用于粉末和/或浇料沉积的方法和装置与流程

1.本发明涉及用于将粉末和/或浇料沉积在移动的物体上，特别地，沉积在移动的食物(例如在传送带上)上的方法和装置。具体特征涉及粉末状香料、调味品、着色剂和/或其他浇料在移动的食物上的沉积。


背景技术：

2.在食品工业中，在加工过程中经常需要在食物的上表面施加粉末状配料，诸如香料或着色剂。图1以透视图示出了典型的布置。食物1由传送器2(通常是传送带)在道中传送。料斗3被设置成容纳粉末状配料4，并且当食物从下面经过时，(例如通过振动给料器5)将粉末状配料如帘幕6一般散布在一排食物1的表面上。下面将参照图3说明在文中使用的术语“道”和“排”。
3.这种施加粉末状配料的方法有缺点，即相当多的粉末状材料最终会落在传送器本身上，而不是落在食物上。这不仅会导致浪费，而且可能需要定期清洁传送器，以防止粉末的堆积和可能的产生微生物的风险。在一些应用中，所要涂覆的物品用绳运送，使得未使用的调味品穿过较低的收集系统进行回收-典型的回收可以达到粘附到食物的调味品的300％。由于调味品中的糖和其他配料，这种回收通常是吸湿的，这则导致结块、不希望出现的斑点和不良的粘附性。此外，必须清洁回收系统，从而造成生产时间损失。使用调味品帘幕也会导致飞散的灰尘颗粒粘附到附近的表面上；这也需要额外的清洁和生产损失。当食物快速移动时，这些问题尤其成问题。
4.本发明的目的之一是提出该问题的解决方案。


技术实现要素：

5.因此，本发明提供了一种用于生产在其上沉积有粉末和/或浇料的物品的生产线，所述生产线包括：传送器，该传送器被布置成传送所要涂覆的物品；和粉末和/或浇料沉积器，该粉末和/或浇料沉积器被布置成将粉末和/或浇料沉积在位于传送器上的物品上；所述粉末和/或浇料沉积器包括：(a)粉末和/或浇料储存器，该粉末和/或浇料储存器用以容纳所要沉积的粉末和/或浇料；(b)筛网，该筛网被定位成将来自所述储存器的粉末和/或浇料接收到所述筛网的面上；(c)振动致动器，该振动致动器被布置成对所述筛网施加间歇振动，以使粉末和/或浇料穿过在所述筛网中的孔；(d)控制器，该控制器用以控制所述间歇振动之间的间隔，使得所述物品在下方经过所述筛网时粉末和/或浇料主要沉积在所述物品上。
6.优选地，所述物品被布置在所述传送器上的多个道中，所述生产线包括多个粉末和/或浇料沉积器，所述多个粉末和/或浇料沉积器被布置成将粉末和/或浇料沉积在位于多个对应的道中的物品上。
7.优选地，多个粉末和/或浇料沉积器被布置成将粉末和/或浇料沉积在位于所述传送器上的多个物品的排中的物品上。
8.在本发明的范围内还包括如上所述的生产线，该生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述振动致动器被配置成还对所述储存器施加间歇振动。
9.优选地，所述间歇振动具有介于1khz至200khz之间，优选地介于5khz至100khz之间，更优选地介于10khz至50khz之间，最优选地介于10khz至30khz之间的主频率。
10.优选地，这种生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述筛网被支撑在底板上，并且所述振动致动器功能地连接到所述底板以使得所述筛网能够振动。
11.更优选地，这种生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述储存器也功能地连接到所述底板，使得所述振动致动器也能使得所述储存器能够振动。
12.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述振动致动器包括压电致动器。
13.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述控制器被配置成以介于2hz至30hz之间，优选地介于6hz至15hz之间的重复率传递所述间歇振动。
14.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括粉末和/或浇料沉积器，其中所述筛网包括网格。更优选地，所述网格包括介于0.2mm至7mm之间的孔，例如介于1.0mm至6mm之间的孔。
15.替代性地，优选地，所述筛网包括穿孔板。
16.在任何这种生产线中，优选地，所述传送器被配置成以0.1m/s至3m/s，优选地介于0.2m/s至1.5m/s，更优选地介于0.25m/s至1.3m/s，最优选地介于0.6m/s至1.1m/s的速度传送所述物品。这种速度会导致生产线以每道每秒10个-12个物品的速度将粉末和/或浇料沉积在物品上。典型的生产可能运行有20条-24条道，该20条-24条道给出每秒240个-288个物品的生产速度。
17.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括粉末和/或浇料沉积器，该粉末和/或浇料沉积器被配置成将粉末和/或浇料仅沉积在物品的一部分上。
18.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线还包括传感器，该传感器被布置成检测所要涂覆的物品的存在或不存在，并且被配置成向控制器发送信号，以控制粉末和/或浇料在所述物品上的沉积。
19.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括多个粉末和/或浇料沉积器，该多个粉末和/或浇料沉积器沿道布置，并且被配置成将粉末和/或浇料沉积在不同的物品上。
20.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线包括多个粉末和/或浇料沉积器，并且其中在多个粉末和/或浇料沉积器中的振动致动器被提供有来自通用信号发生器的驱动信号。更优选地，所述驱动信号在所述多个粉末和/或浇料沉积器中的每个中被单独控制，以使得单独的间歇振动能够用于所述多个粉末和/或浇料沉积器中的每个。
21.在任何这种生产线中，优选地，所述生产线还包括充电装置，该充电装置被配置成对所述粉末赋予静电荷。
22.同样落入本发明的范围内的是上述生产线的用途，其中所述物品是食品碎片，例如，饼干或薯条。
23.同样落入本发明的范围内的是用于在这种生产线中使用的粉末和/或浇料沉积器阵列。
附图说明
24.将参照附图对本发明进行说明，在附图中：
25.图1是现有技术的粉末沉积系统的示意性透视图；
26.图2是粉末和/或浇料沉积器的横截面示意图；
27.图3是在传送器上的物品的平面图；
28.图4a至图4d是作为粉末和/或浇料沉积器一部分的筛网和振动致动器的平面图；
29.图5是用于粉末和/或浇料沉积的生产线的示意性正视图；
30.图6至图9示出了在生产线上的粉末和/或浇料沉积器的各种布置；
31.图10是本发明的生产线的示意图；以及
32.图11至图13是说明粉末和/或浇料沉积器的性能的图表。
具体实施方式
33.图2以横截面图示出了根据本发明的实施例的粉末和/或浇料沉积器，通常由7表示。沉积器7包括粉末和/或浇料储存器3，诸如锥形的储存器，将粉末和/或浇料4引入到该储存器中以进行沉积。
34.在文中使用的术语“粉末”是指具有10微米至400微米的典型粒度分布的颗粒。术语“粉末”旨在包括盐、调味品和着色剂。调味品的示例包括烧烤香料、乳品粉末(例如酸奶油)、香草、调味料和糖。调味品还可以是预混合的混合物。
35.在文中使用的术语“浇料”是指物理上可辨别的颗粒。浇料可具有大于1mm的典型粒度分布，例如1mm至10mm或1mm至7mm。然而，在一些实施例中，浇料颗粒可具有小于1mm的粒度分布，但不是均质粉末。使用根据本发明的粉末和/或浇料沉积器可沉积的浇料包括坚果(例如松子、切碎的腰果等)、蔬菜片(例如辣椒片、粉碎的辣椒、胡萝卜片、橄榄片、香草片、胡椒粒等)、种子(例如罂粟籽、奇亚籽等)、食用调味料(例如孜然籽)、糖果片(例如“书呆子(nerds)”、跳跳糖等)、大糖晶体、岩盐和/或加工的食品碎片(例如粉碎的薯片、玉米饼片等)。在使用较大的浇料时，可将浇料预筛分以缩小粒度分布。
36.将粉末和/或浇料引入到储存器3中可通过例如使用振动给料器、螺旋给料器、传送带或其他技术人员显而易见的这种装置来实现。沉积器还包括筛网8，该筛网被布置成接收来自储存器3的粉末和/或浇料4。在该实施例中，筛网8安装横跨在底板9上的孔。筛网可以包括金属丝网，例如编织网，或如下面将说明的其他穿孔结构。
37.在该实施例中，还设置了由适当放大的信号源驱动的呈压电致动器10的形式的振动致动器。下面将说明适当的布置。
38.在该实施例中，储存器3联接到底板9，使得施加到底板9的振动传递到储存器3的壁，以帮助粉末和/或浇料4朝向筛网8流动。在替代实施例中，单独的振动致动器还可以直接附接到储存器3本身。
39.为了阐明术语，图3示出了沿由箭头15所示的方向在传送器2上行进的所要涂覆的物品1。由虚线区域24包围的物品的阵列是称为“道”的部分，即平行于传送器2的移动方向布置的物品的阵列。在该示例中示出了四个这种道。由虚线区域25包围的物品的阵列称为“排”；即大致垂直于传送器的行进方向布置的物品的阵列。在该示例中示出了十个这种排。
40.图4a至图4d示出了在本发明的不同实施例中的筛网8的各种布置。在每种情况下，
筛网被布置在底板9上的孔的上方。还示出了结合到底板9的呈压电致动器10的形式的振动致动器。布线11将致动器连接到信号源(未示出)。
41.在图4a中，呈编织网的形式的圆形筛网8被设置成与食物(例如要在其上沉积粉末和/或浇料的美味小吃)的尺寸和形状大致相同。
42.在图4b中，三角形筛网8被设置成与食物(例如也要在其上沉积粉末和/或浇料的三角形美味小吃)的尺寸和形状大致相同。
43.在图4c中，筛网8被设置成在筛网板中的穿孔的阵列，该筛网板安装在底板9上。这种穿孔还可以设置成直接穿过底板9。在该示例中，所示的穿孔是圆形的，但穿孔还可以是其他形状，诸如正方形的、三角形的、六边形的或椭圆形的。
44.在图4d中，筛网8被设置成具有小于食物(例如要在其上沉积粉末和/或浇料的美味小吃)形状的形状。在该示例中，食物是圆形的，筛网形状示出为横跨圆的“饰带”。以这种方式，当使用彩色的粉末和/或浇料时，可以将图标有效地印到食物上。
45.在一些实施例中，筛网可具有梯度。例如，梯度可以是径向的、线性的或非线性的。梯度筛网可以与单个颗粒类型或多个颗粒类型一起使用。
46.在一些实施例中，筛网可以是双模态的，例如，筛网可包括第一部分和第二部分。第一部分和第二部分可具有相等的尺寸或不相等的尺寸。第一部分和第二部分可具有相同的或不同的孔尺寸。第一部分和第二部分可具有相同的构造(孔形状、梯度、图案等)，或可具有不同的构造(孔形状、梯度、图案等)。第一部分和第二部分可从相同的储存器进料，或可从不同的储存器进料。
47.在一些实施例中，筛网可以是多模态的。例如，筛网可包括三个或更多个尺寸相等的或不相等的部分。每个部分可具有相同的或不同的孔尺寸。每个部分可具有相同的构造(孔形状、梯度、图案等)，或可具有不同的构造(孔形状、梯度、图案等)。每个部分可从相同的储存器进料，或可从不同的储存器进料。
48.在一些实施例中，筛网可以是平面的。在其他实施例中，筛网可以是三维的，例如，直立的或倒锥体、半球形的、锥体的等。在有多于一个的筛网的情况下，可能会混合使用平面筛网和三维筛网。三维筛网可具有诸如通过使孔在平面内垂直于沉积层(很像通过信箱投递信件)来使其他分层材料(诸如薄片)流动的优点。这可能是有益的，因为片状浇料可能倾向于沉积在平层，这可能阻塞二维平面孔。
49.图5以示意性正视图示出了用于生产具有粉末和/或浇料涂层的物品的生产线，通常由13表示。生产线13包括如由箭头15所示的移动的传送带14。食物1在粉末和/或浇料沉积器7下面传送，该粉末和/或浇料沉积器经由振动给料器5被供给有粉末和/或浇料。控制系统(未示出)将间歇振荡信号经由布线11发送到安装在底板上的振动致动器10，以使粉末和/或浇料4沉积在食物1的表面上。该控制系统被配置成与经过沉积器(7)下方的食物同步地将间歇振荡信号发送到致动器，从而实现粉末和/或浇料从筛网落到食物的时间使得粉末和/或浇料的等分物能够大致仅沉积在食物1上。在一些实施例中，从筛网到食物的距离称为分发高度。优选地，分发高度足够高以避免产品与筛网碰撞。低的分发高度会导致尖的图案，而较高的分发高度会在撞击时造成更多的“反弹”，从而导致颗粒在表面处的扩散，这对于目标是均匀覆盖的粉末沉积来说是可取的。在一些实施例中，分发高度为约20cm，优选地约10cm，更优选地约5cm，甚至更优选地约1cm。传感器(未示出)，诸如电眼，可用于检测在
传送器上食物的存在/不存在，并且将信号发送到控制器以实现这种同步。
50.图6至图8以示意性平面图示出了用于生产具有粉末和/或浇料沉积的食物的生产线13的实施例。
51.在每个实施例中，食物1被供给到传送器2上，该传送器沿由箭头15指示的方向运送食物。同样在每个实施例中，示出了食物的四条道。实际上，对于小吃食品的生产，很可能有更多的道，例如六条、八条或甚至十条可能是典型的。
52.在图6中，设置了四个粉末和/或浇料沉积器7，每一个位于食物的道的上方。在附图中，所示的沉积器7相对于传送器的长度在同一位置处，即被定位成横跨同一排。这可能是有利的，因为沉积器可以被设置成例如具有多个筛网的单盒式沉积器。在其他布置中，沉积器可以沿传送器2的移动方向以交错的方式布置。
53.在图6所示的示例中，控制器(未示出)被配置成当每个食物经过每个食物相应的粉末和/或浇料沉积器7的下方时，将粉末和/或浇料4沉积在每个食物1上。这由食物1的表示的成角度的阴影来示出。
54.在图7中，为每个道设置两个沉积器7、7’，并且两个沉积器被配置成在食物上依次沉积两种不同的粉末和/或浇料4、4’，由食物1的表示的单阴影和双阴影示出。
55.在图8中，为每个道设置两个沉积器7、7’，并且两个沉积器被配置成在食物上依次沉积两种不同的粉末和/或浇料4、4’，由食物1的表示的单阴影和双阴影示出。然而，在该实施例中，第一组的沉积器7仅将粉末和/或浇料4沉积在食物1的部分上，在该附图中，将粉末和/或浇料沉积在产品的一半上。第二组的沉积器7’仅将粉末和/或浇料4’沉积在食物的先前未涂覆的一半上。以这种方式，可生产在产品的两端具有不同口味特征的产品。
56.在一些实施例中，粉末/浇料储存器可被划分成两个或更多个区域(分隔的料斗)。这使得沉积器能够在同一沉积中沉积多种浇料。
57.图9再次以示意性平面图示出了生产线的实施例，通常由13表示。在图6-图8中所说明的类似元件在图9中相应编号。在该实施例中，第一组的四个沉积器7将粉末和/或浇料4沉积(在控制器的控制下-未示出)在食物1的交替的排上，第二组的沉积器7’将粉末和/或浇料4’沉积在食物1的剩余的交替的排上。以这种方式，可以在同一生产线上生产两种不同口味的食物。对于其中有多种食物包装在一起(例如薯片或美味小吃)的产品，这使得单个包装能够包含多种口味，而不必混合来自两个不同生产线的食物。在食物堆叠在一起的情况下，每种其他食物可以例如具有不同的口味。对本领域技术人员来说显而易见的是，可以以这种方式施加多于两种不同的口味或颜色，并且对于图6-图9所说明的配置的组合可主要通过改变控制器的行为来实现。
58.图10示意性地示出了本发明的生产线的实施例，通常由13表示。传送带14在文中所说明的粉末和/或浇料沉积器7的下面传送食物(未示出)。传送带速度的信息可被传输到控制器16，或替代性地控制器16可控制传送器本身的速度。还可设置传感器17以检测在传送带14上食物的存在或不存在，该信息也被传输到控制器16。设置信号发生器18以产生振荡信号19，该振荡信号将用于驱动在粉末和/或浇料沉积器7中的筛网8的振荡。本技术人已经发现，具有介于1khz至200khz之间、优选地介于10khz至50khz之间，和最优选地介于10khz至20khz之间的主频率的信号对于引起经常用于小吃食品的粉末状香料和/或浇料的沉积是理想的。这种信号使得粉末状香料能够快速沉积，当与沿道布置的粉末和/或浇料沉
积器一起使用时，极大地增加了产量。这种信号可以是例如正弦波或方波，或另一波形。信号19在控制器16的控制下通过门控机构20馈送，以产生以脉冲串21形式的驱动信号。每个单独的脉冲可以保持来自信号发生器的原始主频率，所选择的脉冲宽度和脉冲间隔使得脉冲重复率与产生期望的粉末和/或浇料沉积所需要的重复率一致，如上面参照图6-图9所讨论的。在典型的小吃物品生产线上，脉冲重复率可能需要在5hz到约50hz的范围内，例如约12
±
1hz。
59.然后，脉冲串21通过放大器22馈送，以产生放大的驱动脉冲串23，该驱动脉冲串可用于驱动粉末和/或浇料沉积器7的振动致动器。由放大器22提供的放大(即放大器增益)可由控制器16控制。本领域技术人员将理解放大步骤和门控步骤的应用顺序可互换。
60.图11示出了本发明的粉末和/或浇料沉积器的实施例的试验结果。在该试验中使用的粉末是盐，使用直径为10mm的网格筛网，使用100khz的信号频率。在5、10、15、20和25次突发(即脉冲)后测量沉积的粉末质量。质量和突发总数之间的基本线性关系表明了用量的一致性。此外，施加到振动致动器(在这种情况下是压电致动器)的驱动脉冲串的振幅是变化的。可以看出，将脉冲振幅从26v变为47v会导致粉末和/或浇料沉积率的增加。因此，这种关系可以用于控制粉末和/或浇料在食物上的用量。
61.图12示出了连续用量的结果(即省略了门控)，施加到振动致动器的电压可以近似线性地与用量率相关。
62.图13示出了增加突发频率(即脉冲重复率)对粉末和/或浇料的质量流量的影响。在突发频率和粉末和/或浇料的质量流量之间存在对数关系，这反映了突发频率与工作周期“工作时间”成正比的事实，因此例如100hz是10hz时间的10倍。
63.图14示出了本发明的粉末和/或浇料沉积器的实施例的试验结果。在该试验中使用的浇料是辣椒片(墨西哥胡椒片)。试验比较了孔径为3.3mm和4.1mm的网格筛网。峰间电压(vpp)为200v，沉积脉冲的长度在10m/s至1000m/s之间变化。信号具有10khz的主频率，并且是方波。信号由100hz方波的短突发调制。由于沉积脉冲的长度的变化，用量也发生了变化。试验发现，对于具有3.3mm孔径和4.1mm孔径的两种网格筛网，在短时间分发时辣椒片有良好的沉积。
64.图15示出了本发明的粉末和/或浇料沉积器的实施例的试验结果。在该试验中使用的浇料是辣椒片(墨西哥胡椒片)。试验比较了孔径为4.1mm(编织金属丝)和6mm(从板上化学蚀刻的网格)的网格筛网。施加的电压为150v，沉积脉冲的长度在10m/s至1000m/s(对于4.1mm孔径)之间和在50m/s至250m/s(对于6mm筛网)之间变化。信号具有10khz的主频率，并且是方波。信号由100hz方波的短突发调制。传送带以12m/min的速度移动，并且分发高度为1cm。由于沉积脉冲的长度的变化，用量也发生了变化。试验发现，6mm网格对于辣椒片是优选的，从而导致与4.1mm网格相比，产量几乎翻倍。试验还发现，在较低的用量下有较大的变化，因此对一致性而言，较高的用量是优选的。发现用于辣椒片的最佳用量为0.4g，这用6mm方形蚀刻的网格筛网以150v和70m/s的沉积脉冲来实现。
65.图16和图17示出了本发明的粉末和/或浇料沉积器的实施例的试验结果。在该试验中使用的浇料是罂粟籽。图16示出了12mm线性“狭槽”分发器的用量与致动持续时间(工作时间)的比较。图17示出了50mm圆形的(圆的)分发器的用量与致动持续时间(工作时间)的比较。峰间电压(vpp)是施加到压电体上的驱动力。12mm和50mm分发器都可以实现每单位
面积的目标分发质量。然而，试验发现12mm狭槽型分发器给出了更线性的响应。
66.图18示出了混合浇料的示例。在该示例中，浇料是黑色和白色的奇亚籽。使用分隔的料斗经由1.6mm网格沉积奇亚籽。施加的电压为200v，时间为90ms，导致用量为0.8g。分发高度为1cm，并且食品碎片以0.2m/s(12m/min)的速度传送。食品碎片是市售的饼干，该饼干使用时不施加粘合剂或上光剂。
67.使用本发明的粉末和/或浇料沉积器的实施例已经测试了各种粉末和/或浇料的流动性。这些结果的结果在下面的表中示出。
[0068][0069]
该表总结了所使用的各种浇料的流动特性。豪斯纳(hausner)比率和卡尔(carr)指数均源自从初始“倾倒”或蓬松密度到样品以受控方式固结的“调节”状态对体积密度的变化的测量。然后，这两个比率用于使用经验准则对材料的流动性进行分类。类似地，休止角是内耗和倾向性的量度，与高角度相比，具有较低的休止角的“堵塞”不太可能堵塞。从表中可以看出，所有测试的浇料都具有“良好”或“极好”的流动特性。从表中还可以看出，所有的浇料都具有相似的休止角，但在用沉积器进行的实际测试中，浇料的表现都不同。