can be placed thereon, which is then atomized under the action of ultrasonic energy.
  • FIG. 2b shows the blade holder 2 with the two side plates 21A, 21B and the two transverse struts 22 and the four associated mounting devices 23 of Fig. 2a, by means of which the energy converter 12 and the associated blade 11 are held, from the back.
  • FIG. 3 a shows the blade holder 2 of FIG. 2 a, which is connected to the actuators 41, 47 via the first pivot joints 31, 37 is connected, which are held by second pivot joints 51, 57.
  • the blade holder 2 holds a multi-part blade 11 or four trapezoidal individual blades IIA, IIB, HC, HD which are aligned in a plane axially to each other and form a common blade plane and a common blade cutting edge.
  • eight, for example, triangular single blades can be used, which are each connected to a coupling element 12.
  • Embodiment have a rotating part and a hinge part and thus combine the function of a hinge and a hinge joint, also allow the actuators 41, 47 to move within an opening angle, which is selected as needed.
  • the actuators 41, 47 are therefore held on both sides by hinges 31, 37 and 51, 57.
  • FIG. 3 b shows the blade holder 2 with only six actuators 41, 46 and the associated second pivot joints 51, 56 of FIG. 3 a from the rear side as well as a detailed illustration of the second pivot joint 54 connected to the fourth actuator 44.
  • This second pivot joint 54 has a hinge joint 541, which rotatably supports the associated fourth actuator 44 in a first plane.
  • the hinge joint 541 is connected by means of a hinge shaft 542 and a pivot bearing 543 in a second plane which is vertical extends to the first level, held rotatably.
  • the fourth actuator 44 is therefore rotatably supported within an opening angle.
  • this combined rotary joint or double joint 55 corresponds to a ball joint.
  • the seventh actuator 47 has been omitted in the embodiment of FIG.
  • the seventh actuator 47 is provided, by means of which the symmetrical force can be realized, if desired.
  • Fig. 4 shows the inventive device 1 of Fig. 1 with the frame 6 and the blade holder 2 and the mounted actuators 41, 47 of Fig. 1.
  • the frame 6 is constructed in the manner of a table with legs 61 and cross struts 62, at where the actuators 41, 47 are attached.
  • the framework 6 can have a variety of configurations and primarily fulfills the function of stably holding the actuators 41, 47. If a stable conveying device is provided for a process material or for a plurality of process products, then the second pivot joints can also be connected to this conveying device. In this way it is possible to integrate the inventive device 1 with a small space requirement in a production line.
  • Fig. 5 shows the designated in Fig.

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Abstract

Die Vorrichtung (1), die dem Bearbeiten, insbesondere dem Schneiden und Zerstäuben wenigstens eines Prozessguts, insbesondere eines Nahrungsmittels (8), dient, umfasst wenigstens eine Klinge (11), die über wenigstens ein Kopplungselement (12) und einen Energiewandler (13) mit einer Ultraschallquelle verbindbar und an einer Klingenhaiterung (2) befestigt ist, die mit einer von einem Gerüst (6) gehaltenen Antriebsvorrichtung (4) verbunden ist. Erfindungsgemäss umfasst die Antriebsvorrichtung (4) mehrere Aktuatoren (41,..., 46), die einerseits je über ein erstes Drehgelenk (31;...; 37) mit der Klingenhalterung (2) und die andererseits je über ein zweites Drehgelenk (51;...; 57) derart mit dem Gerüst verbunden sind, dass die Klingenhalterung (2) allein von den Aktuatoren (41,..., 46) gehalten und innerhalb eines Arbeitsvolumens verschiebbar und gegebenenfalls drehbar ist.

Description

Vorrichtung mit einer Klinge zur Bearbeitung eines Prozessguts
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Klinge zur Bearbeitung eines festen oder pulverförmigen Prozessguts, wie Fleisch, Käse, Gemüse, Brot, Teigwaren oder Gewürze.
In zahlreichen industriellen Anwendungen, insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie, sind Produkte mit vorgesehenen Abmessungen bereitzustellen. Oft werden Nahrungsmittel, wie Brot, Wurstwaren oder Käse in Tranchen aufgeteilt und verpackt. Dazu werden Schneidevorrichtungen, z.B. Vorrichtungen mit rotierenden runden Schneidscheiben vorgesehen, welche mit hohen Taktfrequenzen gegen die Produkte geführt werden, um die erforderlichen Schnitte auszuführen. Derartige Vorrichtungen sind aufwendig in der Herstellung, im Betrieb und in der Wartung. Durch die Rotation der Schneidscheiben, die regelmässig neu geschliffen werden müssen, erfolgt eine massive Einwirkung auf das Prozessgut, so dass Partikel herauslöst und weggeschleudert werden, wodurch eine Verschmutzung der Vorrichtung resultiert.
Aus der EP2551077A1 ist eine Schneidevorrichtung bekannt, bei der ein Messer über ein Kopplungselement und einen Energiewandler mit einem Ultraschallgenerator verbunden ist. Das Messer ist beidseitig in horizontaler Ausrichtung gehalten und wird während des Schneidvorgangs in einer Ebene nach oben und nach unten gefahren, um ein Prozessgut zu schneiden. Damit der Schnitt präzise verläuft, wird das Schnittgut senkrecht zur Schnittebene entlang einer Förderebene zum Messer hin gefördert. Diese Schneidevorrichtung erlaubt daher das präzise konventionelle Schneiden eines Schnittguts. Die Eigenschaften des Schnittguts sind jedoch höchst unterschiedlich, so dass es oft wünschenswert wäre, wenn Parameter des Schneidevorganges an das Schnittgut angepasst werden könnten. Diesbezüglich sind die Möglichkeiten, welche konventionelle Schneidvorrichtungen bieten, stark beschränkt. Auch Sonderwünsche des Anwenders können nicht berücksichtigt werden, weshalb das auf dem Markt angebotene Schnittgut, wie Wurstscheiben oder Brotscheiben, stets dieselben geometrischen Formen aufweist. Weiterhin kann mittels der Schneidevorrichtung nur ein Prozessgut bearbeitet werden, welches typischerweise auf einem Förderband zugeführt wird.
Aus der EP2551077A1 ist ferner bekannt, dass eine Klinge auch zum Zerstäuben eines Prozessguts verwendet werden kann, wozu jedoch eine Vorrichtung mit einer Klinge erforderlich ist, die völlig anders ausgestaltet ist. Vorrichtungen dieser Art können ebenfalls in der Nahrungsmittelindustrie aber auch in der pharmazeutischen Industrie vorteilhaft eingesetzt werden, um Pulver zu dosieren und zu zerstäuben. Durch die Bereitstellung unterschiedlicher Vorrichtungen mit einer Klinge, die je für einen Anwendungszwecke bestimmt sind, ergibt sich jedoch ein sehr hoher Aufwand hinsichtlich der Beschaffung der Vorrichtungen und des Bedarfs an Raum, in dem diese Vorrichtungen installiert werden. Es resultiert somit eine hohe Materialredundanz mit entsprechenden Kosten. Die DE10103740A1 offenbart ein Verfahren für das Schneiden wenigstens eines auf einer Fördervorrichtung gelagerten Stranges eines Lebensmittels in einer industriellen In- Line Fertigungsstraße durch Ultraschallwellen. Auf die Verwendung einer Klinge kann dadurch verzichtet werden. Aus der US5163865A ist eine Vorrichtung bekannt, mittels der Fischfilets und anderen Lebensmittel in Portionen vorbestimmter Grösse geschnitten werden können. Das Messer ist in Längsrichtung vertikal zur Fördererrichtung verschiebbar. Andere Schnittmöglichkeiten zur Bearbeitung eines Prozessguts sind daher ausgeschlossen. Die EP2226172A1 offenbart eine Entgratungsmaschine mit einem Messer, welches von einem Arm eines Roboters gehalten wird. Diese Vorrichtung benötigt einen kostspieligen Roboter, mittels dessen, nur kleine Messer gehandhabt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung mit einer Klinge zur Bearbeitung wenigstens eines Prozessguts, insbesondere für den Bereich der Nahrungsmittelindustrie oder der pharmazeutischen Industrie, zu schaffen.
Insbesondere ist eine vielfältig einsetzbare Vorrichtung mit einer Klinge zu schaffen, mit der ein Prozessgut vorteilhaft geschnitten und/oder zerstäubt werden kann.
Mittels der Vorrichtung sollen Vorgänge zur Bearbeitung, insbesondere zum Schneiden und/oder Zerstäuben eines Prozessguts durchgeführt werden können, die an die Wünsche des Anwenders, an das Prozessgut, sowie an die benachbarten Einrichtungen angepasst werden können. Insbesondere soll die Vorrichtung an Einrichtungen angepasst werden können, die für den Transport des Prozessguts oder verschiedener Prozessgüter hin zur Vorrichtung oder weg von der Vorrichtung vorgesehen sind.
Wünschenswert wäre es, wenn mittels der Klinge weitere Arbeitsschritte ausgeführt werden könnten, welche es beispielsweise erlauben, das Schnittgut gezielt abzugeben, zu positionieren oder zu beschleunigen. Beispielsweise sollen verschiedene Prozessgüter geschnitten oder zerstäubt und gemischt werden können, die auf unterschiedlichen Wegen zur Vorrichtung gelangen.
Die Vorrichtung soll kompakt aufgebaut sein und nur wenig Raum in Anspruch nehmen, so dass sie in beliebige Produktionsprozesse vorteilhaft integriert werden kann.
Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung sollen komplexe Arbeitsprozesse mit hohen Taktzyklen realisierbar sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben .
Die Vorrichtung, die dem Bearbeiten, insbesondere dem Schneiden und Zerstäuben wenigstens eines Prozessguts, insbesondere eines Prozessguts der Nahrungsmittelindustrie oder der pharmazeutischen Industrie, dient, umfasst wenigstens eine Klinge, die über wenigstens ein Kopplungselement und einen Energiewandler mit einer Ultraschallquelle verbindbar und an einer Klingenhaiterung befestigt ist, die mit einer von einem Gerüst gehaltenen Antriebsvorrichtung verbunden ist.
Erfindungsgemäss umfasst die Antriebsvorrichtung mehrere Aktuatoren, die einerseits je über ein erstes Drehgelenk mit der Klingenhalterung und die andererseits je über ein zweites Drehgelenk derart mit dem Gerüst verbunden sind, dass die Klingenhalterung allein von den Aktuatoren gehalten und innerhalb eines Arbeitsvolumens verschiebbar und gegebenenfalls drehbar ist. Innerhalb des Arbeitsvolumens kann die Klinge vor und zurück, nach unten und nach oben und vorzugsweise auch zur Seite gefahren werden. Die Klingenhalterung ist daher nicht wie üblich mittels Schienen entlang einer einzigen Schnittebene geführt, sondern von den Aktuatoren innerhalb eines Arbeitsvolumens in einer gewählten Ausrichtung entlang wenigstens einer ausgewählten geraden oder gekrümmten Schnittfläche verschiebbar oder positionierbar.
Durch entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren gelingt es somit, die Klinge innerhalb des Arbeitsvolumens beliebig zu führen, auszurichten und zu positionieren. Dabei kann die Klinge zwischen zwei und mehreren Schnittflächen hin und her geführt werden, um Schnitte an verschiedenen Prozessgütern durchzuführen, wobei das resultierende Schnittgut der verschiedenen Prozessgüter auch gemischt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Klinge waagerecht ausgerichtet und mit einem pulverförmigen weiteren Prozessgut beaufschlagt werden, welches in der Folge gleichmässig zerstäubt werden kann, beispielsweise um die Mischung des Schnittguts zu würzen. Mittels der Vorrichtung kann somit aus verschiedenen Prozessgütern ein fertiges Menü zusammengestellt werden. Beispielsweise können unterschiedliche Sorten von Trockenfleisch geschnitten und gemischt und gewürzt werden. Dabei kann eine erste Sorte Trockenfleisch geschnitten, mit einer ersten Sorte eines Gewürzpulvers gleichmässig bestäubt und in der Folge mit Schnittgut einer zweiten Sorte von Trockenfleisch überdeckt werden .
Die Schnittfläche kann auch wellenförmig verlaufen, so dass wellenförmiges Schnittgut erzeugt wird, welches ästhetisch vorteilhaft aussieht, leichter erfasst werden kann und mit geringer Dichte ein grösseres Volumen einnimmt. Aufgrund der Beweglichkeit der Klinge kann das Prozessgut nicht nur geschnitten, sondern auch verschoben werden. Beispielsweise wird Prozessgut über einer Platte geschnitten und gemischt. Anschliessend kann die Klinge zur Platte hinuntergefahren und zusammen mit dem Schnittgut bzw. Mischgut entlang dieser zu einem Behälter verschoben. Mit der Klinge kann ein Produkt auch erfasst und vorgeschoben werden, bevor es bearbeitet wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann das Prozessgut daher nicht nur in einem zentralen Prozess bearbeiten, sondern auch in einem Vorprozess und in einem Nachprozess behandeln oder beeinflussen.
Beispielsweise können Kuchen oder Brote auf gewünschte Abmessungen zugeschnitten und in der Folge mit Schnitten bzw. Schlitzen versehen werden, in die beispielsweise ein pulverförmiges Prozessgut eingestäubt wird.
Durch entsprechende Wahl der Aktuatoren kann die Grösse des Arbeitsvolumens festgelegt werden. Vorzugsweise sind zylinderförmige Aktuatoren bzw. Linearantriebe vorgesehen, die eine axial verschiebbare Kolbenstange aufweisen. Durch die Wahl der Aktuatoren, insbesondere der Länge und der Ausrichtung der Kolbenstangen, können die ausführbaren Bewegungen und Drehungen der Klinge festgelegt werden. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass die Klinge in zwei oder drei Richtungen vor und zurück verschoben und um wenigstens eine Achse, vorzugsweise die Achse der Klinge, gedreht werden kann. Dabei kann eine Klinge vorgesehen werden, die auf beiden Seiten eine Schneidekante aufweist und die daher in beiden Bewegungsrichtungen einen Schnitt an einem ersten oder zweiten Prozessgut ausführen kann. Die Wahl einer Klinge mit zwei Schneiden verdoppelt die Arbeitsmöglichkeiten nicht nur in einer Ebene sondern innerhalb des gesamten Arbeitsvolumens. Die Steuerung der Aktuatoren erfolgt mittels eines in einer Steuereinheit vorgesehenen Steuerprogramms. Vorzugsweise sind alle Aktuatoren individuell steuerbar. In Abhängigkeit der auszuführenden Bewegungen können mehrere Aktuatoren auch identisch angesteuert werden. Sofern die Klinge lediglich parallel verschoben und in gleicher Ausrichtung gehalten werden soll, so werden die Aktuatoren, die parallel zur Verschieberichtung ausgerichtet sind, identisch angesteuert. Durch eine ungleiche Ansteuerung der Aktuatoren kann die Klinge um deren Längsachse oder um weitere Achsen gekippt oder gedreht werden.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung sind ein erster und ein dritter Aktuator, die einen Winkel von vorzugsweise 90° einschliessen, je über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke mit der ersten Seite der Klingenhaiterung verbunden. Weiter sind ein zweiter und ein vierter Aktuator, die einen Winkel von vorzugsweise 90° einschliessen, je über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke mit der zweiten Seite der Klingenhalterung verbunden. Beispielsweise sind die Aktuatoren an Seitenplatten an beiden enden der Klingenhalterung angekoppelt. Durch Betätigung der Aktuatoren können die Seitenplatten, denen je ein Ende der Klinge zugewandt ist, je parallel zueinander oder unabhängig voneinander in einer Ebene verschoben werden. Sofern die Seitenplatten parallel zueinander verschoben werden, wird die Klinge immer waagerecht gehalten. Durch unterschiedliche Ansteuerung der Aktuatoren kann ein die geometrische Form eines Doppelkegels (Diabolo) beschrieben werden, wobei die beiden Kegel unterschiedliche Grössen aufweisen und geneigt sein können. Die Klinge kann daher entlang der Förderrichtung des Prozessguts oder entlang den Förderrichtungen der Prozessgüter vor und zurück sowie senkrecht dazu verschoben und vorzugsweise um wenigstens eine senkrecht zur Längsachse der Klinge verlaufende Achse gedreht werden. Die Klinge kann daher in verschiedene Arbeitspositionen verschoben werden und in jeder dieser Arbeitspositionen eine vertikale Bewegung bzw. einen Schnitt durch ein Prozessgut ausführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein fünfter Aktuator vorgesehen, der schräg oder senkrecht zur Längsachse der Klinge und vorzugsweise parallel zum ersten und zweiten Aktuator ausgerichtet und über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke mit der Klingenhalterung verbunden ist, so dass die Klinge um deren Längsachse drehbar oder in einer gewählten Drehlage stabilisierbar ist. Bei einer gleichmässigen Betätigung der ersten drei Aktuatoren wird die Klinge daher vor oder zurück geschoben, ohne dass eine Drehung erfolgt. Sofern der dritte Aktuator stärker oder weniger stark beschleunigt wird, erfolgt die Drehung der Klinge um die Längsachse, wodurch Prozessgut geschnitten oder geschnittenes Prozessgut auf einer Ablage verschoben werden kann. Weiterhin kann die Klinge horizontal ausgerichtet werden, so dass darauf pulverförmiges Prozessgut abgelegt und durch Vibrationen und Ultraschalleinwirkung auf die Klinge gefördert und zerstäubt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein sechster Aktuator vorgesehen, der mit einer Vektorkomponente parallel zur Klinge ausgerichtet ist und über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke mit der Klingenhalterung verbunden ist, so dass die Klinge entlang ihrer Längsachse verschiebbar ist. Mittels des sechsten Aktuator kann bei der Verschiebung der Klinge nach unten gleichzeitig eine seitliche Schneidebewegung durchgeführt werden, um das Prozessgut noch leichter aufzuteilen und jegliche Komprimierung desselben zu vermeiden. Durch den sechsten Aktuator kann der Vertikalbewegung der Klinge auch eine laterale Bewegung beispielsweise in Form einer Sinusschwingung überlagert werden. Beispielsweise wird eine Schwingung in einem Schwingungsbereich von 1Hz - 10Hz vorgesehen, wozu die Steuereinheit dem sechsten Aktuator entsprechende Steuersignale zuführt.
Die Drehgelenke können identisch oder auch unterschiedlich ausgestaltet sein und werden entsprechend den Bewegungen gewählt, die von den Aktuatoren ausgeführt werden sollen. Die ersten Drehgelenke, die mit der Klingenhalterung verbunden sind, sind beispielsweise Kugelgelenke, Scharniergelenke, Gabelgelenke, Winkelgelenke oder zwei Gelenkfunktionen aufweisende Kombinationen davon. Die zweiten Drehgelenke, die mit dem Gerüst verbunden sind, sind vorzugsweise Kugelgelenke, Scharniergelenke, Gabelgelenke, Winkelgelenke oder zwei Gelenkfunktionen aufweisende Kombinationen dieser Gelenke .
Die Aktuatoren können elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden, wobei Kombinationen davon möglich sind. Besonders präzise können Kolbenstangen von elektrisch betriebenen Aktuatoren ausgefahren werden. Beispielsweise ist die Kolbenstange mit einer Spindel gekoppelt, die mittels eines Schrittmotors um eine Anzahl Drehungen gedreht wird, die dem erforderlichen Hub entspricht.
Die Klingenhalterung weist vorzugsweise zwei durch wenigstens eine Querstrebe miteinander verbundene Seitenplatten auf, an denen vorzugsweise die ersten Drehgelenke befestigt sind. An der Querstrebe sind die Energiewandler vorzugsweise paarweise mittels Montagevorrichtungen montiert sind. Die Kopplungselemente, welche die Energiewandler mit der Klinge verbinden, sind vorzugsweise bogenförmig ausgestaltet und auf der Frontseite oder Rückseite der Klinge mit dem Klingenrücken verbunden, vorzugsweise verschweisst . Vorzugsweise ist eine einstückige Klinge vorgesehen, die in gleichmässigen Abständen mit mehreren Kopplungselementen verbunden ist, so dass Ultraschallenergie gleichmässig in die Klinge eingekoppelt werden kann und mit gleicher Intensität entlang der Schneide oder den Schneiden auf diese einwirkt. Obwohl die Klinge innerhalb des Arbeitsvolumens nahezu beliebige Bewegungen ausführen kann und die erfindungsgemässe Vorrichtung universell eingesetzt werden kann, weist diese relativ geringe Abmessungen auf. Dadurch kann diese Vorrichtung einfach in eine Produktionsanlage integriert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch vorteilhaft in eine bestehende Produktionsanlage integriert werden, welche Ankerpunkte aufweist, an denen die zweiten Drehgelenke montiert werden können. Auf diese Weise können bestehende Produktionsanlagen daher besonders vorteilhaft mit weiteren Funktionen zur Bearbeitung eines Prozessguts ausgerüstet werden .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1, die der
Bearbeitung wenigstens eines Prozessguts dient und die dazu wenigstens eine Klinge 11 aufweist, die von einer Klingenhalterung 2 gehalten ist, an die sieben gelenkig mit einem Gerüst 6 verbundene Aktuatoren 41, 47 angekoppelt sind, mittels denen die Klinge 11 innerhalb eines Arbeitsvolumens nahezu beliebige Bewegungen ausführen kann, um das Prozessgut zu bearbeiten, insbesondere zu schneiden oder zu zerstäuben; Fig. 2a eine symbolisch gezeigte Antriebsvorrichtung 4 sowie die Klingenhalterung 2 von Fig. 1, die zwei Seitenplatten 21A, 21B aufweist, an die Kolbenstangen 411, 471 der Aktuatoren 41,
47 über erste Drehgelenke 31, 37 angekoppelt sind und die durch Querstreben 22 miteinander verbunden sind, welche acht Energiewandler 13 halten, die über Kopplungselemente 12 mit einer einstückigen Klinge 11 verbunden sind;
Fig. 2b die Klingenhalterung 2 von Fig. 2a von der
Rückseite;
Fig. 3a die mit vier Klingen IIA, IIB, HC, HD verbundene Klingenhalterung 2 von Fig. 2a, die über die ersten Drehgelenke 31, 37 mit den
Aktuatoren 41, 47 verbunden ist, welche von zweiten Drehgelenken 51, 57 gehalten sind;
Fig. 3b die Klingenhalterung 2 von Fig. 3a von der
Rückseite mit nur sechs Aktuatoren 41, 46 sowie eine Detaildarstellung des mit dem vierten Aktuator 44 verbundenen zweiten Drehgelenks 54; Fig. 4 die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 von Fig. 1 mit dem Gerüst 6 sowie der Klingenhalterung 2 und den Aktuatoren 41, 47 von Fig. 1; und
Fig. 5 den in Fig. 4 bezeichneten Teil D der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 mit den vier mit der rechten Seitenplatte 21B der Klingenhalterung
2 verbundenen Aktuatoren 42, 44, 45 und 46. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1, die der Bearbeitung eines Prozessguts oder mehrerer Prozessgüter dient, welche der Vorrichtung 1 beispielsweise auf verschiedenen Ebenen und aus verschiedenen Richtungen zugeführt werden. Die Vorrichtung 1 umfasst wenigstens eine mit Ultraschallenergie beaufschlagbare Klinge 11, die von einer Klingenhalterung 2 gehalten ist. Die Klingenhalterung 2 ist in dieser Ausgestaltung gelenkig mit sieben Aktuatoren 41, 47 gekoppelt, die zudem gelenkig mit einem Gerüst 2 verbunden und von diesem gehalten sind. Die Aktuatoren 41,
47 sind vorzugsweise Linearantriebe mit einer Kolbenstange, die von einem Elektromotor angetrieben werden und schrittweise ausgefahren und zurückgefahren werden kann. Mittels der Kolbenstangen kann die Klinge 11 daher innerhalb eines Arbeitsvolumens nahezu beliebige Bewegungen ausführen, um das Prozessgut zu bearbeiten, insbesondere zu schneiden oder zu zerstäuben. Die Bewegungsabläufe, die programmierbar sind und von einer Steuereinheit 7 gesteuert werden, sind von der Anzahl der eingesetzten Aktuatoren abhängig, deren Steuerung entsprechend koordiniert wird. Die Steuereinheit 7, die von einem Schwenkarm gehalten ist, weist vorzugsweise einen Bildschirm bzw. Touchscreen auf, über den Kommandos eingegeben werden können, um vorprogrammierte
Bewegungsabläufe auszuwählen oder neue Bewegungsabläufe der Klinge 11 festzulegen.
Die Programmierung der Vorrichtung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann die Klinge 11 entlang einer gewünschten Schnittfläche geführt werden, wobei die Bewegungsverläufe der Kolbenstangen gemessen und registriert werden. Weiterhin können Kurvenflächen in einem geometrischen Raum definiert werden, wonach die Positionen der ersten Kugelgelenke ermittelt und der Verlauf der Abstände zwischen den zueinander korrespondierenden ersten und zweiten Kugelgelenke ermittelt werden. Die Aktuatoren 41, 47, insbesondere der siebte Aktuator 47, welcher die Klinge axial verschieben kann, kann auch oszillierende Bewegungen ausführen.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Vorrichtung 1 eine relativ lange einteilige (siehe Fig. 2a) oder mehrteilige (siehe Fig. 3a) Klinge 11 aufweist, die innerhalb eines relativ grossen Arbeitsvolumens bewegt werden kann, welches durch die Länge der Kolbenstangen der Aktuatoren 41, 47 bestimmt ist. Vorzugsweise wird eine einstückige Klinge 11 verwendet. Trotz der grossen Abmessungen der Klinge 11 und des grossen Arbeitsvolumens sowie der vielfältigen Einsetzbarkeit , gegebenenfalls mit Bearbeitung mehrerer Prozessgüter, erlaubt die Erfindung den Aufbau der Vorrichtung 1 mit räumlichen Abmessungen, die im Wesentlichen von der Grösse der Klinge 11 bestimmt werden. Die säulenartigen Aktuatoren 41, 47 können parallel zu
Elementen des Gerüsts oder Gestells 6 angeordnet werden und vergrössern dessen Abmessungen nur unwesentlich.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner Schutzabdeckungen und eine Haube 65, die zurückgeschoben und nach oben geklappt werden kann .
Fig. 2a zeigt symbolisch eine aus den Aktuatoren 41, 47 bestehende Antriebsvorrichtung 4 sowie die Klingenhalterung 2 von Fig. 1 mit einer einstückigen Klinge 11. Die Klingenhalterung 2 umfasst zwei Seitenplatten 21A, 21B, an die Kolbenstangen 411, 471 der Aktuatoren 41, 47 über erste Drehgelenke 31, 37 angekoppelt sind. Die Seitenplatten 21A, 21B sind durch zwei Querstreben 22 miteinander verbunden, an denen acht Energiewandler 13 paarweise mittels vier Montagevorrichtungen 23 montiert sind. Die Energiewandler 13 sind über Kopplungselemente 12 mit der einstückigen Klinge 11 verbunden. Die Kopplungselemente 12 weisen je einen halbkreisförmigen Bogen auf, welcher senkrecht auf dem Klingenrücken der Klinge 11 steht und mit diesem verschweisst ist. Die Kopplungselemente 12 sind in einem gleichmässigen Raster angeordnet, wodurch sichergestellt wird, dass die von einem Ultraschallgenerator an die Energiewandler 13 abgegebene Ultraschallenergie gleichmässig in die Klinge 11 eingekoppelt wird. Die Klinge 11 wird somit von acht Kopplungselementen 12 gehalten, über die gleichzeitig die Ultraschallenergie eingespeist wird.
Um die Klinge 11 und die Klingenhalterung 2 besser darstellen zu können, wurden die Aktuatoren 41, 47 symbolisch in einem Block bzw. der Antriebsvorrichtung 4 zusammen gefasst. Gezeigt sind lediglich die Kolbenstangen 411, 471 der
Aktuatoren 41, 47, die über die ersten Drehgelenke 31,
37 an die Seitenplatten 21A, 21B der Klingenhalterung 2 angekoppelt sind. Die ersten Drehgelenke 31, 37 sind vorzugsweise Kugelgelenke, weshalb die Kolbenstangen 411,
471 innerhalb eines Öffnungswinkels drehbar sind. Bei maximaler Auslenkung und Drehung der Kolbenstangen 411, 471 um den zugehörigen Öffnungswinkel verlaufen die Kolbenstangen 411, 471 entlang der Mantelfläche eines Kegels. Der Öffnungswinkel kann dabei sehr gross gewählt werden und sektoriell 180° sogar übersteigen. Einzelne der Kolbenstangen 411, 471 können bei bestimmten Bewegungen der Klinge 11 unterschiedlich grosse Winkelbereiche durchlaufen. Für einzelne der Drehgelenke 31, 37 können zudem unterschiedlich grosse Öffnungswinkel vorgesehen werden. Wesentlich ist, dass die Klinge 11 innerhalb des gewünschten Arbeitsvolumens bewegt und auch im erforderlichen Masse gedreht werden kann. Fig. 2a zeigt ferner, dass einzelne der ersten Gelenke 31 und 33 bzw. 32 und 34 auch unmittelbar nebeneinander angeordnet werden können, so dass die zugehörigen Aktuatoren 41, 43 bzw. 42, 44 praktisch an identischen Punkten an die Klingenhalterung 2 angekoppelt sind .
In Fig. 2a sind die Grundbewegungen, die Verschiebungen VI, V2, V3, V4, V5 und die Drehungen Dl, D2, D3 eingezeichnet, welche die Klinge 11 individuell oder in Kombination durchführen kann.
Mittels der ersten und der zweiten Kolbenstange 411, 421, die parallel zueinander horizontal ausgerichtet und je auf einer Seite der Klingenhalterung 2 angekoppelt sind, können die linke Seite und die rechte Seite der Klinge 11 unabhängig voneinander oder in Kombination gleich (VI = V2) oder ungleich (VI + V2), gegebenenfalls gegensinnig, vor und zurück verschoben werden. Durch eine unterschiedliche Bewegung der Kolbenstangen 411, 421 resultiert ferner die Drehbewegung Dl . Mittels der dritten und der vierten Kolbenstange 431, 441, die parallel zueinander vertikal ausgerichtet und je auf einer Seite der Klingenhalterung 2 (an denselben Stellen wie die erste und die zweite Kolbenstange 411, 421) angekoppelt sind, können die linke Seite und die rechte Seite der Klinge 11 unabhängig voneinander oder in Kombination gleich (V3 = V4) oder ungleich (V3 + V4), gegebenenfalls gegensinnig, nach unten und nach oben verschoben werden, wodurch die Drehbewegung D2 resultiert.
Damit die Klinge 11 bei der Betätigung der ersten beiden Aktuatoren 41, 42 nicht gedreht wird, ist vorzugsweise ein fünfter Aktuator 45 vorgesehen, der parallel zum ersten und zum zweiten Aktuator 41, 42 ausgerichtet und über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke 35 exzentrisch mit der Klingenhalterung 2 verbunden ist. Sofern der fünfte Aktuator 45 identisch angesteuert wird wie der erste und der zweite Aktuator 41, 42, so erfolgt eine Parallelverschiebung der Klinge 11 nach vorn oder zurück. Sofern der fünfte Aktuator 45 unterschiedlich angesteuert wird erfolgt eine Drehung D3 um eine Achse, die durch die Ankopplungspunkte der ersten beiden Aktuatoren 41, 42 definiert ist. Durch die Drehung D3 der Klinge 11 kann ein Schnitt ausgeführt werden. Alternativ kann die Klinge 11 waagerecht ausgerichtet und stabil gehalten werden, so dass ein pulverförmiges Prozessgut darauf aufgesetzt werden kann, welches anschliessend unter Einwirkung von Ultraschallenergie zerstäubt wird.
Durch Betätigung der sechsten Kolbenstange 461, die nahezu parallel zur Klinge 11 ausgerichtet ist, kann eine seitliche Verschiebung der Klinge 11 beispielsweise entlang deren Längsachse vollzogen werden (V5) . Dadurch kann ein vertikaler Schnitt in Kombination mit einem horizontalen Schnitt durchgeführt werden, wodurch auch schwierigstes Prozessgut präzise geschnitten werden kann. Der vertikalen Bewegung kann auch eine lateral verlaufende Schwingung überlagert werden, welche den Schneidevorgang erleichtert. Fig. 2b zeigt die Klingenhalterung 2 mit den beiden Seitenplatten 21A, 21B sowie den beiden Querstreben 22 und den vier damit verbundenen Montagevorrichtungen 23 von Fig. 2a, mittels denen die Energiewandler 12 und die damit verbundene Klinge 11 gehalten werden, von der Rückseite. Fig. 3a zeigt die Klingenhalterung 2 von Fig. 2a, die über die ersten Drehgelenke 31, 37 mit den Aktuatoren 41, 47 verbunden ist, welche von zweiten Drehgelenken 51, 57 gehalten sind.
Die Klingenhalterung 2 hält eine mehrteilige Klinge 11 bzw. vier trapezförmige Einzelklingen IIA, IIB, HC, HD die in einer Ebene axial zueinander ausgerichtet sind und die eine gemeinsame Klingenebene und eine gemeinsame Klingenschneide bilden. Alternativ können auch acht beispielsweise dreieckige Einzelklingen verwendet werden, die je mit einem Kopplungselement 12 verbunden sind. Die zweiten Drehgelenke 51, 57, die in dieser
Ausgestaltung ein Drehteil und ein Scharnierteil aufweisen und somit die Funktion eines Drehgelenks und eines Scharniergelenks kombinieren, erlauben es ebenfalls, die Aktuatoren 41, 47 innerhalb eines Öffnungswinkels zu bewegen, welcher bedarfsweise gewählt wird. Die Aktuatoren 41, 47 sind daher beidseitig durch Drehgelenke 31, 37 bzw. 51, 57 gehalten. Die Ausrichtung der Aktuatoren 41,
47 ist von der Auslenkung jedes einzelnen der Aktuatoren 41, 47 abhängig und die Klinge 11 ist praktisch fliegend gehalten, wobei mittels der Klinge 11 innerhalb des Arbeitsvolumens tatsächlich ein Flügelschlag repetitiv durchgeführt werden kann.
Fig. 3b zeigt die Klingenhalterung 2 mit nur sechs Aktuatoren 41, 46 und den zugehörigen zweiten Drehgelenken 51, 56 von Fig. 3a von der Rückseite sowie eine Detaildarstellung des mit dem vierten Aktuator 44 verbundenen zweiten Drehgelenks 54. Dieses zweite Drehgelenk 54 weist ein Scharniergelenk 541 auf, welches den zugehörigen vierten Aktuator 44 in einer ersten Ebene drehbar hält. Das Scharniergelenk 541 ist mittels einer Gelenkwelle 542 und einem Gelenklager 543 in einer zweiten Ebene, die senkrecht zur ersten Ebene verläuft, drehbar gehalten. Der vierte Aktuator 44 ist daher innerhalb eines Öffnungswinkels drehbar gehalten. Funktionell entspricht dieses kombinierte Drehgelenk bzw. Doppelgelenk 55 einem Kugelgelenk. Auf den siebten Aktuator 47 wurde bei der Ausgestaltung von Fig. 3b verzichtet, weshalb nur der fünfte Aktuator 45 exzentrisch auf die zweite Seitenplatte 21B der Klingenhalterung 2 einwirkt. Die Einwirkung erfolgt somit nicht symmetrisch, was hingegen zu keinen unerwünschten Deformationen oder Verdrehungen der Klingenhalterung führt. Zu beachten ist, dass das Prozessgut von der mit Ultraschallenergie beaufschlagt Klinge 11 praktisch widerstandslos aufgeteilt werden kann. Lediglich in vorzugsweisen Ausgestaltungen ist daher der siebte Aktuator 47 vorgesehen, mittels dessen die symmetrische Krafteinwirkung realisiert werden kann, falls dies gewünscht wird .
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 von Fig. 1 mit dem Gerüst 6 sowie der Klingenhalterung 2 und den montierten Aktuatoren 41, 47 von Fig. 1. Das Gerüst 6 ist in der Art eines Tisches mit Beinen 61 und Querstreben 62 aufgebaut, an denen die Aktuatoren 41, 47 befestigt sind. Das Gerüst 6 kann vielfältige Ausgestaltungen aufweisen und erfüllt primär die Funktion des stabilen Haltens der Aktuatoren 41, 47. Sofern eine stabile Fördervorrichtung für ein Prozessgut oder für mehrere Prozessgüter vorgesehen ist, so können die zweiten Drehgelenke auch mit dieser Fördervorrichtung verbunden werden. Auf diese Weise gelingt es, die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 mit geringem Raumbedarf in eine Produktionsstrasse zu integrieren. Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 bezeichneten Teil D der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 mit den vier Aktuatoren 42, 44, 45 und 46, die über die korrespondierenden ersten Drehgelenke bzw. Kugelgelenke 32, 34, 35 und 36 mit der zweiten Seitenplatte 21B der Klingenhalterung 2 verbunden sind. Die beiden ersten Kugelgelenke 32 und 34 sind geöffnet, weshalb die Gelenkkugeln 321, 341 und die mit den Kolbenstangen 421, 441 verbindbaren Gelenkpfannen 322, 342 getrennt voneinander gezeigt sind. Die zweite Seitenplatte 21B ist daher fast beliebig im Räume drehbar und verschiebbar .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Bearbeiten, insbesondere zum Schneiden und Zerstäuben wenigstens eines Prozessguts, insbesondere eines Nahrungsmittels (8), mit wenigstens einer Klinge (11), die über wenigstens ein Kopplungselement (12) und einen Energiewandler (13) mit einer Ultraschallquelle verbindbar und an einer Klingenhalterung (2) befestigt ist, die mit einer von einem Gerüst (6) gehaltenen Antriebsvorrichtung (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (4) mehrere Aktuatoren (41, 46) umfasst, die einerseits je über ein erstes Drehgelenk (31; 37) mit der Klingenhalterung (2) verbunden sind und die andererseits je über ein zweites Drehgelenk (51; ...; 57) derart mit dem Gerüst verbunden sind, dass die Klingenhalterung (2) allein von den Aktuatoren (41,
46) gehalten und innerhalb eines Arbeitsvolumens verschiebbar und gegebenenfalls drehbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11) in drei Richtungen senkrecht zueinander vor und zurück verschiebbar ist und/oder dass die Klinge (11) wenigstens um deren Längsachse drehbar ist .
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (11), auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine Schneidekante (111; 112) aufweist .
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (7) mit einem Steuerprogramm vorgesehen ist, mittels dessen die Aktuatoren (41, 46), vorzugsweise Linearantriebe mit einer Kolbenstange, individuell derart ansteuerbar sind, dass die Klinge (11) in einer gewünschten Ausrichtung entlang wenigstens einer geraden oder gekrümmten Schnittfläche führbar ist.
Vorrichtung (1) einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein dritter Aktuator (41, 43), die einen Winkel von vorzugsweise 90° einschliessen, je über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke (31, 33) mit der ersten Seite der Klingenhalterung (2) und dass ein zweiter und ein vierter Aktuator (42, 44), die einen Winkel von vorzugsweise 90° einschliessen, je über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke (31, 33) mit der zweiten Seite der Klingenhalterung (2) verbunden sind, so dass die Klingenhalterung (2) entlang der Förderrichtung des Prozessguts oder entlang den Förderrichtungen der Prozessgüter vor und zurück sowie senkrecht dazu verschiebbar und vorzugsweise um wenigstens eine senkrecht zur Längsachse der Klinge (11) verlaufende Achse drehbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein fünfter Aktuator (45) , der schräg oder senkrecht zur Längsachse der Klinge (11) und vorzugsweise parallel zum ersten und zum zweiten Aktuator (41, 42) ausgerichtet ist, über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke (35) mit der Klingenhalterung (2) verbunden ist, so dass die Klinge (11) um deren Längsachse drehbar oder in einer bestimmten Drehlage stabilisierbar ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein sechster Aktuator (46), der mit einer Vektorkomponente parallel zur Klinge (11) ausgerichtet ist, über ein korrespondierendes der ersten Drehgelenke (36) mit der Klingenhaiterung (2) verbunden ist, so dass die Klinge (11) entlang ihrer Längsachse verschiebbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der ersten und/oder zweiten Drehgelenke (31, 37; 51, 57)
Kugelgelenke, Scharniergelenke, Gabelgelenke,
Winkelgelenke oder zwei Gelenkfunktionen aufweisende Kombinationen davon sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Aktuatoren (41, 46) einen steuerbaren Elektroantrieb aufweisen und/oder dass zumindest einige der Aktuatoren (41, 46) pneumatisch angetrieben sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klingenhalterung (2) zwei Seitenplatten (21A, 21B) aufweist, an die die Aktuatoren (41, 46) angekoppelt sind und die durch wenigstens eine Querstrebe (22) miteinander verbunden sind, an der die Energiewandler (13) vorzugsweise paarweise mittels Montagevorrichtungen 23 montiert sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (12) bogenförmig ausgestaltet und auf der Frontseite oder der Rückseite mit dem Klingenrücken der Klinge (11) verbunden, vorzugsweise verschweisst sind. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (12) in gleichmässigen Abständen mit der einstückigen Klinge (11) verbunden sind .
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