Способ и устройство для непрерывного примешивания жидких и/или сыпучих веществ в основную пищевую массу

 

Использование. для примешивания жидких и/или сыпучих веществ в основную пищевую массу, такую как пена или тесто. Сущность изобретения: способ предусматривает внесение примешиваемого вещества в основную массу в емкость, открытую с верхней стороны, и транспортирование смеси с помощью вращающихся навстречу друг другу спиралей, поперечное сечение которых круглое или овальное, а диаметры частично перекрываются. Примешивание осуществляют в устройстве, включающем емкость с местами загрузки и выгрузки, внутри которой установлены по меньшей мере две горизонтальные спирали, винтовые поверхности которых наклонены в направлении транспортирования смеси. Между местами загрузки и выгрузки образован путь перемешивания, вдоль которого смесь может транспортироваться, а вещество примешиваться в основную массу без давления. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу непрерывного примешивания, в особенности примешивания жидких, кусковых или сыпучих веществ в базовую пищевую массу, как пена или тесто, и к устройству, пригодному для этой цели.

Свободное от комков и равномерное примешивание сыпучих или кусковых веществ во вспененную или тестообразную основную массу обозначается как "смешивание".

Известно устройство для перемешивания жидкостей и сыпучих веществ (патент ФРГ 2113960), где вал выполнен в виде единственного полого вала и имеет распределительные трубки, по которым поданная в полость полого вала жидкость примешивается к сухому веществу в смесительной камере устройства.

Известно другое устройство (патент Германии 963688), где вал разделен на несколько смесительных участков, отличающихся различной плотностью установки смесительных элементов. Подлежащие перемешиванию вещества могут подаваться в начале этой зоны по наполнительным отверстиям в бункер-смеситель устройства. Для улучшения результата перемешивания в этом устройстве дополнительно на внутренней стенке бункера-смесителя жестко закреплены выполненные в виде статора контрэлементы к смесительным элементам.

Известные устройства имеют то преимущество, что с их помощью за короткое время может быть получена гомогенная смесь из жидких и твердых веществ. Но это возможно только за счет сильной механической нагрузки на перемешиваемые вещества. Так ведут возникающие в бункере-смесителе при перемешивании высокие давления и возникающие благодаря этому срезающие усилия к измельчению сухих веществ и к разрушению структур жидкостей. Дополнительно к этому, вещества при перемешивании сильно нагреваются из-за значительных затрат энергии, благодаря чему может возникнуть другое нежелательное изменение свойств смеси. Кроме того, при перемешивании различных веществ в этих устройствах невозможно добиться различного уровня перемешивания для отдельных материалов.

Известно смесительное устройство (патент США N 3064908), служащее для суспендирования целлюлозы или частиц пульпы в жидкости-носителе. В этом устройстве предусмотрены вращающиеся друг другу навстречу спиралевидные винты, с помощью которых суспензия прижимается к стенке емкости так, что из-за созданного давления прижатия жидкость может отводиться из разгрузочного клапана, предусматриваемого ниже винтового устройства.

Известно смесительное устройство (патент Франции N 2618643) в виде экструдера с двойным шнеком, в котором приправы (добавки) подводятся к аксиально смещенным вдоль пути перемешивания местам подачи. Также и в этом устройстве действует значительное давление прижатия на смешиваемую массу так, что происходит интенсивная механическая нагрузка смешиваемой массы.

Известен смесительный или транспортирующий шнек (патент Германии N 401033), служащий для перемешивания мелкозернистого материала. При этом предусмотрены ленточные винты так, что материал первым ленточным винтом (шнеком) забрасывается в зону циркуляции другого (винта) и при внутреннем перемешивании смешается в виде порций. Такое устройство непригодно для обработки вспененной массы или теста, потому что в зоне (перекрытия) винтов могут подниматься только материалы в виде кусков, а некусковые материалы не принимают участия в процессе перемешивания. Поэтому устройства названного в начале вида непригодны для приготовления смесей, в которых должна быть сохранена структура и форма исходных веществ. Это имеет место в особенности при приготовлении теста для выпечки, для приготовления которого смешиваются жидкие пены, например, яичная пена с мукой или крахмалом и затем к ним примешиваются другие добавки как, например, фрукты, какао и т.д. Сильное нарастание давления при смешивании в обычных устройствах ведет к уплотнению пены и к разрушению твердых добавок, благодаря чему возникает нежелательно вязкая (густая) масса теста. Дополнительно к этому яичные пены могут из-за подвода тепла сгущаться, из-за чего смешенное до готовности тесто для выпечки может стать непригодным.

Задача изобретения - предложить простой способ и создать устройство такого типа, что при небольшой потребности в энергии и простыми конструктивными средствами обеспечивается такое перемешивание жидких и сухих веществ, при котором структуры и формы веществ в значительной степени сохраняются.

Эта задача по способу решается путем того, что материал вводится в принимающий основную пищевую массу и открытый сверху бункер-смеситель и что смешиваемый материал транспортируется горизонтально в осевом направлении вдоль пути перемешивания с помощью, по крайней мере, двух вращающихся навстречу друг другу спиралевидных винтов, поперечное сечение которых может быть круговым или овальным и диаметры которых частично перекрываются.

В связи с тем, что вещества перемешиваются в бункере-смесителе, в котором не создается никакого давления, то надежно исключается нежелательное уплотнение материалов или базовой пищевой массы. Благодаря применению по меньшей мере двух вращающихся навстречу друг другу винтов (шнеков, спиралей) дополнительно возможно при небольшой затрате энергии добиться значительной объемной производительности при перемешивании без того, что должны применяться дополнительные дорогостоящие транспортные средства. Одновременно благодаря применению "винтового конвейера" достигается хорошее, но не смотря на это, щадящее перемешивание, так как добавляемые вещества в базовую пищевую базу квази "погружаются" без того, что они сами разрушаются или изменяются. Кроме того, изобретенный способ делает возможным так выбирать простым образом расстояние между винтами, что надежно устраняется нежелательное значительное нарастание давления в смешиваемом материале.

В связи с тем, что по предпочтительному варианту исполнения изобретения положение места загрузки одного вещества по отношению к месту загрузки другого вещества может изменяться, то простым образом может быть достигнута различная степень перемешивания для различных веществ.

Особо щадящее, сохраняющее структуру перемешивание может быль достигнуто путем того, что на первом участке пути перемешивания исходные вещества предварительно смешиваются и на по меньшей мере, одном последующем участке к ним примешиваются другие вещества. Так как исходные вещества уже будучи предварительно смешанными, смешиваются с другими веществами, может быть получена за короткое время гомогенная масса без дополнительных нагрузок на подведенный позднее материал. Деление пути перемешивания на различные участки дополнительно имеет то преимущество, что вещества в последней зоне пути перемешивания могут меситься при возникновении давления по отношению к емкости-смесителю. Это особенно желательно тогда, когда должна быть получена вязкая масса, например, тесто для выпечки хлеба.

С точки зрения устройства изобретение решается с помощью продольной, открытой с верхней стороны емкости для перемешивания, внутри которой установлены два горизонтальных, вращающихся друг навстречу другу спиралевидных винта с круговым или овальным поперечным сечением, диаметры которых бесконтактно частично перекрываются, а винтовые поверхности соответственно наклонены в направлении подачи смешиваемой массы, а также с помощью места заполнения и места выдачи, между которыми образован путь перемешивания, вдоль которого вещество безнапорно может быть примешано в базовую питательную массу.

Благодаря этому получается особенно щадящее перемешивание (примешивание) вещества. Дополнительно нужно отметить, что шнеки (винтовые конвейеры) могут быть просто и экономично изготовлены, так что можно отказаться от дополнительных смешивающих элементов. Транспортирующее действие шнеков поддерживается тем, что винты соответственно соседних шнеков в связи с их наклоном в направлении транспортирования обнаруживают противоположный подъем. При этом может определяться транспортирующее действие винтового конвейера выбора наклона винтовых линий.

Исполнение емкости для перемешивания надежно исключает возможность нарастания давления в ее внутренней полости, так как находящийся в этой емкости воздух или избыточная смешиваемая масса могут быть удалены из емкости. Из-за одинакового направления подачи валов смешиваемая масса транспортируется от места заполнения до места выхода без дополнительных транспортирующих устройств. При этом с помощью вращающихся взаимно противоположно шнеков достигается хорошее, равномерное перемешивание материалов.

Предпочтительные конструктивные варианты исполнения изобретения могут быть увидены в том, что степень перекрытия диаметров винтов составляет, по меньшей мере 20%, что отношение диаметра винта лежит в диапазоне от 1,0 до 2,0, преимущественно 1,43, что отношение диаметра винта и внутреннего диаметра емкости для перемешивания лежит в диапазоне от 0,1 до 0,8, преимущественно, 0,55.

При перемешивании различных веществ уровень промешивания может, преимущественно, регулироваться благодаря тому, что вещества подаются в емкость для перемешивания в различных местах, позиция которых может изменяться почти по всей длине вала в емкости для перемешивания. Это возможно благодаря тому, что место заполнения может перемещаться аксиально вдоль пути перемешивания.

Особенно равномерный результат перемешивания может достигаться благодаря тому, что винты спиральной формы соответственно крепятся на одном приводном вале, причем валы соседних винтов установлены осепараллельно друг к другу. Таким образом, степень примешивания отдельных веществ может особенно легко регулироваться, потому что благодаря осепараллельному расположению шнеков устанавливается равномерная скорость подачи. При этом смесительное действие винтов может быть еще улучшено тем, что винтовые поверхности шнеков соединены с центральной осью, расположенной в продольном направлении шнека, стержнями, радиально смещенными к оси шнека или вала на угловой модуль.

Если должны примешиваться вещества с различной прочностью и стабильностью или структурой, то особенно рационально, когда шнеки соответственно аксиально разделены на участки, образующие различные пути перемешивания. Таким образом, возможно, те вещества, которые должны прийти в плотное соединение при подводе энергии, следует смешивать после других веществ, которые чувствительны к интенсивным механическим нагрузкам.

Если должны примешиваться сухие вещества, то рационально, чтобы винтовые конвейеры на первом участке пути перемешивания были предусмотрены с направленными перпендикулярно оси винтового конвейера плоскими смесительными элементами для перемешивания сухих веществ. В качестве смесительных элементов особенно пригодны для этого так называемые "лопасти".

Появление избыточного смешиваемого материала можно предотвратить тем, что емкость для перемешивания выполняется в форме ванны. Если кромки между боковыми стенками валов и дном емкости для перемешивания в виде ванны скруглены, то дополнительно обеспечивается поддержка вращающемуся смесительному перемешиванию смешиваемого материала. При этом особенно рационально, когда скруглены углы между боковыми стенками и дном на внутренней стороне емкости для перемешивания. Это равномерное перемешивающее движение может быть еще поддержано тем, что в зоне пересечения на две емкости для перемешивания в центре закрепляется ребро, проходящее коаксиально к шнекам, свободные края которого согласованы с наружным контуром винтовых конвейеров. Особенно желательные условия для перемешивания создаются тогда, когда радиус скругленных углов и радиус контура ребра равны половине диаметра шнека. Таким образом гарантировано, что смешиваемый материал удерживается в постоянном равномерном движении.

Устройство дополнительно может быть упрощено тем, что место выхода выполнено в виде отверстия в дне емкости для перемешивания, так как таким образом для заправки разгрузочного механизма может использоваться как сила тяжести, так и движение подачи смешиваемого материала. При этом заправка разгрузочного механизма может быть еще более облегчена тем, что боковая узкая стена в зоне места выхода скошена в виде поверхности скольжения для перемешанных материалов. Благодаря наклонной боковой стенке в конце пути перемешивания происходит отклонение движения смешанной массы к месту выхода. Также желательно, чтобы боковая узкая стенка емкости для перемешивания в зоне места заполнения была скошена в виде поверхности скольжения для (заполняющих) материалов.

Конструктивно особенно простое и особенно экономичное при изготовлении устройство получается тогда, когда шнеки приводятся от общего привода. При этом устройство особенно пригодно в качестве смесителя для получения теста для выпечки или яичных вспененных составов, к которым должны быть добавлены мука, крахмал или также кусковые материалы, например, вишни.

Следующее исполнение изобретения предусматривает, что дозировка как жидких, сыпучих или кусковых веществ, так и базовой питательной массы осуществляется комбинированной - объемно-гравиметрической - системой дозирования.

На фиг. 1 показано продольное сечение устройства; на фиг.2 - сечение по I-I на фиг.1; на фиг.3 - устройство на фиг.1, вид сверху.

Устройство для получения теста для выпечки имеет емкость 1 для перемешивания, выполненную в виде ванны, на верхней 1a стороне емкости 1 имеется загрузочное отверстие 2, которое проходит почти по всей длине емкости 1. В днище 1b емкости 1 выполнено отверстие, смещенное к загрузочному отверстию 2, в качестве места 3 выгрузки. С местом 3 выгрузки граничит задняя стенка емкости. Эта задняя стенка 1 скошена так, что она в зоне места 3 выгрузки тонкая, а в верхней части 1a емкости 1 для перемешивания имеет увеличенную толщину. Задняя стенка 1c оканчивается на верхней стороне 1a у закрывающей пластины 1d, ограничивающей загрузочное отверстие 2. Между закрывающей пластиной 1d и дном 1b закрыт канал 1e для перемешивания. Задняя сторона 1c расположена противоположно торцевой стороне 1f, которая со стороны торца ограничивает загрузочное отверстие 2.

В емкости 1 для перемешивания параллельно дну 1b и осепараллельно друг к другу установлены винтовые конвейеры 4a, 4b, закрепленные в подшипниковых опорах 5 на торцевой стенке 1f и задней стенке 1c емкости 1 для перемешивания. Боковые стенки 1g переходят на внутренней стороне емкости 1 к дну 1b в виде скругления, радиус r которого равен половине диаметра D шнеков 4a, 4b. В центре между шнеками 4a, 4b на дне 1b выполнено ребро 1h, свободные кромки которого также скругленные по радиусу r.

Шнеки 4a, 4b разделены на три участка (4c, 4d и 4e) пути перемешивания. Первый участок 4c проходит от торцевой стенки до приблизительно половины ширины (длины) загрузочного отверстия 2. На этом участке 4c пути смешения шнеки 4a, 4b оснащены смесительными элементами 6, которые проходят, будучи плоскими, вдоль осей 4f винтовых конвейеров 4a, 4b и выполнены в виде лопастей (весел).

На втором и третьем участках пути перемешивания шнеки 4a, 4b имеют винтовые поверхности 7, которые навиты на некотором расстоянии вокруг (своей) центральной оси 4f и которые, соответственно наклонены к направлению подачи. Винтовые поверхности 7 соединены с центральными осями 4f винтовых конвейеров 4a, 4b стержнями 8, направленными перпендикулярно к центральным осям 4f. Третий участок пути перемешивания проходит в канале 1e, закрытом верхней стенкой 1d и дном 1b.

Выше верхней стенки 1a размещены по ширине загрузочного отверстия 2 места 9 загрузки. Шнеки 4a, 4b приводятся двигателем M и с помощью передачи G обеспечивается их вращение противоположно друг другу.

Сухие приправы для выпечки подаются через места 9 загрузки в зоне первого участка 4c пути перемешивания в емкость 1 для перемешивания и примешиваются смесительными элементами 6. При этом они транспортируются из первого участка 4c пути перемешивания к второму участку 4d пути перемешивания. В зоне второго участка 4d в емкость для перемешивания подаются жидкие добавки, как яичная вспененная масса, через загрузочные места 9. Там они смешиваются с ранее предварительно смешанными сухими приправами для выпечки и одновременно подаются к третьему пути 4e перемешивания, выполненному в виде участка, где месится масса (тесто). Во время смешивания на первом и втором участках 4c, 4d пути смешивания из-за открытого загрузочного отверстия 2 не происходит никакого нарастания давления в смешиваемом материале по отношению к корпусу. Только когда смешиваемый материал попадает в канал 1e, поднимается давление в смешиваемом материале и путем того, что масса месится, смешиваемый материал превращается в тесто до того, как он достигнет, наконец, места выхода и будет подаваться вдоль скошенной задней стенки 1e емкости 1 для перемешивания из этой емкости в непоказанную разгрузочную емкость.

Если устройство должно применяться только в качестве смесителя, в котором перемешиваемый материал перемешивается без нарастания давления, то для этого может быть удалена закрывающая пластина 1d, так, что также в последней зоне перемешивания избегают любого нарастания давления по отношению емкости 1 для перемешивания. Если нужно отказаться от предварительного смешивания сухих добавок, то также в зоне первого участка 4c пути перемешивания могут быть выполнены на шнеках 4a, 4b винтовые поверхности на месте смесительных элементов 6.

Дозирование как добавок, так и основной пищевой массы происходит с помощью комбинированной объемно-гравиметрической системы дозирования. Для этого каждая емкость-накопитель для соответствующей добавки соединена с насосом-дозатором, число оборотов которого управляется системой регулирования. Насос-дозатор соответственно подает добавку к определенному месту 9 загрузки на верхней стороне загрузочного отверстия 2. Система управления получает в качестве входной (заданной) величины сигнал, который отводится от весов, на которых стоит соответствующая емкость-накопитель.

В зависимости от установленного с помощью весов (гравиметрически) фактического количества забранной из емкости-накопителя массы число оборотов регулируют так, чтобы было постоянным (объемное) подаваемое количество массы, которое из емкости-накопителя направляется к месту 9 загрузки.

Если с помощью весов будет установлено достижение минимального уровня заполнения в емкости-накопителе, то сохраняется действующее ранее число оборотов насоса, при котором емкость накопителя снова заполняется.

Заполнение емкости-накопителя осуществляется отдельной системой дозирования и оканчивается тогда, когда с помощью весов будет зафиксировано достижение максимального уровня заполнения.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного примешивания жидких и/или сыпучих веществ в основную пищевую массу, преимущественно в пену или тесто, включающий внесение примешиваемого вещества в основную массу и транспортирование смеси по пути перемешивания вдоль оси емкости с помощью двух вращающихся спиралей, диаметры которых частично перекрываются, отличающийся тем, что примешиваемое вещество вносят в емкость, открытую с верхней стороны, а транспортирование осуществляют с помощью вращающихся навстречу друг другу спиралей, поперечное сечение которых круглое или овальное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что различные примешиваемые вещества вносят на различных участках пути перемешивания вдоль оси емкости.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на первом участке пути перемешивания осуществляют предварительное перемешивание основной массы и на по меньшей мере одном из последующих участков в нее вносят примешиваемое вещество.

4. Способ по п.1 или 2, или 3, отличающийся тем, что в частично вспененную или превращенную в пену яичную композицию примешивают муку или крахмал.

5. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в опору или жидкое тесто примешивают муку.

6. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в яичные пены или бисквиты, или мороженое примешивают кусковые вещества, например, вишни.

7. Устройство для непрерывного примешивания жидких и/или сыпучих веществ в основную пищевую массу, преимущественно в пену или тесто, включающее емкость с местами загрузки и выгрузки, внутри которой установлены по меньшей мере две горизонтальные спирали, диаметры которых бесконтактно частично перекрываются и винтовые поверхности которых наклонены в направлении транспортирования смеси, отличающееся тем, что емкость открыта с верхней стороны с образованием между местами загрузки и выгрузки пути перемешивания, вдоль которого вещество без давления примешивают в основную массу, а спирали выполнены с круглым или овальным поперечным сечением и установлены с возможностью вращения навстречу друг другу.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что диаметры спиралей перекрываются по меньшей мере на 20%.

9. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что отношение диаметра спиралей к шагу спиралей составляет 1 - 2, преимущественно 1,43.

10. Устройство по одному из пп.7 - 9, отличающееся тем, что соотношение диаметра спиралей и внутреннего диаметра емкости составляет 0,1 - 0,8, преимущественно 0,55.

11. Устройство по одному из пп. 7 - 10, отличающееся тем, что место загрузки смещено аксиально пути перемешивания.

12. Устройство по одному из пп.8 - 11, отличающееся тем, что спирали закреплены на приводимых валах, причем оси валов соседних спиралей параллельны друг другу.

13. Устройство по одному из пп.7 - 12, отличающееся тем, что спирали аксиально разделены на участки, образующие различные пути перемешивания.

14. Устройство по одному из пп.7 - 13, отличающееся тем, что на дне емкости в зоне перекрытия спиралей выполнено ребро, стороны которого коаксиальны спиралям, а контур поперечного сечения соответствует контурам спиралей.

15. Устройство по одному из пп.7 - 14, отличающееся тем, что дозирование и основной пищевой массы, и примешиваемых жидких или сыпучих веществ осуществляется посредством комбинированной объемно-гравиметрической системы дозирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Исмар Машинен ГмбХ (DE)

(73) Патентообладатель:Раймельт ГмбХ (DE)

Договор № РД0021785 зарегистрирован 10.05.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2007        БИ: 17/2007

---