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Dokumentenidentifikation DE102004024417A1 08.12.2005
Titel Einspritzen einer Flüssigkeit
Anmelder Günther Maschinenbau GmbH, 64807 Dieburg, DE
Erfinder Günther, Helmut, 64850 Schaafheim, DE
Vertreter Kasseckert, R., Dipl.-Phys.Univ., Pat.-Anw., 82041 Oberhaching
DE-Anmeldedatum 14.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004024417
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse A23B 4/28
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen (Injizieren) einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel, insbesondere zum Pökeln von Fleisch, Geflügel oder Fisch, wobei Hohlnadeln (N) periodisch in bestimmte Bereiche des Lebensmittels eingestochen werden, Flüssigkeit einspritzen und wieder herausgezogen werden. Zur exakteren Dosierung wird die Einspritzmenge volumetrisch gesteuert (Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen (injizieren) einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 845 215 B1 ist eine Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel, insbesondere zum Pökeln von Fleisch, Geflügel oder Fisch, bekannt. Diese Vorrichtung weist eine Gruppe von Hohlnadeln auf, die in bestimmte Bereiche des Lebensmittels periodisch (auch mit „taktweise" bezeichnet) eingestochen werden, Flüssigkeit einspritzen und wieder herausgezogen werden. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei dieser Vorrichtung wird die Menge der eingespritzten Flüssigkeit dadurch gesteuert, dass eine Flüssigkeitspumpe auf einen bestimmten Druck voreingestellt wird und die Ventile in den zu den Nadeln führenden Leitungen nur eine bestimmte Zeit lang geöffnet werden. Diese druck- und zeitabhängige Steuerung der Fluidmechanik hat sich gut bewährt, kann aber bezüglich der Dosiergenauigkeit noch verbessert werden. Ähnliche Drucksteuerungen sind aus der EP 297 592 und aus der EP 1 323 350 A2 bekannt

Aus der EP 879 561 B1 ist ein Pökelverfahren für Fleischprodukte bekannt, bei dem die Flüssigkeit von außen ohne Nadeln mit Hochdruck eingespritzt wird, wobei der Einspritzdruck in jeder Periode von null anfangend allmählich bis auf einen Maximaldruck gesteigert wird. Diese Steuerung ist fleischschonend, erlaubt aber keine exakte Dosierung der Einspritzmenge.

Aus der WO 98114075 ist ein Pökelinjektor bekannt, für den zwei alternative Regelungen für die Einspritzmenge angegeben sind. Zum einen kann der Flüssigkeitsdruck variiert werden, zum anderen kann über eine Variation der Geschwindigkeit der Nadeln die Verweil- und damit die Einspritzzeit im Fleisch verändert werden.

Aus der US 5,449,524 ist ein Pökelinjektor für Hühnchen bekannt, bei dem die Einspritzmenge über die Verwendung unterschiedlicher Flüssigkeiten oder über die Verwendung unterschiedlich starker Nadeln geändert werden kann.

Aus der GB 2 355 383 A ist ein Pökelinjektor bekannt, bei dem die Einspritzmengen durch Einstellen unterschiedlicher Drücke oder durch Verwendung unterschiedlich starke Nadeln verändert werden können.

Ausgehend von der EP 845 215 B2 ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass sie mit höherer Genauigkeit vorbestimmte Flüssigkeitsmengen einspritzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung und Vorrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind, sind Gegenstände von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird die Drucksteuerung des Standes der Technik durch eine Volumensteuerung ersetzt. Wurde bisher die Einspritzmenge dadurch geregelt, dass bei einem bestimmten von Kreiselpumpen oder anderen Läuferpumpen erzeugten Druck die Ventile eine bestimmte Zeit offen blieben, so wird nun das Volumen der eingespritzten Flüssigkeit vorgegeben und exakt eingehalten oder dosiert. Die Druck- und Zeitvorgaben des Standes der Technik ermöglichen zwar ein für die meisten Fälle ausreichend genaues Dosieren, doch können dort Parameter wie der Widerstand der zu pökelnden Ware oder Verengungen in den Nadeln nicht ausgeglichen werden. Ist der Gegendruck des Lebensmittels höher als angenommen, fließt bei der bekannten Drucksteuerung weniger Flüssigkeit in das Lebensmittel als geplant. Anders nach der Erfindung: Da die Pumpe erfindungsgemäß volumetrisch arbeitet, also exakt die Menge fördert, die vorgesehen ist, wird auch exakt das voreingestellte Volumen an Flüssigkeit gefördert und eingespritzt, unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeit oder vom Gegendruck im Produkt oder von Flusswiderständen in den Zuleitungen und Nadeln. Bei unvorhergesehenen Widerständen steigt zwar der Druck, die Pumpe schiebt aber die vorausgeplante Menge Flüssigkeit unabhängig von den äußeren Umständen in das zu behandelnde Gut. Das Gleiche gilt für Lebensmittelpartien, die weniger Widerstand aufweisen als normalerweise bei einer solchen Charge zu erwarten war. Fließt bei der Regelung des Standes der Technik – also bei fielt voreingestelltem Druck und voreingestellter Zeit – mehr Flüssigkeit ein als vorgesehen, so wird mit der erfindungsgemäßen volumetrischen Vorgabe auch in "weiches" Gut nur das gewünschte Volumen eingespritzt.

Eine erfindungsgemäß gesteuerte Pumpe eignet sich besonders zum Fördern von höher viskosen, dickflüssigeren Fluiden, wie zuckerhaltigen Marinaden, Flüssigkeiten oder Laken mit emulsionsartigen und/oder quellenden Inhaltsstoffen, die bisher von Kreiselpumpen nicht optimal gefördert werden konnten. Sogar inhomogene Flüssigkeiten sind erfindungsgemäß förderbar. Auch Emulsionen, die feste Bestandteile, wie Fleischkomponenten, enthalten, sind erfindungsgemäß exakt dosierbar.

Nach einer Ausführung der Erfindung wird die Einspritzmenge für jeden Takt vorberechnet. Dieses Volumen wird dann direkt der Einspritzpumpe zugeteilt und bei einem Hub gefördert oder – bei Verwendung einer Kolbenpumpe – wird der Pumpenkolben soweit verfahren, dass genau die gewünschte Menge gefördert wird. So wird erreicht, dass bei jedem Takt oder Arbeitsschritt genau die gewünschte Menge injiziert wird. Die Menge für den nächsten Takt kann von der Höhe des Guts abhängig gemacht werden, welche zum Beispiel vom Fleischniederhalter erfasst wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Einspritzmenge (zum Beispiel der Verfahrweg der Flüssigkeitspumpe) in Abhängigkeit von der Stellung der Nadeln (des Nadelbalkens) gesteuert. Somit ist es möglich, Flüssigkeit nur beim Absenken der Nadeln oder nur beim Herausziehen der Nadeln einzuspritzen. Ebenso ist es möglich in bestimmten Nadelstellungen mehr oder weniger einzuspritzen. Am Rand des Fleisches, also am Anfang des Verfahrweges, kann wenig injiziert werden, in tieferen Bereichen mehr. Da die Steuerung für die Nadelbewegung, zum Beispiel bei Verwendung eines Servomotors nach der EP 845 215 B1, immer weiß, wo die Nadeln stehen, kann erfindungsgemäß die jeden Tiefenbereich der Ware die optimale Menge an Flüssigkeit eingespritzt werden. Möglich ist genauso, während des Einstechens wenig oder nichts und ab einer gewissen Tiefe viel einzuspritzen. Ebenso, 100% der Einspritzmenge über den gesamten Verfahrweg zu injizieren oder nur 60% oder 30% über den gesamten Weg oder nur an bestimmten Stellen. Alle denkbaren Funktionen der Einspritzmenge über die Einstechtiefe sind durch Anpassen der Fördermenge an die Einstechtiefe entsprechend realisierbar.

Besonders bevorzugt ist es, die Flüssigkeit im Gleichtakt zur Bewegung der Nadeln einzuspritzen. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass beim Herausziehen der Nadeln und/oder während der Transportzeit des Förderbandes die Pumpe die für den nächsten Takt bestimmte Menge Flüssigkeit ansaugt und dann beim Hineinstechen in das Lebensmittel diese Menge exakt wieder abgibt. Möglich ist auch das Einspritzen beim Einstechen und beim Herausziehen, wobei dann – bei einer einfach wirkenden Pumpe – das Ansaugen während der Transportzeit des Gutes erfolgt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung (Pökelinjektor) mit Kolbenpumpe für den Fluidkreislauf. Eine Kolbenpumpe ist die klassische volumetrisch arbeitenden Pumpe, da bei ihr das geförderte Volumen absolut exakt über den Verfahrweg bestimmbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Kolbenpumpe, die pro Takt unterschiedliche Mengen abgeben kann. Eine Kolbenpumpe stellt ja nicht wie eine Kreiselpumpe einen bestimmten Druck an die Nadelventile, sondern fördert bei Verschiebung genau die Menge an Flüssigkeit, die dem Verschiebeweg des Kolbens entspricht. Die Menge ist daher unabhängig vom Gegendruck im Lebensmittel oder von Engpässen im Verteilsystem. Solche Fehler führen bei einer Drucksteuerung zu Ungenauigkeiten, bei der erfindungsgemäßen Volumensteuerung aber nicht. Das definierte Verschieben des Kolbens der Pumpe fördert eine vorbestimmte Menge, die von Schwankungen des Gegendrucks im zu behandelnden Gut völlig unbeeinflusst ist.

Verwendbar sind im Prinzip alle Pumpen, die eine voreinstellbare Menge liefern können. Bevorzugt sind Kolbenpumpen, die kein konstantes Fördervolumen haben. Es wird bevorzugt keine klassische Kolbenpumpe mit Kurbelwelle eingesetzt, die bei einer Umdrehung eine bestimmte Menge – den Hubraum – fördert, sondern eine Kolbenpumpe, deren Verdrängungsvolumen bei jedem Hub unterschiedlich einstellbar ist. Diese Anforderung wird von einer kurbelwellenlosen Pumpe erfüllt, die über einen linear wirkenden Antrieb beliebige Strecken verfahrbar ist.

Zum Ansaugen frischer Flüssigkeit wird der Kolben in Gegenrichtung verfahren, wobei Ventile das Zurücksaugen geförderter Flüssigkeit in an sich bekannter Weise verhindern. Das Ansaugen kann auch während des Transportvorschubes des Bandes erfolgen, da die Transportzeit und die Injektionszeit in der gleichen Größenordnung liegen.

Bevorzugt wird eine hydraulisch angetriebene Pumpe eingesetzt, deren Arbeitskolben bei jedem Takt eine vorbestimmte Wegstrecke vorwärts oder rückwärts bewegt wird und damit eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit ansaugt oder fördert. Die Hydraulik ver- schiebt den Kolben der Förderpumpe für die Flüssigkeit je nach Wunsch um eine vorgegebene Strecke hin und her und bewirkt so ein definiertes Ansaugen und Abgeben (Einspritzen) der Flüssigkeit. Frei programmierbare Kolbenpumpen können die erfindungsgemäße Forderung der volumetrischen Dosierung besonders gut erfüllen.

In einer Ausführung der Erfindung wird eine Doppelkolbenpumpe eingesetzt. Bei einer solchen Pumpe sind zwei Zylinder und zwei Kolben für das zu fördernde Medium vorgesehen, wobei bei jeder Bewegung der Pumpe ein Kolben fördert. Die einfachste Variante sind zwei sich gegenüberliegende Zylinder mit zwei Kolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange. Bewegt sich diese nach rechts, fördert der rechte Kolben, bewegt sie sich nach links, fördert der linke. Gleichzeitig saugt jeweils der andere Kolben an. Bei Synchronbewegung der Kolben mit den Nadeln kann ein Kalben bei der Abwärtsbewegung der Nadeln und der andere Kolben bei der Aufwärtsbewegung der Nadeln Flüssigkeit fördern. Somit kann die Leistung der Maschine bei hohen Einspritzmengen verdoppelt werden.

Günstig ist daher die Verknüpfung oder Korrelation der Bewegungen des Nadelbalkens mit denen der Förderpumpe. So kann beim Eintauchen der Nadeln oder beim Herausziehen oder bei beiden Bewegungen Flüssigkeit eingespritzt werden. Genauso kann beim Herausziehen der Nadeln neu angesaugt werden. Eine Bewegung im Gleichtakt ist besonders günstig. Das Einsaugen der Flüssigkeit beim Hochgehen der Nadeln und das Ausspritzen der Flüssigkeit beim Einstechen in das Lebensmittel laufen dann synchronisiert und erlauben eine eindeutige Dosierung pro Takt.

Der Antrieb der Pumpe kann auf beliebige Weise, zum Beispiel mechanisch, elektrisch oder hydraulisch, erfolgen. Zum Einspritzen einer kleinen Menge kann eine mechanische Kolbenpumpe mit Kurbelwelle kann zum Beispiel vom Antrieb hin- und herbewegt werden, ohne eine volle Umdrehung zurück zulegen. Möglich ist die Verwendung klassischer Elektromotoren (auch Servomotoren), deren Rotationsbewegung von einem Getriebe in eine Linearbewegung umgewandelt wird. Möglich ist auch der Einsatz von Linearmotoren oder von Servo-Linearmotaren (Elektromotor-Getriebe-Einheit, die eine Spindel oder eine Zahnstange programmiert linear hin und her bewegt). Aufgrund der notwendigen hohen Kräfte sind solche Motoren aber eher für kleinere Pumpen geeignet.

Zur Realisierung einer exakten Dosierung eignet sich die Verwendung einer hydraulisch angetriebenen kurbelwellenlosen Pumpe besonders. Hydraulisch angetrieben heißt, dass der Arbeitskolben direkt oder indirekt – zum Beispiel mittels einer Kolbenstange und einem weiteren Kolben, dem Antriebskolben – von einer Flüssigkeit bewegt wird. Statt des fest vorgegebenen Volumens, das eine mechanisch über einen Kurbeltrieb angetriebene Pumpe fördert, wird von einer hydraulisch hin- und her bewegten Pumpe bei jedem Takt exakt die vorgegebene Menge gefördert. Große und kleine Mengen können sich abwechseln, Kurz- oder Nullhübe können für kleine Mengen oder Pausen bei der Injizierung sorgen. Die Hydraulik liefert die vorgesehenen Mengen ohne Fehler.

Als Hydraulikflüssigkeiten können alle bekannten Medien wie natürliche oder synthetische Öle oder Flüssigkeiten auf Wasserbasis mit oder ohne Zusätzen verwendet werden. Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. Wasser ist billig, lebensmittelrechtlich unbedenklich, daher zugelassen, und steht überall zur Verfügung.

Die Menge der eingespritzten Flüssigkeit ist also durch den Verfahrweg der Förderpumpe erfassbar. Die Huberfassung gibt ein exaktes Maß für die Menge der eingespritzten Flüssigkeit und kann zur Regelung der nächsten Hübe oder Takte herangezogen werden.

Weitere Merkmale, Ausführungen und Vorteile der Erfindung werden anhand zweier Figuren näher erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Pökelinjektoren zeigen.

1 zeigt einen Pökelinjektor mit dem Gehäuse G, durch welches ein Förderband F für das zu behandelnde Produkt, zum Beispiel zu pökelndes Fleisch, läuft. Das Förderband F wird von einem Motor Förderband MF angetrieben. Oberhalb des Förderbandes F befindet sich der Nadelbalken NB mit einer Vielzahl von (Hohl-) Nadeln N. Der Nadelbalken NB ist an den Führungsstangen FS geführt und wird von einem Schubkurbeltrieb SK auf und ab bewegt, der an der Hauptwelle eines Getriebes sitzt, welches vom Motor Nadelbalken MN angetrieben wird. Die intermittierende Bewegung des Förderbandes F und die periodische Bewegung der Hohlnadeln N wird von der elektrischen Steuerung ES nach voreingestellten Programmen aufeinander abgestimmt geregelt.

Zur Förderung der einzuspritzenden Flüssigkeit (bevorzugt Pökellake) ist ein Fluidkreislauf vorgesehen, dessen wesentliche Bestandteile eine Kolbenpumpe KP, deren hydraulische Antrieb HY, ein Schlauchsystem S, ein Verteiler V, ein Filtersystem FS und ein Lakerücklauf LR sind. Der hydraulische Antrieb HY bedient einen doppelt wirkenden Antriebskolben AN, dessen Kolbenstange mit dem Arbeitskolben AR starr verbunden ist. Der hydraulische Antrieb HY kann den Arbeitskolben AR der Kolbenpumpe KP um beliebig vorgegebene Strecken nach rechts oder nach links bewegen und dadurch exakt vorgegebene Mengen einzuspritzender Flüssigkeit ansaugen (Bewegung nach rechts) oder zu den Nadeln N fördern (Bewegung nach links).

Die Funktion ist wie folgend: Auf das Förderband F werden die zu injizierenden Produkte (zum Beispiel Fleischstücke) aufgegeben, die mit Lake gepökelt oder mit einer anderen Flüssigkeit behandelt werden sollen. Das Förderband F bewegt sich intermittierend von rechts nach links, so dass die Produkte in den Bereich kommen, in dem sich die Nadeln N befinden. Bei Auf- und Abbewegung des Nadelbalkens NB stechen die Nadeln N in die Produkte und geben die Pökelflüssigkeit in die Produkte ab. Wenn die Nadeln N wieder herausgezogen sind, wird das Förderband F durch den Motor Förderband MF ein Stück weiter bewegt und die Nadeln N können an einer beliebig definierten Stelle der Produktstücke wieder einstechen.

Der Pumpenkreislauf wird in wie folgt geregelt: Während sich die Nadeln N oberhalb des Produkts, also außerhalb, befinden, bewegt der hydraulische Antrieb HY den Antriebskolben AN der Kolbenpumpe KP nach rechts, verschiebt damit den Arbeitskolben AR nach rechts und saugt so durch das rechte Einwegventil Lake aus dem Filtersystem FS in seine linke Kammer an, zum Beispiel genau die vorberechnete Sollmenge für den nächsten Hub. Stechen die Nadeln N dann in das Produkt, bewegt der hydraulische Antrieb HY über den Antriebskolben AN den Arbeitskolben AR nach links und presst die Sollmenge Flüssigkeit durch das linke Rückschlagventil über den Schlauch S und den Verteiler V in die Nadeln N. Dadurch wird exakt die gewünschte Menge Flüssigkeit in das Produkt eingespritzt.

Die Kolbenbewegung kann im Takt, aber auch nach eigenen Vorgaben unabhängig von der Nadelbewegung erfolgen. So kann bei stehenden Nadeln N durch Vorschub des Arbeitskolbens AR weiter injiziert werden, wodurch viel Flüssigkeit an die gleiche Stelle gebracht wird.

2 zeigt eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Pökelinjektors, der hier mit einer Kolbenpumpe KP oder mit einer Doppelkolbenpumpe DKP ausgestattet ist. Im Gehäuse G sind die oszillierenden Injektionsnadeln N, der hydraulische Antrieb HY für die Pumpe KP oder die Doppelkolbenpumpe DKP sowie die Druckleitung DL, die die geförderte Flüssigkeit zum Nadelbalken führt, gezeichnet. In einem getrennten Wagen befinden sich der Filter FI und der Laketank L. Im rechten Teilbild ist die Doppelkolbenpumpe DKP genauer gezeigt. Zu erkennen sind die zwei Zylinder Z1 und Z2, in denen sich zwei Arbeitskolben hin und her bewegen, die an einer gemeinsamen Kolbenstange befestigt sind. Für die Pökelflüssigkeit sind die Ansaugleitung AL für die Lake und die Druckleitung DL zum Abfördern gezeigt. Angetrieben wird die Pumpe DKL von einer Wasserhydraulik HY, die auf einen doppelt wirkenden Kolben wirkt, der auf der gemeinsamen Kolbenstange zwischen den beiden Zylindern Z1 und Z2 sitzt. Gezeichnet sind die beiden Antriebsleitungen ANL für die Hin- und die Herbewegung.

Die erfindungsgemäße Pumpensteuerung eignet sich besonders gut zur Kombination mit der variablen Bewegungssteuerung der Nadeln der EP 845 215 B1, deren Lehren, Steuerungen und Verfahrweisen hier vollumfänglich als mitoffenbart und zu dieser Erfindung gehörend gelten sollen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Einspritzen (injizieren) einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel; insbesondere zum Pökeln von Fleisch, Geflügel oder Fisch, wobei Hohlnadeln (N) periodisch in bestimmte Bereiche des Lebensmittels eingestochen werden, Flüssigkeit einspritzen und wieder herausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge volumetrisch gesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge für jeden Takt vorberechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Abhängigkeit der Nadelbewegung eingespritzt wird, insbesondere, dass die Flüssigkeit im Gleichtakt mit der Nadelbewegung eingespritzt wird.
  4. Vorrichtung zum Einspritzen (Injizieren) einer Flüssigkeit in ein Lebensmittel, insbesondere Pökelinjektor, mit Hohlnadeln (N), die periodisch in bestimmte Bereiche des Lebensmittels eingestochen werden, Flüssigkeit einspritzen und wieder herausgezogen werden, gekennzeichnet durch eine Kolbenpumpe (KP), die pro Takt unterschiedliche Flüssigkeitsmengen abgeben kann.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Doppelkolbenpumpe (DKP).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Kolbenpumpe (KP) mit der Nadelbewegung verknüpft ist, insbesondere, dass die Kolbenpumpe (KP) sich im Gleichtakt mit den Hohlnadeln (N) bewegt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (KP) einen hydraulischen Antrieb (HY), insbesondere einen wasserhydraulischen Antrieb, hat.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (KP) einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen Linearmotor, einen Linear-Servomotor oder einen rotatorischen Antrieb mit Lineargetriebe, hat.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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