LEBENSMITTELPRODUKTE

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten zur Injektion von Flüssigkeiten in Lebensmittelprodukte, mit hohlen Nadeln, einer Leitung zur Zufuhr der Flüssigkeit zu den Nadeln, und einer Dosiereinrichtung für die Flüssigkeit.

Als ein Beispiel für eine solche Vorrichtung kann eine Pökelmaschine genannt werden, bei der Pökellake mit den Nadeln in die Fleischprodukte injiziert wird.

Bei bekannten Pökelvorrichtungen wird die injizierte Lakemenge zumeist dadurch gesteuert, dass für einen gegebenen Strömungswiderstand des Lakezufuhrsystems der Lakedruck und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Nadeln in das Fleisch einstechen, geeignet eingestellt wird. Es sind auch Pökelvorrichtungen bekannt, bei denen als Lakepumpe eine Verdrängerpumpe eingesetzt wird, mit der sich das injizierte Volumen präzise vorgeben lässt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine genauere Kontrolle der injizierten Flüssigkeitsmenge erlaubt..

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitung einen Durchflussmesser zur Messung des Volumendurchsatzes der den Nadeln zugeführten Flüssigkeit enthält.

Die Erfindung erlaubt es somit, die Menge an Flüssigkeit zu messen, die pro Zeiteinheit tatsächlich injiziert wird. Der auf diese Weise erhaltene Messwert kann beispielsweise dazu benutzt werden, die Einspritzdauer oder den Einspritzdruck so anzupassen, dass innerhalb der zur Verfügung stehenden Einspritzzeit die gewünschte Flüssigkeitsmenge injiziert wird. Sofern als Pumpe eine volumetrische Pumpe eingesetzt wird, bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Fördervolumen der Pumpe zu kontrollieren, so dass Lecks oder sonstige Fehler festgestellt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer Weiterbildung dieser Vorrichtung ist ein Integrationsglied zum Integrieren des gemessenen Volumendurchsatzes vorgesehen. Die Dosierung kann dann z. B. in der Weise geschehen, dass man den aufintegrierten Volumenstrom mit einem vorgegebenen Sollvolumen vergleicht und die Zufuhr von Flüssigkeit zu den Nadeln unterbricht, sobald der integrierte Volumendurchsatz das Sollvolumen erreicht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Pökelvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Stirnansicht der Pökelvorrichtung nach Figur 1 während eines Pökelvorgangs;

Fig. 3 eine schematische Stirnansicht einer Pökelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Stirnansicht der Pökelvorrichtung nach Fig. 3 in einem anderen Stadium des Arbeitsablaufes; und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der Pökelvorrichtung nach Fig. 3 und 4. Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung dient zum Pökeln von Lebensmittelprodukten 10 und weist einen Förderer 12 auf, auf dem die Lebensmittelprodukte in Pfeilrichtung einer Pökelstation 14 zugeführt werden. In der Pökelstation ist oberhalb des Förderers 12 ein auf und ab bewegbarer Nadelträger 16 installiert, der in einer quer über den Förderer verlaufenden Zone eine Vielzahl von parallelen, nach unten vorspringenden Nadeln 18 trägt. Die Nadeln 18 sind als Hohlnadeln ausgebildet, und eine in dem Nadelträger 16 untergebrachte Ventilsteuerung 20 dient dazu, die Lakezufuhr zu den einzelnen Nadeln 18 zu steuern. Die Ventilsteuerung 20 wird ihrerseits durch eine elektronische Steuereinrichtung 22 angesteuert, die auch den Hub des Nadelträgers 16, den Antrieb des Förderers 12 und dergleichen steuern kann.

Die Nadeln 18 durchsetzen einen Niederhalter 23, der höhenverstellbar an dem Nadelträger 16 oder einem nicht gezeigten Gestell der Vorrichtung angeordnet ist.

Mit Hilfe des Förderers 12 werden die Lebensmittelprodukte 10 schrittweise vorgerückt, und wenn sie sich bei angehaltenem Förderer in einer Position unterhalb des Nadelträgers 16 befinden, so wird der Nadelträger abgesenkt, so dass die Nadeln 18 in die Lebensmittelprodukte 10 einstechen. Gleichzeitig wird über die Ventilsteuerung 20 die Lakezufuhr gesteuert, so dass Pökellake in die Lebensmittelprodukte 10 injiziert wird. Anschließend wird der Nadelträger 16 wieder angehoben, so dass die Nadeln 18 aus den Lebensmittelprodukten austreten können, und der Förderer transportiert die Produkte um einen Schritt weiter, so dass Pökellake in eine nachfolgende Charge von Lebensmittelprodukten injiziert werden kann.

Stromaufwärts der Pökelstation 14 ist an dem Förderer 12 eine Abtastvorrichtung 24 angeordnet, die im gezeigten Beispiel einen sich über die gesamte Breite des Förderers 12 erstreckenden optischen Abtastkopf 26, beispielsweise einen Laser- Abtastkopf, aufweist.

Die Abtastvorrichtung 24 dient dazu, das Profil der auf dem Förderer zugeführten Lebensmittelprodukte 10 aufzunehmen, während sie unter dem Abtastkopf 26 hindurch- transportiert werden. Auf diese Weise lässt sich mit der jeweils gewünschten Auflösung für jeden Punkt auf der Breite des Förderers 12 feststellen, wo sich die Lebensmittelprodukte befinden und welche Dicke sie haben. Diese Information wird an die Steuereinrichtung 22 gemeldet, die aus dem Abstand zwischen der Abtastvorrichtung 24 und der Pökelstation 14 und der Transportgeschwindigkeit des Förderers 12 den Zeitpunkt berechnet, zu dem sich Lebensmittelprodukte 10, deren Profil gerade abgetastet wurde, unter dem Nadelträger 16 befinden.

Wenn sich die Lebensmittelprodukte 10 dann unter dem Nadelträger 16 befinden und dieser abgesenkt wird, so wird die Ventilsteuerung 20 so angesteuert, dass an jeder Stelle über die Breite des Förderers 12 die den einzelnen Nadeln 18 zugeordneten Ventile erst dann geöffnet werden, wenn die betreffende Nadel in das Lebensmittelprodukt eingedrungen ist. Als Beispiel soll hier angenommen werden, dass die Nadeln 18 nur an ihrer Spitze oder in ihrem unteren Endabschnitt mit Austrittsöffnungen für die Pökellake versehen sind. So lässt sich durch die Steuerung der Einspritzzeiten sicherstellen, dass die Lake nur im Inneren der Lebensmittelprodukte 10 abgegeben wird und keine Lake außerhalb der Lebensmittelprodukte verspritzt wird.

In Figur 2 ist die Pökelstation 14 in einer Stirnansicht dargestellt, also mit Blickrichtung in Transportrichtung des Förderers 12. Der Nadelträger 16 führt gerade einen Abwärtshub aus, hat jedoch noch nicht seine untere Totpunktstellung erreicht, so dass nur einige der Nadeln 18, hier mit 18a bezeichnet, in die Lebensmittelprodukte 10 einstechen. Für diese Nadeln 18a hat die Ventilsteuerung bereits die Lakezufuhr aktiviert, so dass Pökellake 28 in das betreffende Lebensmittelprodukt 10 injiziert wird. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei den Lebensmittelprodukten um zwei Fleischstücke, die nebeneinander auf dem Förderer 12 liegen, wobei das rechte Fleischstück größer und dicker ist. Bei dem linken Fleischstück sind deshalb die Nadeln 18 noch nicht eingedrungen, und deshalb ist die Lakezufuhr für diese Nadeln noch nicht aktiviert. Dasselbe gilt für die mit 18b bezeichneten Nadeln, die gerade erst im Begriff sind, in das rechte Fleischstück einzustechen. Da das Profil der Lebensmittelprodukte 10 bekannt ist, lässt sich der genaue Einspritzbeginn präzise an die lokale Dicke der Lebensmittelprodukte anpassen. Dort wo sich keine Lebensmittelprodukte auf dem Förderer 12 befinden, bleiben die Nadeln 18 gänzlich inaktiv.

Im gezeigten Beispiel wird die Lakezufuhr für jede der Nadeln 18 individuell gesteuert. Das gilt auch für jede der mehreren Nadeln 18, die zu einer in Längsrichtung des Förderers 12 verlaufenden Reihe gehören und von denen deshalb in der Figur 2 nur eine sichtbar ist (siehe aber Figur 1). Zweckmäßigerweise stimmen die Abstände in Längsrichtung des Förderers, in denen mit der Abtastvorrichtung 24 die einzelnen Profile aufgenommen werden, mit den Abständen der Nadeln 18 in Längsrichtung des Förderers 12 überein, so dass für jede der quer über den Förderer laufenden Reihen von Nadeln 18 das zugehörige Profil der Lebensmittelprodukte bekannt ist.

Wahlweise kann anhand des bekannten Profils auch der Hub jeder der Nadeln 18 oder bestimmter Gruppen von Nadeln individuell gesteuert werden.

Im Prinzip könnte die Ventilsteuerung 20 (Figur 1) auch so ausgebildet sein, dass sich mit ihr die Zufuhrmenge für jede einzelne Nadel 18 drosseln lässt, so dass der Lakedurchsatz variiert werden kann, während die Nadeln in das Lebensmittelprodukt einstechen. Anhand des bekannten Profils der Lebensmittelprodukte lässt sich der Verlauf des Einspritzdurchsatzes als Funktion der Höhe der Nadeln 18 jeweils an die Dicke des Lebensmittelprodukts anpassen, so dass unabhängig von Schwankungen der Dicke der Lebensmittelprodukte jeweils im Inneren des Produkts mehr Lake pro Volumeneinheit injiziert wird als in den Randzonen oder umgekehrt.

Ein entsprechendes Ergebnis lässt sich auch dadurch erzielen, dass bei konstantem Lakedurchsatz die Hubgeschwindigkeit der einzelnen Nadeln 18 individuell in Abhängigkeit von dem bekannten Profil der Lebensmittelprodukte gesteuert wird.

Während im gezeigten Beispiel eine laseroptische Abtastung des Profils der Lebensmittelprodukte 10 vorgesehen ist, kann alternativ auch eine mechanische Abtastung, bei- spielsweise mit Hilfe von Abtastrollen vorgesehen sein. Ebenso ist eine Abtastung mit Ultraschallsensoren denkbar. In all diesen Fällen kann sich der Messkopf über die gesamte Breite des Förderers erstrecken oder auch nur über eine relativ schmale Zone des Förderers. Im letzteren Fall muss der Messkopf während des Abtastvorgangs quer über den Förderer bewegt werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pökelvorrichtung, bei der der Förderer 12 auf beiden Seiten durch Seitenwände 30 begrenzt ist, die zusammen mit dem Förderer einen U- förmigen Trog bilden, der von den Lebensmittelprodukten 10 nahezu vollständig ausgefüllt wird. Während jedes Arbeitstaktes des Nadelträgers 16 befindet sich eine bestimmte Charge der Lebensmittelprodukte 10 unter dem Nadelträger und damit im Arbeitsbereich der Nadeln 18. Mit Hilfe der Abtastvorrichtung 24 ist es nun möglich, das Gesamtvolumen dieser Charge zu berechnen. Wenn verlangt wird, dass das Volumen der in diese Charge zu injizierenden Lake einen bestimmten Prozentsatz des Gesamtvolumens der Lebensmittelprodukte betragen soll, so lässt sich das entsprechende Sollvolumen der Pökellake aus dem Gesamtvolumen der Charge berechnen.

Ebenso lassen sich die mit der Abtastvorrichtung 24 gewonnenen Daten auch dazu nutzen, für die oben genannte Charge die mittlere Höhe h _ave der Lebensmittelprodukte zu berechnen (Gesamtvolumen der Charge dividiert durch die von dieser Charge eingenommene Grundfläche). In Fig. 3 ist diese mittlere Höhe h _ave durch eine strichpunktierte Linie angegeben.

Wenn es sich bei den Lebensmittelprodukten 10 um "weiche" Produkte handelt, also beispielsweise um Fleischstücke ohne Knochen, so kann durch geeignete Höheneinstellung des Niederhalters 23 erreicht werden, dass die Produkte, wenn der Nadelträger 16 und der Niederhalter 23 gemeinsam abgesenkt werden, durch den Niederhalter zu einem annähernd massiven Quader verformt werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Dazu wird der Niederhalter 23 auf eine solche Höhe eingestellt, dass seine Unterseite in der in Fig. 4 gezeigten Position, bevor die Nadeln in die Lebensmittelprodukte einstechen, gerade die Höhe h _ave hat.

Wenn dann der Nadelträger 16 und der Niederhalter 23 bei der gemeinsamen Abwärtsbewegung die in Fig. 4 gezeigte Position erreicht haben, wird der Niederhalter 23 vom ;- Nadelträger 16 entkoppelt und relativ zum Gestell der Vorrichtung stationär gehalten, während sich der Nadelträger 16 mit den Nadeln 18 weiter absenkt, um die Lake in die Lebensmittelprodukte 10 zu injizieren. In diesem Fall kann die Lakezufuhr zu sämtlichen Nadeln 18 synchron gesteuert werden, und dennoch wird eine gleichmäßige Injektion der Lake in sämtliche Bereiche der Lebensmittelprodukte 10 erreicht.

0 Die Injektion kann dabei wahlweise nur während des Abwärtshubes oder auch sowohl während des Abwärtshubes als auch während des Aufwärtshubes der Nadeln erfolgen. Bei der Aufwärtsbewegung des Nadelträgers 16, wenn also die Nadeln aus den Lebensmittelprodukten herausgezogen werden, sorgt der Niederhalter 23 dafür, dass sich die Lebensmittelprodukte nicht nach oben bewegen, sondern von den Nadeln abgestreift

;- werden. Sobald während des Aufwärtshubes wieder die in Fig. 4 gezeigte Position erreicht ist, wird der Nadelträger 23 wieder mit dem Nadelträger 16 gekoppelt und gemeinsam mit diesem weiter angehoben, so dass auf dem Förderer 12 die nächste Charge zugeführt werden kann. Die Höhe des Nadelträgers wird dann an die mittlere Höhe dieser neuen Charge angepasst und es kann ein neuer Zyklus beginnen.

Y In Fig. 5 ist die Steuereinrichtung 22 für die oben beschriebene Pökelvorrichtung als Blockdiagramm dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen Hauptrechner 32, ein Steuersystem 34, das die Höheneinstellung des Niederhalters 23 steuert, ein Steuersystem 36 für die Hubbewegungen des Nadelträgers 16, ein Steuersystem 38, das eine Lakepumpe 40 ansteuert und somit den Druck bestimmt, mit dem die Lake zu den Na-

> dein 18 zugeführt wird, und einen Ventiltreiber 42 für die Ventilsteuerung 20.

Die Lakepumpe 40 saugt über eine Leitung 41 Lake aus einem nicht gezeigten Lakebehälter an und führt sie über einen Durchflussmesser 44 der Ventilsteuerung 20 in dem Nadelträger 16 zu, wo die Lake gleichmäßig auf sämtlichen Nadeln 18 verteilt wird. Je nach Ausführungsform kann dabei die Ventilsteuerung 20 ein gesondertes Ventil für jede einzelne Nadel oder ein einziges Ventil aufweisen, das sämtliche Nadeln steuert. Der Durchflussmesser 44 misst auf irgendeine bekannte Weise den Volumendurchsatz φ, also das Volumen der Lake, das pro Zeiteinheit den Nadeln zugeführt wird. Dieser Volumendurchsatz φ wird an den Hauptrechner 32 gemeldet.

Bevor ein Arbeitstakt des Nadelträgers 16 beginnt, berechnet der Hauptrechner 32 anhand der Daten der Abtastvorrichtung 24 die mittlere Höhe h _ave und das Gesamtvolumen Vp der in diesem Arbeitstakt zu pökelnden Lebensmittelprodukte 10. Die mittlere Höhe h _ave wird an das Steuersystem 34 für den Niederhalter übermittelt, der daraufhin auf die passende Höhe eingestellt wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Aus dem Gesamtvolumen V _p der Lebensmittelprodukte berechnet der Hauptrechner 32 außerdem das Sollvolumen V _s der zu injizierenden Lake.

Da der Strömungswiderstand des Lakezufuhrsystems bekannt ist, lässt sich für einen gegebenen Lakedruck der Volumendurchsatz der Lake im voraus abschätzen. Anhand des Sollvolumens V _s , des abgeschätzten Volumendurchsatzes und der mittleren Höhe have legt nun der Hauptrechner 32 die Geschwindigkeit v, mit der der Nadelträger aus der in Fig. 4 gezeigten Position abgesenkt wird, so fest, dass das gesamte Sollvolumen gleichmäßig injiziert werden kann, während die Nadeln in die Lebensmittelprodukte einstechen. Wenn die Injektion nur während des Abwärtshubes der Nadeln erfolgt, wird die Geschwindigkeit v so berechnet, dass das Sollvolumen in der Zeit injiziert wird, in der sich die Nadeln aus der in Fig. 4 gezeigten Position bis zum unteren Totpunkt bewegen. Wenn die Injektion auch beim Aufwärtshub erfolgt, wird die Geschwindigkeit v so berechnet, dass das gesamte Volumen innerhalb der doppelten Zeit injiziert wird, nämlich während der Bewegung der Nadeln von der in Fig. 4 gezeigten Position bis zum unteren Totpunkt und zurück in die in Fig. 4 gezeigte Position. Wenn sich dabei zeigt, dass, um dieses Ziel zu errechnen, die Geschwindigkeit v inakzeptabel hohe oder inakzeptabel niedrige Werte annehmen würde, so wird durch einen entsprechenden Befehl an das Steuersystem 38 der Lakedruck P entsprechend erhöht oder gesenkt.

Sobald die Nadeln 18 die in Fig. 4 gezeigte Position erreicht haben, also beginnen, in die Lebensmittelprodukte 10 einzustechen, wird durch die Ventilsteuerung 20 die Lakezufuhr aktiviert. Von diesem Zeitpunkt an wird mit Hilfe des Durchflussmessers 44 der tatsächliche Volumenstrom φ der Lake gemessen. Der Hauptrechner 32 enthält ein Integrationsglied 46, mit dem der Volumenstrom φ über die Zeit integriert wird. Ein Vergleicher 48 vergleicht das Integral des Volumenstroms, das im Lauf des Injektionsvorgangs stetig größer wird, mit dem Sollvolumen Vs, und sobald das Sollvolumen erreicht ist, wird an den Ventiltreiber 42 der Befehl ausgegeben, die Lakeventile zu schließen, so dass der Inj ektions Vorgang beendet wird. Dieser Zeitpunkt wird ungefähr dann erreicht werden, wenn die Nadeln den unteren Totpunkt erreicht haben oder, falls auch beim Aufwärtshub injiziert wird, wenn die Nadeln wieder die in Fig. 4 gezeigte Position erreicht haben. Falls der Abschaltzeitpunkt signifikant von dem Zeitpunkt abweicht, an dem der untere Totpunkt bzw. die Position nach Fig. 4 erreicht wird, so kann die im Hauptrechner 32 gespeicherte Funktion, die den Volumendurchsatz als Funktion des Lakedruckes P angibt, geeignet korrigiert werden, so dass im nächsten Takt die Geschwindigkeit v präziser berechnet werden kann.

Auf diese Weise lässt sich die injizierte Lakemenge präzise in Abhängigkeit vom Volumen Vp der Lebensmittelprodukte steuern.