專(zhuān)利名稱(chēng)：用于切割食品的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序的用于切割食品的裝置。
由EP-A-0 614 733了解了這種類(lèi)型的裝置。該現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)描述了有一對(duì)切割裝置(超聲刀片)，該裝置通過(guò)能同時(shí)運(yùn)行的桿件和曲柄機(jī)構(gòu)而被驅(qū)動(dòng)，以便隨著在一輸送裝置上輸送的食品運(yùn)動(dòng)。
這種解決方案構(gòu)成了一些常規(guī)解決方案的一實(shí)施例，其解決方案是用來(lái)在食品制造廠中用于切割食品。但是，這種裝置的操作要求和類(lèi)型事實(shí)上是有很大變化的。
在上述情況下，食品的自動(dòng)切割必須重視一系列因素，這些因素已構(gòu)成了日益變得更為重要的條件。
首先，這些工廠的生產(chǎn)能力及因此所必須完成的切割生產(chǎn)率，往往會(huì)連續(xù)增加。
第二，所需處理的食品常常容易損壞，并且不能經(jīng)受非常強(qiáng)烈的加工，這種強(qiáng)烈加工將會(huì)損壞食品和/或會(huì)產(chǎn)生弄贓廠房的碎粒、碎屑及粉粒。
第三、在食品不是由單一食品物質(zhì)構(gòu)成而是由相互不同食品材料的組合物構(gòu)成的情況下，很多食品具有固有的非均勻性特性，所以必須考慮，例如填充和/或?qū)訝钸@樣的食品。
本發(fā)明的目的是提供一種裝置，該裝置能夠以極好的方式滿足上述所有要求。
根據(jù)本發(fā)明，其發(fā)明目的是通過(guò)具有在權(quán)利要求1中所要保護(hù)的特征的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)本發(fā)明的有益改進(jìn)形成了權(quán)利要求2至5的主題。本發(fā)明還涉及有關(guān)的方法，該方法具有在權(quán)利要求6所要求保護(hù)的特征，對(duì)該方法進(jìn)一步的有益改進(jìn)構(gòu)成了從屬權(quán)利要求7至10的主題。
下面結(jié)合附圖，僅通過(guò)非限定性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明矩形描述，其中；

圖1所示為本發(fā)明切割裝置加工的示意圖2所示為第一種食品的結(jié)構(gòu)，該食品能由本發(fā)明裝置切割而成；圖3用曲線圖表示了在圖2所示的食品切割過(guò)程中，本發(fā)明裝置的工作狀況；圖4所示為能被本發(fā)明裝置切割而成的另一種食品結(jié)構(gòu)；圖5是用曲線圖表示了在圖4所示的食品切割過(guò)程中，本發(fā)明裝置的工作狀況；圖6表示了涉及圖5中工作狀況的一種可能變形。
圖1中以1概括表明了本發(fā)明的切割裝置，它主要包括下列元件一切割元件2(葉片或刀片)，它最好具有一尖狀外形和一被稱(chēng)為“sonotrode”的超聲接合或切割裝置的典型結(jié)構(gòu)，-一個(gè)用于產(chǎn)生和輸送超聲波的裝置3(已知形式)，該裝置以大約45khz的頻率向刀片2提供一種超聲頻率波陣面，-一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，它把一個(gè)相對(duì)于平面P的往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳遞給刀片2(具有一個(gè)下面詳細(xì)描述的有選定規(guī)律的速度)，被切割的食品被排列在平面P上并通常由其送進(jìn)(以基本上類(lèi)似于ER-A-0 614 733中所描述的形式)，及-一個(gè)控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4及裝置3工作的控制裝置5(例如一種通常所說(shuō)的PLC)。
在此處所示的實(shí)施例中，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)6，例如一電動(dòng)機(jī)，它使在周邊上裝有一曲柄銷(xiāo)8的輪7轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿9的一端連接到銷(xiāo)8上，而其相對(duì)端作用于刀片2上以使刀片沿著垂直于平面P而設(shè)置的導(dǎo)向件(以標(biāo)號(hào)10示意地表示)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上相同于ER-A-0614 733中所描述的曲柄和連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而對(duì)于該參考文獻(xiàn)作進(jìn)一步結(jié)構(gòu)上的說(shuō)明是非常有利的。
雖然對(duì)于這種特殊類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的說(shuō)明可認(rèn)為僅是示范性的，但是本發(fā)明的解決方案適合于供不同類(lèi)型刀片2使用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng))。對(duì)于所舉出的幾個(gè)實(shí)施例，一種可認(rèn)定為線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件，能夠把相對(duì)于平面P的往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳給元件2)，該機(jī)構(gòu)可采用液壓，電磁，或壓電等操作。在所有情況下，對(duì)用于刀片2的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)說(shuō)明對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的來(lái)說(shuō)并不是十分重要的。
參考實(shí)施例所描述的曲柄和連桿機(jī)構(gòu)，可容易地理解，如果電機(jī)6以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，那么元件2將相對(duì)于平面P作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即在端點(diǎn)處，元件2具有最小速度(實(shí)際上為零)，其中相對(duì)于平面P被稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)，而在其運(yùn)動(dòng)的中點(diǎn)處，則達(dá)到最大速度。這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方向且尤其是在元件2的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)期間能與切割作用相應(yīng)是理想的。在這種情況下，將很容易地理解，盡管元件2的進(jìn)給速度會(huì)發(fā)生局部變化，但是由于法定控制的速度與時(shí)間(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))的變化是固定的，所以不可能使改變這一選定的速度。
本發(fā)明是在基于對(duì)實(shí)際情況認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上作出的，如果依靠的對(duì)象是將超聲切割裝置與供切割元件所用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合來(lái)使用的，其中切割元件根據(jù)被選定及被局部切割(只要需要，且在任何情況下，根據(jù)任何法定情況，有選擇地根據(jù)運(yùn)用要求，而實(shí)際進(jìn)行的逐點(diǎn)切割)的食品A來(lái)改變切割元件的進(jìn)給速度，那么對(duì)于所引入技術(shù)條件的基本要求，理論上是可以基本滿足的。
這對(duì)于在切割方向上具有非均勻特性的食品A是特別理想的。在圖2和圖4中已給出了這種類(lèi)型的食品的實(shí)施例。
在兩種情況中，其中一種是涉及具有層狀結(jié)構(gòu)的填充食品。
例如，圖2示出了一種食品A的一部分，它包括兩層海綿狀物(有可能是用糖-或醇基糖漿浸濕而成的)，在這兩層之間是例如由奶味乳劑構(gòu)成的、含奶油狀填料或糊料層C。
另一方面，在圖4中所示的食品A包括放在兩海綿狀層S之間的巧克力、焦糖或類(lèi)似材料的中間層K，該中間層基本上是呈固體狀的。
換句話說(shuō)，圖2和4所示的兩種情況彼此是完全互補(bǔ)的。實(shí)際上，在圖2的食品A中，通常將一種“軟”層C放在兩海綿狀層S之間。而在圖4中食品A的情況中，將通常為一“硬”層K放在兩海綿狀層S之間。
現(xiàn)在適當(dāng)?shù)剡x定圖2和圖4中的兩個(gè)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明兩互補(bǔ)情況。總之，相對(duì)于較少層(例如，僅有兩層)的食品及具有較多層(這是更常有的情況)，存在多種特定的情況例如作為說(shuō)明，一種食品，如在圖2中所說(shuō)明的食品，具有一巧克力的上涂層，其中可具有如切碎的堅(jiān)果及椰子等粒狀材料。
最常用于食品扇形物，尤其是糖類(lèi)扇形物的切割系統(tǒng)，使用了機(jī)械傳動(dòng)切割元件，其自動(dòng)操作被設(shè)計(jì)成能夠模擬面包師或廚師用廚房刀具或類(lèi)似工具，如面包刀而完成的切割動(dòng)作。
然而，由申請(qǐng)人完成的實(shí)驗(yàn)表明，這些傳統(tǒng)的解決方案由于各種原因存有許多不令人滿意的危險(xiǎn)。
例如，當(dāng)利用單純的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)切割圖2所示的食品A，并希望實(shí)現(xiàn)非?？焖偾懈?所述的自動(dòng)切割刀在設(shè)備上試圖實(shí)現(xiàn)盡可能高的操作速率以機(jī)械操作)時(shí)，更應(yīng)注意的問(wèn)題之一是會(huì)在填料層C上產(chǎn)生不希望的擠壓且隨后導(dǎo)致填料層C在食品兩側(cè)上產(chǎn)生分裂的可能性，從而常常在有限橫向尺寸上呈現(xiàn)出一“塊狀”(稱(chēng)之為“壓扁”效應(yīng))。
如果在整個(gè)切割操作期間使所用的系統(tǒng)采用較慢的進(jìn)給刀具來(lái)試圖減少這種“壓扁”效應(yīng)，那么雖然確實(shí)可避免軟填料C的擠出，但是切割操作則被大大地放慢，其結(jié)果必然會(huì)降低生產(chǎn)率。
而對(duì)于“硬”層來(lái)說(shuō)，除了有可能擠壓下面的較軟層外，進(jìn)一步所產(chǎn)生的問(wèn)題是，由于以一過(guò)快運(yùn)動(dòng)向下通過(guò)該層，因此有可能會(huì)造成裂開(kāi)并產(chǎn)生碎片及碎屑。
由申請(qǐng)人完成的實(shí)驗(yàn)表明，以一種完全意想不到的方式-采用一種具有可選擇變化進(jìn)給速率的超聲波切割元件，該切割元件已證明對(duì)于“軟”層和“硬”層來(lái)說(shuō)均是有益的。盡管對(duì)于該方式的原理還不完全清楚，但是可假設(shè)為，在有“硬”的情況下，如巧克力層或類(lèi)似食品，超聲波切割元件及由其傳導(dǎo)的振動(dòng)波陣面將會(huì)沖擊被切割的所述層，以便改變其結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)沿所希望的切割線，以略處于切割元件本體下游處(沿進(jìn)給方向)對(duì)食品進(jìn)行切割。換句話說(shuō)，在由適于切割元件的機(jī)械切割作用對(duì)其材料加工之前，正被切割的材料就開(kāi)始分離，并且實(shí)際上甚至其材料會(huì)沿著所希望的切割線開(kāi)始分離。這一事實(shí)由申請(qǐng)人已系統(tǒng)地證明了，應(yīng)注意的是改進(jìn)的切割結(jié)果出現(xiàn)在超聲波發(fā)生器3處于以下時(shí)刻之中
-在切割元件2的尖端以朝食品A的方向?qū)嶋H接觸食品A之前，即當(dāng)元件2離食品A仍有一定距離之前，使超聲波發(fā)生器3(為了避免不希望的超聲波噪音，通常不連續(xù)使其啟動(dòng))稍作啟動(dòng)時(shí)，和/或-在切割元件2終止其朝放有食品A的平面P進(jìn)給之前，即當(dāng)元件2離食品A所處的點(diǎn)P仍有一定距離之前，超聲波發(fā)生器3稍被制動(dòng)時(shí)。
盡管在這方面提供難于確切的說(shuō)明，但是參照需切割食品如糖果物品的厚度(一般厚度為1至3cm)，術(shù)語(yǔ)“一定距離”應(yīng)被理解為大約1毫米/幾毫米的數(shù)量級(jí)尺寸。
相對(duì)于“軟”層，切割元件2實(shí)際上是一種已被發(fā)現(xiàn)有益于軟層的超聲波元件，其常具有微觀振蕩效果，從而使被切割材料在切割元件2的粘合效應(yīng)降至最小值，且實(shí)際上是被消除了。這對(duì)于非常粘性或粘稠的材料，如某些食品填料(例如果醬，糖漿等)來(lái)說(shuō)是非常有利的。
在一種組合及協(xié)作方式中，實(shí)際情況是，即實(shí)際上對(duì)作為切割元件2進(jìn)給速度的定點(diǎn)控制能夠使其速率隨時(shí)適于切割層的特性，換句話說(shuō)，超聲波切割元件2的進(jìn)給速率能夠在切割時(shí)刻，根據(jù)切割層中食品A的局部特性(不管層是多還是少，是硬還是軟)而發(fā)生變化。
初步的結(jié)果是，一般來(lái)說(shuō)在切割“軟”層期間。進(jìn)給應(yīng)盡可能快，而在切割“硬”層期間。進(jìn)給應(yīng)盡可能慢，這樣便不會(huì)有如傳統(tǒng)系統(tǒng)中所存在的、使切割操作的整個(gè)工作時(shí)間發(fā)生惡化的情況產(chǎn)生，相對(duì)于將要切割的各層，傳統(tǒng)系統(tǒng)的切割速率應(yīng)被選定為所允許的最小值。
但是，由于申請(qǐng)人完成的實(shí)驗(yàn)表明，上述標(biāo)準(zhǔn)并不是絕對(duì)的，總之，通過(guò)食品A的切割元件2的進(jìn)給定律必須隨時(shí)考慮根據(jù)食品特性而用實(shí)驗(yàn)方法確定。例如，如圖3和5中曲線圖所示，在縱坐標(biāo)上，已示出了在切割分別如圖2和4所示的食品A期間，進(jìn)給速率(cm/sec)的最佳值。如圖3和5所示的兩個(gè)曲線圖所示，在坐標(biāo)起始點(diǎn)與食品A上表面相對(duì)應(yīng)的情況下，橫坐標(biāo)上的標(biāo)度被定為食品A厚度的厘米數(shù)，點(diǎn)x1和x2與各層之間的界面相對(duì)應(yīng)，且點(diǎn)x3與平面P相對(duì)應(yīng)。
舉例說(shuō)明，圖3的曲線圖涉及根據(jù)一食品而完成的實(shí)驗(yàn)，其中x1，x2和x3分別相應(yīng)于數(shù)值5，10和15mm。在圖4的曲線圖中，另一相應(yīng)數(shù)值為12，17和29mm。
從對(duì)圖3和4的曲線圖分析可注意到，例如一在圖5的情況下，為了避免對(duì)食品造成任何損壞，切割元件2的進(jìn)給速度不僅有區(qū)別，而且在疊加層之間的界面x1，x2處，進(jìn)給速率實(shí)際上產(chǎn)生了完全相反的變化。不同進(jìn)給速率間的變化是根據(jù)例如通常由“正弦2”所確定類(lèi)型的連接定律而構(gòu)成的。
然而，圖6的曲線圖用來(lái)表示對(duì)于一給定的食品結(jié)構(gòu)，切割速率變化的最佳定律甚至?xí)泻艽蟮淖兓?。例如，圖6中的曲線圖相應(yīng)于所述變化定律，該定律已被發(fā)現(xiàn)對(duì)于圖4的食品是十分理想的，其中x1＝5mm，x3＝28mm，在這種情況下，當(dāng)其需要切割海綿狀層5且同時(shí)要避免擠壓食品時(shí)，在已知起點(diǎn)處需進(jìn)行非常慢地加工(大約1cm/s)。其后，盡可能逐漸增加切割速率，以恢復(fù)在最初階段由慢速切割二累加產(chǎn)生的延時(shí)。
EP-A-0 614 733詳細(xì)地描述了這樣一種電機(jī)，如電機(jī)6能夠有選擇地被操作，以便有選擇地改變通過(guò)電機(jī)本身經(jīng)桿和曲柄機(jī)構(gòu)而驅(qū)動(dòng)的元件的速度，例如以恒定速度來(lái)驅(qū)動(dòng)該元件。
一般情況下，在此實(shí)施例中，電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)速率Vr＝2πn(rad/sec)與刀片2的運(yùn)動(dòng)線速度之間的計(jì)算關(guān)系可有下列等式表示2πn＝Vt(Rsin(γ+β)cosβ)(I)其中R＝連桿的銷(xiāo)的行程半徑，γ＝曲柄角(參見(jiàn)圖1)，及π＝連桿角(參見(jiàn)圖1).
雖然，上述給出的計(jì)算式(I)表示了γ和β的值(由傳感器以已知方式可檢測(cè)到的數(shù)值)，以及刀片2相對(duì)于平面P而達(dá)到的各瞬間位置，但也可以有選擇地改變電機(jī)6的角速度，以便將選定的速度傳給刀片2。上述內(nèi)容能夠根據(jù)本來(lái)已知的準(zhǔn)則，通過(guò)控制裝置5的適當(dāng)程序而實(shí)現(xiàn)。有關(guān)結(jié)構(gòu)上及程序上的詳細(xì)內(nèi)容對(duì)于本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是已知的(尤其是PLCs程序)，故在此不作詳細(xì)說(shuō)明，特別是這些內(nèi)容對(duì)于本發(fā)明目的來(lái)說(shuō)是無(wú)關(guān)的。
當(dāng)然，在保持與本發(fā)明原理相同的基礎(chǔ)上，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)及實(shí)施例的形式可根據(jù)以上說(shuō)明的內(nèi)容與附圖內(nèi)容進(jìn)行廣泛地變化。
權(quán)利要求
1.一種用于切割食品(A)的裝置，它包括一超聲波切割元件(2)，該元件具有相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4-7)，用于有選擇地控制切割元件(2)通過(guò)被切割食品的進(jìn)給，其特征在于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)裝配有相關(guān)的控制裝置(5)，該裝置能夠有選擇地控制切割元件(2)通過(guò)被切割食品(A)的進(jìn)給速率，并且能夠在該時(shí)刻根據(jù)被食品(A)切割區(qū)段上的局部特性而改變部分進(jìn)給速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于超聲波切割元件(2)是以45khz的頻率工作的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于切割元件(2)具有一個(gè)相關(guān)的超聲波源(3)，該超聲波源能夠有選擇地啟動(dòng)，以便能在切割元件(2)與所要切割食品(A)接觸之前被啟動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于超聲波源(3)在切割元件(2)已完成其通過(guò)被切割食品(A)之前就能被停止。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一條所述的裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一由曲柄(8)驅(qū)動(dòng)的連桿(9)，所述曲柄通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置(6)能被轉(zhuǎn)動(dòng)，并且還提供有用于有選擇地控制驅(qū)動(dòng)裝置(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率的控制裝置(5)，以便有選擇地改變切割元件(2)通過(guò)被切割食品(A)的進(jìn)給速率。
6.一種通過(guò)超聲波切割元件(2)切割食品的方法，其中該切割元件具有相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4-7)，用于有選擇地控制切割元件(2)通過(guò)被切割食品的進(jìn)給，其特征在于它包括一控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)的步驟，以便有選擇地改變切割元件(2)通過(guò)被切割食品(A)的進(jìn)給速率，進(jìn)給速率的局部變化應(yīng)取決于食品(A)在被切割區(qū)段時(shí)刻的局部特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該方法包括提供超聲波切割元件(2)的步驟，以便其采用45khz的頻率進(jìn)行工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于該方法包括在切割元件(2)與將被切割的食品(A)開(kāi)始接觸之前，有選擇地啟動(dòng)超聲波切割元件(2)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該方法包括在切割元件(2)已完成其通過(guò)被切割食品(A)之前，停止超聲波切割元件(2)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一條所述的方法，其特征在于該方法包括與超聲波切割元件(2)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)的操作，一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由曲柄(8)驅(qū)動(dòng)的桿(9)，所述曲柄通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置(6)可被轉(zhuǎn)動(dòng)，并且該方法包括有選擇地控制驅(qū)動(dòng)裝置(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率的步驟，以便有選擇地改變切割元件(2)通過(guò)被切割食品(A)的進(jìn)給速率。
全文摘要
切割裝置包括一超聲波切割元件(2)和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4),該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)可使切割元件(2)通過(guò)被切割食品(A)的進(jìn)給速率有選擇地產(chǎn)生局部變化。該裝置能較好地應(yīng)用于切割層狀食品(A)。
文檔編號(hào)A21C11/10GK1170543SQ97114820
公開(kāi)日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月17日
發(fā)明者B·賈米羅 申請(qǐng)人:索雷馬特克有限公司