ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫЙ БАРАБАН ДЛЯ РЕЖУЩЕ-СЕПАРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
CHOPPING ROTOR FOR CUTTING AND SEPARATING DEVICE

Изобретение касается измельчительного барабана для режуще-сепарирующего устройства согласно признакам, указанным в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение реализовано в режуще-сепарирующем устройстве.
Режуще-сепарирующие устройства, содержащие измельчительные барабаны, часто применяются в пищевой промышленности, в частности для измельчения и дальнейшей переработки мяса. При переработке мяса, например, в колбасные изделия в пищевой промышленности представляют интерес, в частности, мышечные группы постного мяса, имеющие низкую долю коллагеновой ткани. Однако перерабатываемое мясо обычно дополнительно пронизано жировой тканью, коллагеновой тканью и сухожилиями, что во время измельчения должно по возможности полностью отсортировываться и удаляться из цикла переработки.
Для удаления нежелательных компонентов служат, например, режуще-сепарирующие устройства соответственно DE 10 2017 003 406 A1 или US 32,060 E, которые имеют измельчительный барабан, имеющий напорный корпус, в котором установлен с возможностью вращения подающий шнек. Этот напорный корпус имеет множество радиально ориентированных режущих отверстий. Перерабатываемый пищевой продукт через входное отверстие подается в напорный корпус, в котором более мягкие доли перерабатываемого пищевого продукта за счет передаваемого подающим шнеком на пищевой продукт давления вытесняются в режущие отверстия, отделяются в виде колбасок пищевого продукта и выдавливаются из напорного цилиндра через режущие отверстия. При этом речь идет о желательном для дальнейшей переработки компоненте пищевого продукта. Сухожильный материал, а также не используемые твердые вещества не принимают участия в процессе измельчения и выходят из напорного корпуса через расположенное на конце выпускное отверстие. Однако оказалось, что большая доля перерабатываемого пищевого продукта измельчается не на этапе разделения, а при раздавливании, из-за чего производительность резания режуще-сепарирующего устройства, а также качество желательного компонента пищевого продукта недостаточны.
US 2013/0252523 A1 тоже раскрывает режущее устройство, имеющее напорный корпус, в котором режущие отверстия ориентированы наклоненной осью отверстий. Наклон этой оси отверстий проходит, в том числе, в направлении выходного отверстия, для дальнейшего снижения в используемом пищевом продукте доли костного материала. Однако на практике выяснилось, что производительность резания этого режуще-сепарирующего устройства недостаточна.
Лежащая в основе изобретения задача состояла, следовательно, в улучшении измельчительного барабана таким образом, чтобы были значительно улучшены производительность резания режуще-сепарирующего устройства, а также качество желательного компонента пищевого продукта.
Задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения. Режущие отверстия выходят на внутренней стенке напорного корпуса и при эксплуатации режуще-сепарирующего устройства совершают преобладающую часть работы резания перерабатываемого пищевого продукта. Из наклоненной оси отверстия режущих отверстий в переходной области режущего отверстия и внутренней стенки получается особенно острая, режущая кромка отверстия, имеющая угол заострения меньше 90°. На противоположной стороне режущей кромки отверстия режущее отверстие имеет, в отличие от этого, втягивающую кромку отверстия, имеющую тупой угол больше 90°, в которую особенно хорошо входит перерабатываемый пищевой продукт. Благодаря наклоненным осям отверстий режущих отверстий могут особенно просто создаваться острая режущая кромка отверстия и тупая втягивающая кромка отверстия.
Предпочтительным образом угол наклоненной оси отверстия включает в себя первый угол, который расположен на обращенной от входного отверстия напорного корпуса стороне режущего отверстия между его осью отверстия и внутренней стенкой. Под этим первым углом ось отверстия наклонена в направлении входного отверстия напорного корпуса. В осевом направлении напорного корпуса целесообразным образом его радиус совпадает с осью отверстия. Поэтому каждое режущее отверстие может иметь на внутренней стенке участка напорного корпуса обращенную к выходному отверстию режущую кромку отверстия и обращенную к входному отверстию втягивающую кромку отверстия.
Так как перерабатываемый пищевой продукт от входного отверстия продвигается через напорный корпус в направлении выходного отверстия, режущая кромка отверстия выполнена на обращенной от входного отверстия напорного корпуса стороне режущего отверстия и, таким образом, направлена навстречу основному направлению движения перерабатываемого пищевого продукта. Отсюда получается чистый разделительный рез без значительного сдавливания перерабатываемого пищевого продукта.
Предпочтительно первый угол составляет от 60° до 88°, особенно предпочтительно 65°-85°, в высшей степени предпочтительно 70°-80°. Чем меньше первый угол, тем острее образованная им режущая кромка отверстия, благодаря чему получается особенно высокая производительность резания при высоком качестве желательного для дальнейшей переработки компонента пищевого продукта. Однако при меньшем первом угле сокращается также обусловленный износом срок службы измельчительного барабана.
Рациональным образом оси отверстий ориентированы так, что режущая кромка отверстия выполнена между внутренней стенкой и осью отверстия выполнена с первым углом. Угол заострения режущей кромки отверстия соответствует первому углу соответствующей оси отверстия.
Указанный угол может включать в себя второй угол, который расположен в окружном направлении указанного участка напорного корпуса между осью отверстия и радиусом этого участка напорного корпуса. Поэтому оси отверстий дополнительно наклонены в окружном направлении участка напорного корпуса. Поэтому режущая кромка отверстия уходит от направленной к выходному отверстию напорного корпуса стороны режущего отверстия дальше в поперечном направлении и у вращающегося подающего шнека стоит по существу перпендикулярно напротив тоже по меньшей мере частично вращающегося вместе с ним пищевого продукта.
Предпочтительно второй угол составляет от 2° до 30°, особенно предпочтительно 5°-25°, в высшей степени предпочтительно 10°-20°. Таким образом, второй угол соответствует величине разности 90° и первого угла.
В осевом направлении и/или в окружном направлении кромки отверстий соседних режущих отверстий могут быть ориентированы, накладываясь друг на друга. Это позволяет избегать образования мостиков и подачи части перерабатываемого пищевого продукта сквозь указанный участок напорного корпуса без контакта с режущим отверстием. Благоприятным образом расположенные в осевом направлении друг за другом режущие отверстия ориентированы со сдвигом друг относительно друга в окружном направлении с углом сдвига от 3° до 9°, особенно предпочтительно 4°-8°, в высшей степени предпочтительно 5°-7°.
Изобретение реализовано также в режуще-сепарирующем устройстве, имеющем предлагаемый изобретением измельчительный барабан, при этом в напорном корпусе установлен с возможностью вращения подающий шнек, включающий в себя вал шнека, имеющий по меньшей мере один спиралеобразно сформированный на нем виток шнека, который в смонтированном положении имеет переднюю боковую поверхность для транспортировки сдвигом пищевого продукта, расположенную на противоположной стороне заднюю боковую поверхность, а также на своем дистальном конце между передней боковой поверхностью и задней боковой поверхностью цилиндрический участок, который сформирован в переходной области к передней боковой поверхности витка шнека с заостренной режущей кромкой.
Вал шнека и виток шнека спроектированы предпочтительно в виде цельно интегрального конструктивного узла, чтобы можно было длительно передавать ожидаемые эксплуатационные усилия. Заостренная режущая кромка служит, в частности, для того, чтобы удалять возможные налипания на внутренней стенке участка напорного корпуса, так как в ином случае, например, коллагеновые компоненты мяса перекрывают режущие отверстия, и перерабатываемый пищевой продукт больше не вдавливается в режущие отверстия и не измельчается.
Предпочтительно заостренная режущая кромка выполнена на совмещающемся с режущими отверстиями участке подающего шнека. Только в этой области осуществляется измельчение перерабатываемого пищевого продукта с риском перекрытия режущих отверстий. Подводящий участок подающего шнека, который может быть расположен выше по потоку между участком напорного корпуса, имеющим выполненные в нем режущие отверстия, и входным отверстием напорного корпуса, не нуждается в заостренной режущей кромке. Благодаря этому могут значительно сокращаться производственные расходы на подающий шнек, так как заостренная режущая кромка должна формироваться на подающем шнеке только на отдельном участке.
Цилиндрический участок витка шнека может иметь ширину, которая соответствует по меньшей мере диаметру режущих отверстий на внутренней стенке. При этом выборе размера и ожидаемых эксплуатационных нагрузках виток шнека приобретает достаточную прочность без обратимой деформации. Помимо этого, оказывается благоприятное влияние на производительность и качество резания, так как удерживаемая в режущем отверстии мясная колбаска полностью отсоединяется от находящегося на участке напорного корпуса перерабатываемого пищевого продукта.
Целесообразным образом второй угол ориентирован против направления вращения подающего шнека. Благодаря этому режущая кромка отверстия режущего отверстия сдвинута в сторону из первоначально обращенного к выходному отверстию положения и вдается в направлении приближающейся передней боковой поверхности витка шнека, а также находящегося перед ней перерабатываемого пищевого продукта. Втягивающая кромка отверстия и в этом варианте осуществления лежит напротив режущей кромки отверстия и в первую очередь совмещается с передней боковой поверхностью витка шнека. Вследствие этой ориентации оси отверстия осуществляется особенно благоприятное наполнение режущего отверстия и особенно чистое отделение уже находящейся в режущем отверстии колбаски пищевого продукта.
Выяснилось, что особенно благоприятно, если заостренная режущая кромка выполнена с расположенным между передней боковой поверхностью и ориентированной под прямым углом к валу шнека плоскостью обработки положительным передним углом резания. Этот положительный передний угол резания особенно эффективно подхватывает и удаляет налипания перерабатываемого пищевого продукта, которые попадают в область действия подающего шнека.
Предпочтительно этот передний угол резания составляет от 10° до 50°, особенно предпочтительно 20°-40°, в высшей степени предпочтительно 25°-35°.
Предпочтительно между передней боковой поверхностью и цилиндрическим участком выполнен угол заострения от 40° до 80°, особенно предпочтительно 50°-70°, в высшей степени предпочтительно 55°-65°.
По одному из особенно целесообразных вариантов осуществления на дистальном конце передней боковой поверхности выполнен паз, наружный контур которого пересекает цилиндрический участок. Наружный контур паза образует при этом варианте осуществления релевантный участок передней боковой поверхности витка шнека. В этом случае передний угол резания расположен между наружным контуром паза и плоскостью обработки. Тогда угол заострения распространяется между наружным контуром паза и цилиндрическим участком витка шнека.
Рациональным образом между цилиндрическим участком и задней боковой поверхностью расположен радиус или фаска. Такой съем материала снижает подъем температуры в перерабатываемом пищевом продукте и тем самым сокращает бактериальное загрязнение.
Для лучшего понимания изобретение поясняется подробнее ниже на шести фигурах. Показано:
фиг.1: продольное сечение режуще-сепарирующего устройства, имеющего измельчительный барабан, по первому варианту осуществления и расположенный в нем подающий шнек;
фиг.2: продольное сечение измельчительного барабана в соответствии с фиг.1;
фиг.3: увеличенное продольное сечение фрагмента фиг.2;
фиг.4: поперечное сечение режуще-сепарирующего устройства в соответствии с фиг.1 в области указанного участка напорного корпуса;
фиг.5: продольное сечение подающего шнека в соответствии с фиг.1 и
фиг.6: поперечное сечение режуще-сепарирующего устройства, имеющего измельчительный барабан, по второму варианту осуществления в области указанного участка напорного корпуса.
На фиг.1 показано продольное сечение режуще-сепарирующего устройства 100, имеющего измельчительный барабан 110 и коаксиально расположенный в нем подающий шнек 130. Измельчительный барабан 110 включает в себя напорный корпус 111, на первом концевом участке 112 которого выполнено входное отверстие 113, через которое в измельчительный барабан 110 подводится измельчаемый пищевой продукт. На противоположном конце напорного корпуса 111 находится второй концевой участок 114, на котором сформировано выходное отверстие 115, через которое из напорного корпуса 111 выводятся сухожильный материал, а также не используемые твердые вещества. Входное отверстие 113 и выходное отверстие 115 образуют соответственно противоположные осевые отверстия напорного корпуса 111.
На измельчительном барабане 110 на первом концевом участке 112 напорного корпуса 111 установлено находящееся выше по потоку соединительное средство 119a, с помощью которого может создаваться разъемное соединение с не изображенным здесь подводящим каналом или загрузочной воронкой. Помимо этого, измельчительный барабан 110 имеет на втором концевом участке 114 напорного корпуса 111 находящееся ниже по потоку соединительное средство 119b, на котором может устанавливаться, например, тоже не изображенная дроссельная заслонка для управления давлением пищевого продукта внутри напорного корпуса 111.
Напорный корпус 111 измельчительного барабана 110 имеет участок 116 напорного корпуса, имеющий множество режущих отверстий 120, которые проходят насквозь от внутренней стенки 117 участка 116 напорного корпуса до наружной стенки 118. Через эти режущие отверстия 120 вытесняется желательный для дальнейшей переработки компонент пищевого продукта.
Подающий шнек 130 включает в себя приводимый во вращательное движение вал 131 шнека, ось вращения которого совпадает с продольной осью X напорного корпуса 111. На валу 131 шнека выполнен по меньшей мере один спиралеобразно окружающий вал 131 шнека в осевом направлении виток 132 шнека, который при вращении вала 131 шнека за счет своего подъема продвигает находящийся в напорном корпусе 111 пищевой продукт от входного отверстия 113 в направлении выходного отверстия 115. При этом в перерабатываемом пищевом продукте создается давление, которое двигает перерабатываемый пищевой продукт в режущие отверстия 120, так что внутри режущего отверстия 120 образуется колбаска пищевого продукта. Вследствие создаваемого подающим шнеком 130 непрерывного движения продвижения перерабатываемого пищевого продукта колбаска пищевого продукта отрывается от остающегося на участке 116 напорного корпуса пищевого продукта и проникает через режущее отверстие 120 из напорного корпуса 111 наружу.
Однако виток 132 шнека только в области участка 116 напорного корпуса, то есть в совмещающемся с режущими отверстиями 120 участке 134 подающего шнека 130, имеет на своем наружном конце заостренную режущую кромку 133, форма и функция которой еще будет поясняться ниже в связи с фиг.4-фиг.6.
Как особенно хорошо различимо на фиг.2, режущие отверстия 120 проходят через участок 116 напорного корпуса не в радиальном направлении, а наклонены своей осью 121 отверстия. Этот наклон оси 121 отверстия выбран таким образом, что он обращен на внутренней стенке 117 к входному отверстию 113.
Увеличенный вид фрагмента, касающегося, в том числе, режущих отверстий 120, показан на фиг.3. Режущие отверстия 120 выполнены в виде ступенчатого сверления, имеющего наружное, поперечное сечение большего диаметра и внутреннее поперечное сечение меньшего диаметра, благодаря чему желательный для дальнейшей переработки компонент пищевого продукта нагревается относительно мало, и загрязнение микроорганизмами уменьшается, так как уже отделенная в режущих отверстиях 120 колбаска пищевого продукта может расширяться в поперечном сечении большего диаметра.
O
O1
O1
Однако в работе по измельчению перерабатываемого пищевого продукта участвует только расположенный в области внутренней стенки 117 диаметр ∅ режущих отверстий 120. Ось 121 отверстия наклонена под первым углом α. Этот угол α нанесен со стороны выходного отверстия 115 между осью 121 отверстия и внутренней стенкой 117 или, соответственно, продольной осью X корпуса.
O1
O1
O1
Каждое режущее отверстие 120 располагает в переходной области к внутренней стенке 117 участка 116 напорного корпуса окружной кромкой 122 отверстия, у которой, однако, обращенная к выходному отверстию 115 часть служит для измельчаемого пищевого продукта режущей кромкой 122a отверстия, а обращенная к входному отверстию 113 часть втягивающей кромкой 122b отверстия. От наклона оси 121 отверстия под первым углом αполучается особенно острая режущая кромка 122a отверстия под тем же самым острым углом α. Втягивающая кромка 122b отверстия имеет, в отличие от этого, тупой угол больше 90° и поэтому способствует входу измельчаемого пищевого продукта в каждое режущее отверстие 120. Размер этого тупого угла втягивающей кромки 122b отверстия составляет 180° за вычетом первого угла α.
O
На фиг.4 показано поперечное сечение режуще-сепарирующего устройства 100, имеющего измельчительный барабан 110 по первому варианту осуществления, у которого режущие отверстия 120 в плоскости поперечного сечения сходятся радиально к продольной оси X корпуса. Расположенные в плоскости рисунка с осевым сдвигом режущие отверстия 120 расположены относительно режущих отверстий 120, стоящих в плоскости рисунка перед ними, таким образом, что их оси 121 отверстий ориентированы со сдвигом друг относительно друга на угол β в окружном направлении.
Подающий шнек 130 вращается в направлении M вращения, в плоскости рисунка фиг.4 в направлении часовой стрелки. Виток 132 шнека имеет переднюю боковую поверхность 140, которая расположена в направлении M вращения впереди, а также заднюю боковую поверхность 141, которая расположена в направлении M вращения сзади. Между передней боковой поверхностью 140 и задней боковой поверхностью 141 на каждом дистальном конце 142 витка 132 шнека различим цилиндрический участок 143, который сформирован комплементарно к внутренней стенке 117 участка 116 напорного корпуса.
Заостренная режущая кромка 133 включает в себя выбранный на передней боковой поверхности 140 паз 145, наружный контур 146 (фиг.5) которого примыкает к цилиндрическому участку 143 и переходит в него. Паз 145 выполнен по осевому ходу подающего шнека 130 эквидистантно относительно цилиндрического участка 143 и распространяется по всему совмещающемуся с режущими отверстиями 120 участку 134.
При помощи заостренной режущей кромки 133 могут, в частности, счищаться налипания перерабатываемого пищевого продукта на внутренней стенке 117 участка 116 напорного корпуса, так что они не ложатся надолго на режущие отверстия 120 и не препятствуют тем самым входу перерабатываемого пищевого продукта в режущие отверстия 120. Обычно такие налипания состоят из коллагенового материала, который имеет до двадцати раз большую прочность по сравнению с постным мясом и вследствие своей высокой прочности почти не проникает в режущие отверстия. Счищенные с заостренной режущей кромки 133 налипания транспортируются в направлении выходного отверстия 115 и там удаляются.
Фиг.5 поясняет в продольном сечении подающего шнека 130, что заостренная режущая кромка 133 образована наружным контуром 146 паза 145 и цилиндрическим участком 143. Заостренная режущая кромка 133 имеет передний угол γ резания, который задан между стоящей перпендикулярно к осевой протяженности подающего шнека 130 плоскостью 144 обработки и наружным контуром 146 паза 145. Угол δ заострения расположен между наружным контуром 146 паза 145 и цилиндрическим участком 143 витка 132 шнека. Так как вследствие цилиндрического участка 143 витка 132 шнека задний угол резания всегда равен 0°, сумма переднего угла γ резания и угла δ заострения составляет всегда 90°.
Заостренная режущая кромка 133 имеется только в совмещающемся с режущими отверстиями 120 участке 134. В подводящем участке 135 подающего шнека 130, который выдается за напорный корпус 111 измельчительного барабана 110 между участком 116 напорного корпуса, имеющим режущие отверстия 120, и входным отверстием 113, он имеет только традиционный виток 132 шнека, режущая кромка которого может быть выполнена, например, с передним углом γ резания 90°. Так как в этой области не имеется режущих отверстий 120 в напорном корпусе 111, они также не забиваются налипаниями перерабатываемого пищевого продукта и поэтому также не должны удаляться с заостренной режущей кромки 1333 подающего шнека 130.
S
O
S
Для высокой производительности резания режуще-сепарирующего устройства 100 виток 132 шнека имеет в области совмещающегося с режущими отверстиями 120 участка 134 ширину b, которая по меньшей мере соответствует диаметру ∅ режущих отверстий 120 на внутренней стенке 117 участка 116 напорного корпуса. Эта ширина b образует перпендикулярное расстояние между передней боковой поверхностью 140 и задней боковой поверхностью 141 витка 132 шнека.
В переходной области между цилиндрическим участком 143 витка 132 шнека и соответствующей задней боковой поверхностью 141 выполнена фаска 147, которая тоже способствует тому, чтобы уменьшать нагрев перерабатываемого пищевого продукта. Вместо фаски может быть также предусмотрен радиус или другая геометрическая форма в переходной области цилиндрического участка 143 и задней боковой поверхности 141; всегда существенно наличие съема материала витка 132 шнека в этой области. Фаска 147 проходит соответственно пазу 145 исключительно в совмещающемся с режущими отверстиями 120 участке 134 подающего шнека 130.
O1
O2
На фиг.6 показано поперечное сечение режуще-сепарирующего устройства 100, имеющего измельчительный барабан 110 по второму варианту осуществления в области участка 116 напорного корпуса. Выполненные в нем режущие отверстия 120 имеют оси 121 отверстий, которые дополнительно к первому углу α наклонены также под вторым углом α.
O2
O2
O2
O2
Этот угол α нанесен сбоку от радиуса R участка 116 и, таким образом, задан в окружном направлении участка 116 напорного корпуса. Дополнительно наклоненная под вторым углом α ось 121 отверстия по второму варианту осуществления проходит в направлении внутренней стенки 117 против направления M вращения подающего шнека 130, так что режущие отверстия 120 на своей обращенной от передней боковой поверхности 140 витка 132 шнека стороне имеют режущую кромку 122a отверстия. Из наклона оси 121 отверстия под вторым углом αполучается тоже острая режущая кромка 122a отверстия между внутренней стенкой 117 участка напорного корпуса 116 и режущим отверстием 120 под тем же самым острым углом α.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
100 Режуще-сепарирующее устройство
110 Измельчительный барабан
111 Напорный корпус
112 Первый концевой участок напорного корпуса
113 Входное отверстие
114 Второй концевой участок напорного корпуса
115 Выходное отверстие
116 Участок напорного корпуса
117 Внутренняя стенка участка напорного корпуса
118 Наружная стенка участка напорного корпуса
119a Находящееся выше по потоку соединительное средство
119b Находящееся ниже по потоку соединительное средство
120 Режущие отверстия
121 Ось отверстия режущих отверстий
122 Кромка отверстия
122a Режущая кромка отверстия
122b Втягивающая кромка отверстия
130 Подающий шнек
131 Вал шнека
132 Виток шнека
133 Заостренная режущая кромка
134 Участок, совмещающийся с режущими отверстиями
135 Подводящий участок
140 Передняя боковая поверхность витка шнека
141 Задняя боковая поверхность витка шнека
142 Дистальный конец витка шнека
143 Цилиндрический участок витка шнека
144 Плоскость обработки
145 Паз
146 Наружный контур паза
147 Фаска
S
b Ширина витка шнека
M Направление вращения подающего шнека
R Радиус участка напорного корпуса
X Продольная ось корпуса
O1
α Первый угол оси отверстий режущих отверстий
O2
α Второй угол оси отверстий режущих отверстий
O
β Угол сдвига режущих отверстий
O
∅ Диаметр режущих отверстий
γ Передний угол резания режущей кромки
δ Угол заострения режущей кромки