УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ДОЗИРОВАНИЯ
DEVICE AND METHOD FOR CO-METERING

Изобретение относится к устройству и способу дозирования жидких и/или пастообразных продуктов, в частности, пищевых продуктов.
Более конкретно, оно относится к области дозирования нескольких жидких и/или пастообразных продуктов для наполнения этими продуктами контейнера. Технология, называемая «совместным дозированием», заключается в одновременной экструзии нескольких продуктов для наполнения ими контейнера.
Общий принцип совместного дозирования заключается в подаче в так называемую насадку совместного дозирования нескольких продуктов, получаемых посредством одного или более дозирующих блоков. Например, дозирующий блок содержит систему поршневого насоса. Насадку применяют для организованного выпуска порций продукта в контейнер.
Совместное дозирование двух или более продуктов в контейнер, обычно прозрачный, все чаще применяют в области пищевых продуктов для придания продукту формы, а также привлекательного и нового внешнего вида. Эту технологию, например, часто применяют для наполнения контейнеров молочными продуктами. Как правило, этот способ широко применяют для десертов из свежего молока, упакованных в прозрачные контейнеры.
Совместное дозирование, например, позволяет придавать готовому продукту (например, десерту в контейнере) цветной и контрастный внешний вид. Разница в текстуре совместно дозируемых продуктов также может обеспечивать новые вкусовые ощущения для потребителя. Последовательное введение разных продуктов в контейнер позволяет получать контрастность внешнего вида и текстур. Однако после этого слои разных продуктов просто накладывают друг на друга горизонтально, что не придает готовому продукту новый внешний вид. Эта проблема решается путем одновременного введения нескольких продуктов в процессе совместного дозирования.
Общие принципы совместного дозирования раскрыты в документе US 3,267,971. Согласно этому документу применяемая насадка имеет форму, соответствующую конфигурации (окончательному внешнему виду при рассмотрении снаружи контейнера), которую требуется получить. Простейшая конфигурация представляет собой последовательность вертикальных полос.
Другие известные устройства обеспечивают конкретную конфигурацию, в частности, когда продукты выдаются посредством нескольких каналов, содержащихся в насадке. Таким образом, насадка по существу содержит каналы, оканчивающиеся по меньшей мере столькими же отверстиями, сколько имеется совместно дозируемых продуктов (обычно два). Подача через эти каналы может осуществляться непрерывно, последовательно или попеременно. Таким образом, в документе FR 2,708,563 представлено устройство совместного дозирования, содержащее насадку с множеством каналов и отверстий.
Известно, что для придания готовому продукту привлекательного или оригинального внешнего вида в процессе совместного дозирования нескольких продуктов создают относительное вертикальное и/или вращательное движение насадки и наполняемого контейнера. Таким образом, насадку и/или контейнер можно приводить в движение. Это позволяет получать некоторые оригинальные структуры, такие как зигзаги, или продукты, наложенные друг на друга по двойной спирали.
Тем не менее эта методика отличается рядом технических сложностей. Как правило, число совместно дозируемых продуктов ограничено двумя и, за редкими исключениями, тремя. Действительно, дозирование нескольких продуктов в контейнер предусматривает подачу на упаковочную линию нескольких различных продуктов и требует для каждого из этих продуктов применения конкретной системы дозирования и распределения. Чем больше дозирующих блоков, тем технически сложнее управлять аспектами, связанными с их близким расположением, и тем выше общие конструкторские и производственные затраты на оборудование. Поэтому несмотря на то, что некоторые машины оборудуют двумя дозирующими блоками, машины, оборудованные тремя блоками, встречаются гораздо реже. Кроме того, некоторые упаковочные машины имеют ограниченное пространство и не позволяют располагать близко несколько дозирующих блоков и держателей насадок.
Выполненное изобретение направлено на получение устройства и способа совместного дозирования, которые позволяют получать готовый продукт, содержащий по меньшей мере три продукта с сильно отличающимся внешним видом или текстурами, на упаковочной линии, содержащей меньшее число дозирующих блоков.
Таким образом, изобретение относится к устройству совместного дозирования жидких и/или пастообразных продуктов, содержащему:
- первый дозирующий блок для дозирования первого продукта;
- второй дозирующий блок для дозирования второго продукта;
- насадку, содержащую первый канал, через который осуществляется подача от первого дозирующего блока и который оканчивается первым отверстием, и второй канал, через который осуществляется подача от второго дозирующего блока и который оканчивается вторым отверстием. В таком устройстве, соответствующем изобретению, насадка содержит третий канал, оканчивающийся третьим отверстием, причем устройство выполнено так, что через третий канал осуществляется подача от первого и второго дозирующих блоков, при этом смесь первого и второго продуктов выпускается из указанного третьего отверстия.
Таким образом, смесь первого и второго продуктов оказывается третьим продуктом, отдельным от первого и второго продуктов, в частности, если указанные первый и второй продукты имеют сильно различающиеся цвета, формы и/или текстуры. Таким образом, готовый продукт, который можно получить с помощью такого устройства, содержит по меньшей мере три продукта с четко отличающимся внешним видом или текстурами.
В соответствии с одним вариантом осуществления устройство содержит третий дозирующий блок, соединенный с четвертым каналом насадки, оканчивающимся рядом с четвертым отверстием. Преимуществом может быть то, что насадка может содержать пятый канал, соединенный с пятым отверстием, причем устройство выполнено так, что через пятый канал осуществляется подача от третьего дозирующего блока и первого дозирующего блока. Преимуществом может быть то, что насадка может дополнительно содержать шестой канал, соединенный с шестым отверстием, причем устройство выполнено так, что через шестой канал осуществляется подача от третьего дозирующего блока и второго дозирующего блока.
Преимущество заключается в том, что устройство в соответствии с изобретением может содержать стационарный смеситель, выполненный с возможностью гомогенизации смеси продуктов, поступающих от двух дозирующих блоков.
Стационарный смеситель может быть встроен в насадку. Другими словами, насадка может содержать стационарный(-е) смеситель(-и).
Сосредоточение в насадке максимального числа функций, таких как смешивание и гомогенизация совместно дозируемых продуктов, позволяет получить очень компактное устройство. Более того, существующую производственную линию можно легко адаптировать для получения устройства в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Предпочтительно устройство содержит средства для последовательной подачи через по меньшей мере один из каналов насадки.
Каждый из дозирующих блоков, в частности, может содержать поршневой насос или насос с эксцентрическим ротором.
Устройство может содержать держатель контейнера и средства, подходящие для создания относительного движения насадки и держателя контейнера. Такое относительное движение, необязательно сопряженное с последовательной подачей через каналы насадки, позволяет создавать привлекательные и оригинальные структуры.
Насадка может быть подвижной. Держатель контейнера может быть подвижным. И насадка, и держатель контейнера могут быть подвижными. Понятие подвижности в настоящем документе следует понимать как возможность движения в фиксированной базовой плоскости, связанной с элементом устройства, зафиксированным относительно земли.
Изобретение также относится к способу совместного дозирования жидких и/или пастообразных продуктов, включающему следующие этапы:
- подача первого продукта и второго продукта в устройство совместного дозирования;
- одновременный и/или последовательный выпуск в контейнер через насадку устройства совместного дозирования, содержащую несколько отверстий, первого продукта через первое отверстие насадки, второго продукта через второе отверстие насадки и смеси первого и второго продуктов через третье отверстие насадки.
Способ может дополнительно включать этап гомогенизации смеси первого и второго продуктов до выпуска указанной смеси.
Таким образом, в конце способа совместного дозирования можно получить готовый продукт, содержащий по меньшей мере три продукта с четко отличающимся внешним видом или текстурами.
Наконец, изобретение относится к продукту, который можно получить путем реализации способа совместного дозирования жидких и/или пастообразных продуктов.
Другие особенности и преимущества изобретения также будут понятны из следующего описания изобретения в общем контексте совместного дозирования.
Не имеющие ограничительного характера примеры сопровождаются чертежами:
на фиг. 1 схематически показан вид в поперечном сечении насадки с несколькими отверстиями в соответствии с известным уровнем техники;
на фиг. 2 схематически показан содержащий отверстия торец насадки, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 схематически показан готовый продукт, который можно получить с помощью устройства совместного дозирования с применением насадки, показанной на фиг. 1 и 2;
на фиг. 4 схематически показан содержащий отверстия торец насадки в соответствии с одним вариантом осуществления известного уровня техники;
на фиг. 5 схематически показан готовый продукт, который может быть получен с помощью устройства совместного дозирования с применением насадки, показанной на фиг. 4;
на фиг. 6 схематически показано устройство совместного дозирования в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 7 схематически показан содержащий отверстия торец насадки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 8 и 9 схематически показаны два готовых продукта, которые, соответственно, могут быть получены с помощью устройства совместного дозирования с применением насадки, показанной на фиг. 7;
на фиг. 10 схематически показан первый вид в разрезе насадки с несколькими отверстиями в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 11 схематически показан содержащий отверстия торец насадки, показанной на фиг. 10, и проиллюстрировано место разреза, вид которого показан на фиг. 10;
на фиг. 12 схематически показан второй вид в разрезе насадки, показанной на фиг. 10 и 11;
на фиг. 13 схематически показан содержащий отверстия торец насадки, показанной на фиг. 10,11 и 12, и проиллюстрировано место разреза, вид которого показан на фиг. 12;
на фиг. 14 и 15 схематически показаны два готовых продукта, которые, соответственно, могут быть получены с помощью устройства совместного дозирования с применением насадки, показанной на фиг. 10-13;
на фиг. 16 схематически показан содержащий отверстия торец насадки в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 17-26 показаны примеры внешнего вида нескольких готовых продуктов в прозрачном контейнере, которые могут быть получены с помощью совместно дозируемых контрастирующих продуктов;
на фиг. 1 схематически показан вид в разрезе по линии А-А, изображенной на фиг. 2, насадки В с несколькими отверстиями 11, 21 в соответствии с известным уровнем техники для выпуска двух жидких или пастообразных продуктов так, чтобы их можно было упаковать в контейнер. Упаковку можно осуществлять в контейнер, который может быть прозрачным или полупрозрачным.
На фиг. 2 схематически изображен один торец насадки, показанной на фиг. 1, причем на этом торце несколько каналов оканчиваются отверстиями 12, 22 насадки.
Первый канал 1, оканчивающийся первым отверстием 11, предназначен для выдачи первого пастообразного или жидкого продукта Р1. Второй канал 2, оканчивающийся вторым отверстием 21, предназначен для выдачи второго продукта Р2, пастообразного или жидкого.
Первый продукт Р1 и второй продукт Р2 могут сильно контрастировать друг с другом. Контраст может быть результатом одной или более органолептических характеристик продуктов Р1 и Р2, таких как, например, цвет, вкус, текстура, вязкость, взбитость. В любом случае первый продукт Р1 и второй продукт Р2 отличаются друг от друга. Предпочтительно первый продукт Р1 и второй продукт Р2 являются пищевыми продуктами, например составами, применяемыми в молочных десертах.
В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, первый продукт Р1 и второй продукт Р2 отличаются друг от друга и выбираются из следующего:
- преимущественно фруктосодержащих составов, таких как пюре, десерт из вареных фруктов, кули или сироп;
- молочных составов, необязательно ароматизированных, таких как йогурт, молодой сыр, творог, сливки;
- кондитерских изделий, таких как шоколадный пудинг, ванильный пудинг, карамель, шоколадный мусс, желе.
В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, два дозируемых продукта могут представлять собой шоколадный пудинг и ванильный пудинг, кули из красных фруктов и молодой сыр или белый молочный мусс и карамельный кули.
На фиг. 3 схематически показан готовый продукт, т.е. продукт, получаемый в результате совместного дозирования нескольких пастообразных или жидких продуктов в контейнер, обычно прозрачный, который можно получить с помощью устройства совместного дозирования с применением насадки, показанной на фиг. 1 и 2. Пример, показанный на фиг. 3, соответствует простейшему внешнему виду, который может иметь готовый продукт, т.е. распределению первого продукта Р1 и второго продукта Р2 в контейнере рядом друг с другом в равных количествах. Первое отверстие 11 и второе отверстие 21 в данном случае показаны круглыми. Тем не менее в зависимости от требуемого окончательного внешнего вида продукта могут быть предусмотрены отверстия любой формы.
Как правило, в области совместного дозирования для предотвращения перемешивания разных продуктов в контейнере и для распределения требуемым образом совместно дозируемых продуктов в контейнере необходимо определенное ноу-хау.
Конечно, необходимо обеспечить надлежащий контроль не только дозируемых и выдаваемых объемов разных пастообразных или жидких продуктов, но также, что очень важно, контроль потоков этих разных продуктов в дозирующих элементах и в процессе выпуска через отверстия насадки в контейнер.
Например, необходимо регулировать и снижать скорость выпуска этих продуктов во избежание их перемешивания.
Время дозирования, обусловленное промышленными машинами, также является важным ограничивающим фактором. Действительно, для увеличения производительности все операции дозирования должны осуществляться в соответствии с коротким циклом, который зачастую составляет менее двух секунд или даже менее одной секунды.
Кроме того, еще одним важным промышленным ограничивающим фактором является механизация дозирования, так как дозирующие устройства обычно применяют на так называемых многопоточных линиях, т.е. когда одновременно наполняется несколько контейнеров. В таких промышленных дозирующих линиях обычно одновременно наполняется от 10 до 24 контейнеров или более. Таким образом, дозирующее устройство должно быть компактным, так чтобы множество устройств по количеству наполняемых контейнеров можно было расположить на линии близко друг к другу над контейнерами.
Конечно, можно получить более оригинальный внешний вид, нежели показанный на фиг. 3, и для этого можно применять различные средства и способы известного уровня техники. Например, вместо двух отверстий насадка В может иметь большее число отверстий, как показано на фиг. 4. На практике насадку В выполняют так, чтобы через каждое отверстие можно было выпускать либо первый продукт Р1, либо второй продукт Р2. Следовательно, в насадке имеется группа первых каналов 1, оканчивающихся группой первых отверстий 11, и группа вторых каналов 2, оканчивающихся группой вторых отверстий 21.
В соответствии с вариантом осуществления известного уровня техники, показанным на фиг. 4, насадка В имеет восемь отверстий, расположенных по окружности так, что отверстие, предназначенное для выпуска продукта Р1, находится между двумя отверстиями, расположенными непосредственно рядом с ним и предназначенными для выпуска второго продукта Р2, и наоборот.
На фиг. 5 приведен внешний вид готового продукта в прозрачном контейнере, который можно получить с помощью насадки, показанной на фиг. 4. Число вертикальных секторов, по которым распределяются первый продукт Р1 и второй продукт Р2, совпадает с числом отверстий насадки. В рассматриваемом случае проиллюстрированного в настоящем документе примера готовый продукт в контейнере имеет четыре сектора первого продукта Р1, которые чередуются по окружности с четырьмя секторами второго продукта Р2, так как продукты выпускаются каждым отверстием в равных количествах.
Путем поворота контейнера в процессе его наполнения также можно известным способом получить спиральное наложение продуктов.
На фиг. 6 схематически показано устройство совместного дозирования жидких и/или пастообразных продуктов в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Устройство содержит первый дозирующий блок 31 и второй дозирующий блок 32. Первый и второй дозирующие блоки 41, 42 позволяют вводить точное количество продуктов в контейнер 5 и точно регулировать потоки продуктов.
Компонентами дозирующего оборудования, наиболее широко применяемыми для регулирования потоков продуктов, являются объемные насосы. Наиболее подходящим является поршневой насос. Перемещение поршня определяет объем дозирования, а динамическое осевое усилие задает динамическое подсасывание и выталкивание. В действительности важно контролировать усилие и скорость подсасывания. Скорость выпуска позволяет регулировать поток продукта на выходе, а скорость подсасывания позволяет корректировать подачу продукта в поршневую камеру, что обеспечивает надлежащую стабильность порций, вводимых при каждом цикле. Кроме того, скорость подсасывания необходимо контролировать и адаптировать так, чтобы избегать нарушения структуры дозируемого продукта.
Также можно применять насосы других типов. Особенно уместно использовать так называемые объемные нагнетательные насосы. Объемный нагнетательный насос работает по принципу увеличения объема камеры с последующим уменьшением. Среди объемных насосов известны, в частности, следующие: лопастные насосы, синусоидальные насосы, мембранные насосы, винтовые насосы. Обычно можно применять объемные насосы с эксцентрическим ротором. Как правило, ссылаются на насосы, работающие по принципу Муано. Они особенно хорошо подходят для дозирования продуктов с наполнителями (в том числе твердыми частицами) и/или высоковязких продуктов. Из числа объемных насосов для совместного дозирования также можно успешно применять так называемые лопастные или перистальтические насосы.
В устройстве в соответствии с изобретением первый дозирующий блок 31 выполнен с возможностью дозирования первого продукта Р1. Таким образом, устройство позволяет осуществлять подачу первого продукта Р1 первого дозирующего блока 41. Второй дозирующий блок 42 выполнен с возможностью дозирования второго продукта Р2. Таким образом, устройство позволяет осуществлять подачу второго продукта Р2 второго дозирующего блока 32.
Устройство содержит насадку В для выпуска продуктов. Насадка содержит первый канал 1 и второй канал 2, в которые могут подаваться первый продукт Р1 от первого дозирующего блока 41 и второй продукт Р2 от второго дозирующего блока 42 соответственно. В соответствии с изобретением насадка содержит третий канал 3. Первый канал 1 оканчивается первым отверстием 11 насадки В, второй канал 2 оканчивается вторым отверстием 21 насадки В, третий канал оканчивается третьим отверстием 31 насадки.
Через третий канал 3 осуществляется подача от первого дозирующего устройства 41 и от второго дозирующего устройства 42 так, что третье отверстие выпускает смесь М3 первого и второго продуктов P1, Р2. Ввиду того, что первый продукт Р1 и второй продукт Р2 сильно контрастируют из-за разных цветов и/или четко отличающихся текстур, смесь М3 может иметь оттенок, цвет и/или текстуру, которые сильно отличаются от таковых первого продукта Р1 и второго продукта Р2, создавая впечатление того, что, строго говоря, в ней использован третий продукт.
Смесь М3 может быть гомогенной или может представлять собой частичную смесь первого продукта Р1 и второго продукта Р2. Для достижения требуемого внешнего вида или текстуры смеси М3 можно адаптировать соотношение первого продукта Р1 и второго продукта Р2.
Для надлежащего смешивания первого продукта Р1 и второго продукта Р2 можно применять устройства. Можно применять стационарный смеситель 6. Как правило, он может быть установлен в третьем канале 3 или выше по потоку от третьего канала в трубе, в которую осуществляется подача от первого и второго дозирующих блоков 41, 42.
Устройство, описанное со ссылкой на фиг. 6, позволяет получать готовый продукт, внешний вид которого схематически показан на фиг. 8. Первый продукт Р1, второй продукт Р2 и смесь М3 распределяются в три вертикальных сектора.
Путем создания относительного движения насадки В и контейнера 5 можно получить более оригинальный или привлекательный внешний вид. Например, в устройстве, показанном на фиг. 6, контейнер в процессе его наполнения с помощью дозирующего устройства поворачивается с помощью поворотного держателя. Это позволяет получать готовый продукт, внешний вид которого схематически показан на фиг. 9, т.е. с наложением продуктов по тройной спирали.
Можно сконструировать множество альтернатив устройству, показанному на фиг. 6, без отклонения от объема изобретения. Как правило, насадка В может содержать более трех каналов и трех отверстий. Таким образом, насадка, показанная на фиг. 11, сама по себе имеет восемь отверстий: в рассматриваемом случае два первых отверстия 11 для выпуска первого продукта Р1, четыре вторых отверстия 21 для выпуска второго продукта Р2 и два третьих отверстия 31 для выпуска смеси М3. Более того, можно рассмотреть несколько альтернативных вариантов изобретения, в частности, в отношении создания третьего канала 3 и подачи в него продуктов. Для большей компактности узла и обеспечения возможности простой адаптации изначально существующей линии, оборудованной только двумя дозирующими блоками, смесь М3 можно формировать непосредственно в третьем канале 3 насадки В.
Таким образом, на фиг. 10 показан схематический вид в разрезе насадки с несколькими отверстиями 11, 21, 31, в рассматриваемом случае - с восемью отверстиями, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На фиг. 10 показаны два разреза в двух секущих плоскостях по сектору А-А', показанному на фиг. 11, причем первая секущая плоскость проходит через первый канал 1, а вторая секущая плоскость проходит через третий канал 3.
На фиг. 12 в схематическом виде в разрезе показана та же насадка, что и на фиг. 10 и 11, причем две секущие плоскости образуют сектор С-С', показанный на фиг. 13. Таким образом, на той же фигуре показана секущая плоскость, проходящая через первый канал 1, и секущая плоскость, проходящая через второй канал 2.
В насадку, показанную на фиг. 10-13, подается первый продукт Р1 и второй продукт Р2 соответственно от первого дозирующего блока 41 и второго дозирующего блока 42 по двум разным каскадам насадки. Каждый каскад содержит периферическую канавку, т.е. первую периферическую канавку 71 и вторую периферическую канавку 72. В каждый из первого, второго или третьего каналов подача осуществляется соответственно через отвод в первой периферической канавке 71, второй периферической канавке 72 или как в первой, так и во второй периферических канавках 71, 72.
Применение насадки, как показано на фиг. 10-13, позволяет получать готовый продукт, внешний вид которого схематически показан на фиг. 14. Первый продукт Р1, второй продукт Р2 и смесь М3 выдаются в вертикальные секторы, число которых соответствует числу отверстий насадки, при этом распределение секторов определяется по распределению отверстий насадки В.
Посредством относительного вращательного движения насадки В и контейнера 5 можно получать готовый продукт, внешний вид которого показан на фиг. 15. Первый продукт Р1, второй продукт Р2 и смесь М3 накладываются по спирали в соответствии с распределением отверстий насадки В.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения устройство может содержать третий дозирующий блок для дозирования третьего продукта. Как показано на фиг. 16, насадка В, имеющая множество отверстий, имеет, в дополнение к первому отверстию 11 для выпуска первого продукта Р1, второму отверстию для выпуска второго продукта Р2, третьему отверстию 31 для выпуска смеси М3, четвертое отверстие 81 для выпуска третьего продукта. Затем третий продукт циркулирует по четвертому каналу устройства, оканчивающемуся четвертым отверстием 81.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения для получения множества смесей с уникальным оттенком, цветом и/или текстурой можно сформировать несколько комбинаций первого, второго и третьего продуктов. Когда устройство совместного дозирования содержит три дозирующих блока, каждый из которых может подавать разный продукт, насадка В может обеспечивать до семи продуктов (или смесей) разных оттенков, цветов и/или текстур: 1) первый продукт Р1; 2) второй продукт Р2; 3) третий продукт Р3; 4) смесь М3 первого продукта Р1 и второго продукта Р2; 5) другая смесь первого продукта Р1 и третьего продукта Р3; 6) другая смесь второго продукта Р2 и третьего продукта Р3; 7) другая смесь трех продуктов.
В примере, показанном на фиг. 16, устройство может обеспечивать шесть продуктов или смесей: в дополнение к вышеупомянутым отверстиям насадки насадка имеет пятое отверстие 81 и шестое отверстие 82, причем в проиллюстрированном в настоящем документе примере устройство выполнено с возможностью выпуска смеси первого продукта Р1 и третьего продукта Р3 через пятое отверстие 81 и смеси второго продукта Р2 и третьего продукта Р3 через шестое отверстие 82.
В такой конфигурации устройства каждый канал насадки, предназначенный для выпуска смеси нескольких продуктов, может быть оборудован смешивающими средствами, такими как стационарный смеситель.
Устройство также может содержать средства последовательной подачи (не показаны) для по меньшей мере одного из каналов. Другими словами, устройство может содержать средства останова и возобновления, резкого или постепенного, осуществления подачи в определенные каналы и, следовательно, подачи продуктов или смесей посредством одного или более каналов, в которые подача осуществляется через одно из указанных средств последовательной подачи. Средства последовательной подачи могут, например, содержать средства для приведения в действие соответствующих дозирующих блоков. Они могут дополнительно или альтернативно содержать распределительные клапаны, например электромагнитные клапаны, для прерывания потока продукта (или смеси) в конкретном канале в процессе совместного дозирования.
Таким образом, выполненное изобретение, как правило, позволяет получать готовый продукт, визуально (или с точки зрения текстуры) содержащий три продукта, на упаковочной линии, предназначенной для дозирования только двух продуктов и оборудованной только двумя дозирующими блоками.
Таким образом, изобретение применимо для изготовления множества продуктов, в частности, пищевых продуктов. Например, используя ванильный пудинг и пудинг из темного шоколада, можно получить готовый продукт, визуально содержащий три отдельных продукта: ванильный пудинг, пудинг из молочного шоколада и пудинг из темного шоколада. Аналогичным образом, используя белый сыр и кули из красных фруктов, можно получить готовый продукт, визуально содержащий белый сыр, клубничный сыр и вкрапления линий красного кули. Используя белый молочный мусс и карамель, можно получить готовый продукт, в котором видно, как друг к другу примыкают белый мусс и каштановый карамельный мусс, через которые проходят темные карамельные линии.
Изобретение, выполненное таким образом, позволяет достичь разнообразия аспектов, ранее неизвестных в области, с помощью относительно простых устройств. Сочетая изобретение с определенными способами или ноу-хау в области дозирования или совместного дозирования жидких или пастообразных продуктов, можно добиваться широкого разнообразия новых или привлекательных аспектов. Ниже описаны определенные параметры, которые важно контролировать, а на фиг. 17-27 показаны различные аспекты или структуры готового продукта, которые можно получить при контроле этих параметров.
Параметры относятся к учету характеристик дозируемого(-ых) продукта(-ов), конструкции дозирующих устройств, как с точки зрения общей архитектуры, так и с точки зрения выбора методик дозирования или конструкции насадок, управления устройствами и управления относительным положением насадки и контейнера, наполняемого в процессе дозирования.
Необходимо надлежащим образом учитывать реологические характеристики дозируемых продуктов. Действительно, разница в вязкости или реологических свойствах дозируемых продуктов усложняет совместное дозирование. Необходимо учитывать множество реологических характеристик: продукты могут быть вязкими или жидкими, клейкими или скользкими, пенистыми или не пенистыми и т.д. Хотя два полужидких продукта с одинаковыми реологическими характеристиками относительно легко совместно дозировать; в случае легкотекучего продукта и более вязкого продукта или при дозировании очень густого продукта в сильно взбитом муссе ситуация усложняется. В некоторых ситуациях можно преимущественно применять разность плотностей для разделения двух продуктов. Это, например, можно делать в случае дозирования карамели в желированное молоко, так как она быстро оседает на дне контейнера.
Для регулирования скоростей выталкивания и подсасывания недостаточно простых пневматических поршней или простых электродвигателей. Предпочтительно оснащение приводными средствами с применением автоматизированных цифровых систем, сервоприводных систем. Это позволяет управлять ускорениями и временем движения подвижных элементов насоса (как правило, подвижной оси поршня) для их адаптации в соответствии с характеристиками дозируемых продуктов с целью получения требуемого создаваемого потока. Такое оснащение приводными средствами и управление ими посредством автоматизации также позволяет синхронизировать каждый из дозирующих блоков. При выталкивании двух продуктов с существенно отличающимися значениями вязкости необходимо, например, предполагать выталкивание более вязкого продукта для того, чтобы оба продукта выходили из носика насадки одновременно.
Предпочтительно применяются независимые приводные средства поршней с учетом качества каждого продукта.
Время открытия и закрытия впускных клапанов и выпуск из дозирующего блока и насадки предпочтительно управляются независимо от выталкивания продукта каждым дозирующим блоком.
С помощью набора параметров, содержащихся в контроллере, предпочтительно разрабатывать четкие процедуры, как правило, для каждого оператора производства, и обеспечивать средства защиты и прерывания процесса для настройки дозирующих устройств. Это позволяет получать требуемый результат совместного дозирования надежно и с повторяемостью.
Тем не менее в существующих устройствах совместного дозирования зачастую применяется одно приводное средство для последовательности поршневых дозирующих блоков, например, при помощи общей приводной штанги. Один из недостатков этих устройств состоит в ненадлежащем контроле объемов, вытесняемых различными поршнями. Действительно, объем, вытягиваемый поршневым дозирующим блоком, чувствителен даже к минимальным перепадам давления, которые обычно наблюдаются в системах выдачи продуктов. При этом общая приводная штанга не позволяет осуществлять отдельную настройку конкретного дозирующего блока, не затрагивая параметров настройки другого дозирующего блока. Для решения этой проблемы можно применять дополнительные системы. Например, для дополнительной настройки параметров перемещения поршня можно добавить механическую часть. В соответствии с другой системой для компенсации эффекта перепадов давления при дозировании адаптируют потерю давления продукта, дозируемого конкретным дозирующим блоком.
Одним из существенных аспектов, подлежащих контролю при совместном дозировании продуктов, является скорость потока дозируемых продуктов или смесей. Одним из ключевых параметров, влияющих на этот аспект, является выбор диаметров, форм, поверхностей сечения, применяемых шлангов и каналов, а также отверстия насадки. Затем это по существу предполагает адаптацию скорости потока путем расчета надлежащего сечения прохода. Это позволяет избегать расслоения продукта (что может привести к его денатурации) вследствие чрезмерного ускорения, и в некоторых случаях позволяет сообщать дозируемому продукту или смеси энергию, необходимую для ее ориентации в контейнере в процессе выпуска. Кроме того, для предотвращения перемешивания разных совместно дозируемых продуктов желательно, чтобы соответствующие выходные скорости продуктов оставались относительно близкими. Кроме того, важно обеспечить, чтобы потоки продуктов проходили в ламинарном режиме. Как правило, скорость более 0,5 м/с чаще всего приводит к импульсному воздействию у дна контейнера и перемещению текучей среды, что приводит к ее перемешиванию. Обычно в промышленных способах совместного дозирования приемлемые скорости потока составляют от 0,5 до 0,25 м/с.
Заявитель дополнительно отметил, что изменения динамических параметров (скоростей, ускорений) потока продуктов приводят к разнообразным визуальным аспектам готовых продуктов.
Кроме того, регулирование потоков продуктов обычно нарушается вследствие чрезмерных потерь давления. Такие падения давления зачастую зависят от надлежащего технического исполнения конструкции устройства, расположенного значительно выше по потоку от дозирующей насадки. Важен выбор диаметров труб и шлангов, который зависит от вязкости различных продуктов. Кроме того, также целесообразно уменьшать количество патрубков, клапанов и прочих устройств или конфигураций, являющихся источниками падений давления.
Разные падения давления каждого из совместно дозируемых продуктов могут быть причиной неодновременного поступления продуктов к выходу насадки. При этом сложно надлежащим образом обеспечить контроль потоков продуктов.
Продукты, поступающие в каждый дозирующий блок устройства дозирования или совместного дозирования, обычно подаются из бункера. Варьирование уровня продукта, который находится в бункере и поступает в различные компоненты дозирующего оборудования, может оказывать отрицательное воздействие на равномерность потока. Для обеспечения надлежащей равномерности потока положительным фактором является регулируемая подача продукта с целью поддержания его постоянного уровня в бункере.
Кроме того, надлежащий контроль давления в одних и тех же бункерах обеспечивает  степень стабильности на остальных этапах способа дозирования или совместного дозирования. Для надлежащего контроля давления в бункере можно применять оборудование для создания давления и поддержания постоянного давления, обычно путем задания избыточного давления воздуха в бункере. Это особенно полезно и уместно при дозировании или совместном дозировании сжимаемых продуктов, например, аэрированных продуктов и пен.
Важным аспектом являются потери давления выше по потоку от дозирующего блока. Действительно, чрезмерная потеря давления вследствие ненадлежащей конструкции канала (неподходящих диаметров, наличия множества патрубков) между бункером и дозирующим(-и) элементом(-ами) (например, поршневым насосом) может оказывать отрицательное воздействие на результат, полученный ниже по потоку, и, следовательно, на качество дозирования. В системе, содержащей несколько дозирующих блоков, каждый из которых осуществляет подачу на насадку, несоответствие потерь давления выше по потоку от дозирующего блока вызывает несоответствие объемов, дозируемых каждым из дозирующих блоков. Для уменьшения несоответствий или выравнивания потерь давления можно применять определенные устройства. Кроме того, можно выполнить устройство так, чтобы дозирующий блок, обычно поршневой дозирующий блок, оттягивал дозируемый продукт непосредственно из бункера.
Другим важным аспектом являются потери давления ниже по потоку от дозирующего блока. Действительно, потери давления могут нарушать надлежащий поток продуктов. Распределение между дозирующим элементом и дозирующей насадкой должно, как правило, сопровождаться минимально возможными потерями давления. В частности, потери давления зависят от расстояния между дозирующим блоком и выпускной насадкой, которое определяется общей архитектурой дозирующего устройства. Одно простое решение, позволяющее ограничить потери давления между дозирующим блоком и насадкой, состоит в размещении дозирующего блока выше, рядом и как можно ближе к насадке и контейнерам. Следовательно, важна общая компактность устройства.
Следует отметить, что такое решение сложно применить к подвижной насадке. Кроме того, эта конфигурация с дозирующими блоками, расположенными над контейнерами, также усложняет конструкцию так называемых «гигиеничных» машин.
Действительно, в этих сверхчистых упаковочных машинах, где из гигиенических соображений применяется ламинарный поток, предпочтительно сдвигать дозирующие блоки с их подвижными частями за пределы упаковочной оболочки (в том числе наполняющей линии для контейнеров). Таким образом, дозирующие поршни зачастую выводят за пределы упаковочной оболочки для обеспечения свободного пространства, расположенного перпендикулярно контейнерам, подлежащим упаковке. В упаковочной оболочке остаются только насадки, соединенные с дозирующим блоком гибкими и/или жесткими трубами. Это приводит к появлению существенной потери давления между дозирующим блоком и насадкой.
Кроме того, к значимым параметрам, которые важно контролировать, относится остаточное давление выше по потоку и ниже по потоку от дозирующего блока. Если давление ниже по потоку от дозирующего блока высокое, то происходит обратный поток продукта в дозировочную камеру в процессе ее загрузки (наполнения продуктом, подлежащим дозированию). Это искажает точные данные о фактически вытесненном объеме, что обычно не соответствует рабочему объему насоса. Для сведения к минимуму этого явления устройство может быть оснащено системой разделяющих клапанов, которая изолирует дозировочную камеру от зон, расположенных непосредственно выше по потоку или ниже по потоку, во время фаз дозирования (подсасывания или выпуска). Для этого можно применять клапаны золотникового типа.
В целом дозирующие устройства, в которых дозирующий клапан не применяется непосредственно ниже по потоку от дозирующего блока и которые имеют смещенную насадку, характеризуются относительным непостоянством и низкой точностью. В этой конфигурации «мертвое» пространство продукта в конце дозирования, т.е. остаточный объем, находящийся между дозирующим блоком и запорным клапаном насадки, зачастую значительно больше порции вытесняемого и дозируемого продукта.
Остаточное давление ниже по потоку от дозирующего блока является еще более важным при дозировании в быстром темпе, когда продукт является вязким и клейким, когда продукт является сжимаемым и когда трубы ниже по потоку имеют большую длину. Когда один из этих параметров (или их комбинация) приводит к высокому остаточному давлению, время между окончанием выталкивания при дозировании и возвратом к равновесию давлений должно быть минимальным. Это явление является нежелательным при очистке остатков продукта на выходе отверстий насадки, и могут произойти его подтекание и вытекание. В случае дозирования мусса, например, мусс, динамически сжимаемый в процессе операции выпуска, как правило, расширяется в трубе, соединяющей дозирующий блок с выпускной насадкой, между двумя циклами дозирования.
Кроме того, поток вязких и клейких продуктов или продуктов, объем которых увеличивается при взбивании (так называемые взбитые продукты, такие как взбитые сливки), сложно прервать с соблюдением чистоты, в частности, на выпускных отверстиях насадок. Например, может происходить расширение продукта после дозирования, вытекание под действием силы тяжести.
Для предотвращения этой утечки существует несколько методик, предполагающих быстрое отключение давления в отверстиях насадок.
Одна из этих методик заключается в прерывании выпуска продукта путем размещения запорного клапана на уровне выпускных отверстий. Таким образом, не остается или почти не остается «мертвого» пространства, т.е. остаточного пространства в контуре между запорным клапаном и выпускным отверстием.
Это простое решение в устройстве, подходящем для подачи одного продукта через насадку с одним отверстием, сложно применять при использовании насадки, имеющей множество выпускных отверстий.
Некоторые клапанные системы выполнены с возможностью обеспечивать одновременное закрытие нескольких выпускных отверстий. В этом случае обычно применяют плоские мембраны, сферические мембраны, сложные прошедшие механическую обработку затворы, поворотные пластины и так называемые «скользящие» системы.
К факторам, особо затрудняющим применение такой системы, относятся простота очистки этих подвижных частей, их износ, проблемы с уплотнением и прочие особенности, вызванные добавлением этих клапанов перпендикулярно контейнерам, подлежащим наполнению.
Одна из методик предотвращения вытекания заключается в повторном подсасывании продукта в конце дозирования. Это осуществляется путем создания в выпускном отверстии небольшого отрицательного давления в конце цикла дозирования. Несколько более низкое давление можно создавать, например, путем оснащения контура двумя мембранными клапанами (например, клапанами так называемого «трубчатого» мембранного типа), расположенными выше по потоку от насадки. Для создания более низкого давления два клапана одновременно закрывают, а затем повторно открывают самый дальний клапан, расположенный ниже по потоку (самый ближний к выпускному отверстию). Альтернативно эту разреженность можно создавать с помощью конкретного выхода для продукта, который при открытии позволяет восстанавливать равновесие давления в контуре, что приводит к падению давления выше по потоку от выпускного отверстия насадки.
Создать такое более низкое давление также можно путем закрытия уплотнительным элементом, управляемым двойной пневматической системой, причем один из двух пневматических элементов приводит к небольшому возврату уплотнительного элемента в обратном направлении после полного закрытия. Кроме того, можно получать эффект повторного подсасывания продукта сразу же после дозирования с помощью закрывающей поворотной заслонки соответствующей конструкции. В дозирующих системах, где применяются объемные центробежные насосы, небольшой возврат насоса в обратном направлении также может позволить добиться этого повторного подсасывания. Наконец, в системах, в которых приводные средства для поршней представляют собой серводвигатели, это «повторное подсасывание» можно осуществлять просто путем соответствующего программирования движения оси поршня.
В процессе совместного дозирования нескольких продуктов, в дополнение к скорости выпуска продуктов на выходе отверстий насадки, для предотвращения перемешивания продуктов и достижения единообразия их внешнего вида в контейнере важно учитывать такой параметр, как высота падения в контейнер.
Постоянное поддержание положения (высоты) насадки относительно поверхности продуктов в процессе их совместного дозирования позволяет формировать правильные линии. Этого можно достичь путем применения систем поднятия контейнера на упаковочной линии с помощью предварительно отформованных контейнеров или с помощью систем вертикального смещения для насадок на машинах. Другими словами, для поддержания по существу постоянной высоты падения продуктов либо контейнер перемещают относительно насадки, либо насадку перемещают относительно контейнера. Системы перемещения насадки особенно уместны, когда применяемая упаковочная машина представляет собой машину, обычно относящуюся к оборудованию для формования, наполнения и запечатывания, т.е. машину, придающую форму наполняемому контейнеру с последующим запечатыванием этого контейнера, в частности, так называемую горизонтальную машину для формования, наполнения и запечатывания. Таким образом, высота падения является важным параметром для получения готового продукта с так называемым вертикальным, или поквадрантным, дозированием, как показано на фиг. 3, 5, 8 и 14.
Напротив, для достижения определенных аспектов можно использовать переменную высоту падения продукта. Как правило, при многократном удалении или сближении насадки и контейнера в процессе наполнения падение продуктов оказывается более или менее случайным. Затем продукты образуют наклонные или горизонтальные слои, и можно, например, достичь одного из аспектов, показанных на фиг. 17 и 18.
Замедление или прерывание подъема или спуска насадки и/или контейнера в процессе дозирования, которые связаны с прерывистым потоком продуктов, позволяют достичь аспекта, показанного на фиг. 19, причем имеется в виду аспект готового продукта, содержащего продукт, в который введены пузыри другого продукта. Значительная простота управления относительным движением насадки и контейнера обеспечивается приводными средствами типа, называемого «бесщеточным сервоприводом».
Кроме того, остановка насадки в промежуточном положении в контейнере позволяет завершать оформление поверхности совместно дозируемого продукта, придавая ей гомогенный аспект. Слабый контакт между выпускными отверстиями и продуктом в конце дозирования с последующим быстрым подъемом к верхнему положению позволяет предотвращать вытекания и протечки тягучих, вязких и клейких продуктов (таких как молочные карамели, муссы и т.д.).
Для взбитых продуктов, таких как взбитые сливки, например, соответствующее регулирование движения насадки относительно контейнера (или, более конкретно, относительно уровня продукта в контейнере) в конце дозирования позволяет получать форму купола на поверхности готового продукта.
Для жидких продуктов контроль высоты падения также позволяет ограничивать эффект разбрызгивания при падении продукта или риск перемешивания путем приведения в движение, направленное противоположно падению продукта, и путем максимального снижения высоты падения. Это особенно важно для достижения аккуратного наложения жидкости на низковязкий продукт путем сведения к минимуму риска перемешивания продуктов.
Кроме того, регулирование высоты падения продукта, связанное с надлежащим контролем динамических характеристик выпуска продукта в процессе его дозирования, также может, например, позволять размещать второй продукт в первом продукте на необходимой высоте в указанном первом продукте.
Кроме того, в дополнение к сообщению вертикального движения насадке и/или контейнеру можно сообщать насадке и/или контейнеру вращательное движение для придания готовому продукту спирального или винтового аспекта, как показано на фиг. 9 и 15.
Можно считать, что в машинах с большой пропускной способностью, в которых дозируют и наполняют несколько контейнеров одновременно, эту функцию выполняют несколько систем, например, механические системы посредством зубчатой передачи или зубчатых ремней для совместного вращения нескольких контейнеров. Применяемые системы, в частности, могут быть аналогичны системам, известным в данной области, которые предназначены для декорирования кондитерских изделий, производимых промышленностью.
Скорость вращения, которая определяет число оборотов, совершаемых контейнером или насадкой в цикле дозирования, позволяет получать большое разнообразие спиралей. Большое число оборотов, несмотря на сложность их достижения в цикле дозирования, позволяет располагать слои совместно дозируемых продуктов почти горизонтально. В результате этого готовый продукт обычно характеризуется аспектом, показанным на фиг. 20.
Смена направления вращения в процессе дозирования придает продукту зигзагообразный спиральный аспект, показанный на фиг. 21.
Применение серводвигателей для регулирования вращения или подъема насадки относительно контейнера позволяет точно изменять ускорения, что дополнительно повышает разнообразие аспектов, которые могут быть достигнуты. Например, путем сообщения переменной скорости в процессе подъема можно растянуть спираль по вертикали, или же путем прерывистого снижения скорости подъема насадки можно создать более широкие контрастирующие зоны.
Параметры, все из которых влияют на то, как продукт будет расположен в контейнере, включают в себя форму, сечение, количество и положение выпускных отверстий насадки.
Распределение отверстий по окружности (на равном расстоянии от центра насадки, учитывая, что насадка по существу имеет круглую форму) обычно позволяет при простом вертикальном дозировании получать геометрическую форму в виде секторов с прямолинейным разделением продуктов и распространением от центра к периферии контейнера. Такое распределение показано на фиг. 3, 5 и 8.
Если совместно дозируемые продукты имеют разные значения вязкости, то для достижения такой равномерности распределения продуктов уместно расположить отверстия соответствующим образом для выпуска каждого продукта на разных расстояниях от центра насадки.
Если один из совместно дозируемых продуктов выпускается через отверстие, расположенное в центре насадки, этот продукт в процессе своего расширения в контейнере, как правило, выталкивает другой(-ие) продукт(-ы) к краям контейнера, что способствует распределению в виде полос с боковым узором. Точное положение отверстий для получения необходимого результата, который зависит от динамической вязкости продукта, обычно определяют и корректируют путем последовательных испытаний.
Кроме того, если сечение выпускных отверстий для одного из продуктов уменьшено для сообщения этому продукту более высокой скорости выпуска, нежели остальным продуктам, то этот продукт, как правило, будет располагаться в контейнере по зигзагу или в виде полос.
Выпускные отверстия разных продуктов могут быть расположены в разных плоскостях. Это позволяет, где применимо, предотвращать контакт между различными продуктами в процессе и в конце дозирования. Такой контакт может препятствовать получению явного контраста между разными продуктами вследствие локального перемешивания.
С другой стороны, может быть желательно расположить выпускные отверстия для одного из продуктов в выпускном отверстии для второго продукта или несколько выше по потоку от выпускного отверстия для другого продукта.
Это способствует «легкому» или неполному перемешиванию двух продуктов, что дает особый визуальный эффект, например, наличие вкраплений. Гомогенность смеси можно регулировать с помощью барьеров, расположенных внутри выпускных каналов для указанного второго продукта. Гомогенность смеси можно увеличивать с помощью стационарного смесителя.
Кроме того, важен выбор материала, из которого изготовлена насадка. Насадки обычно изготавливают из нержавеющей стали. Кроме того, можно применять некоторые пластики с более гидрофобными характеристиками по отношению к продуктам, нежели нержавеющая сталь. Можно также смешивать разные материалы. Также можно применять керамику.
Для достижения прочих аспектов готовых продуктов можно смещать по времени фазы выпуска порций разных продуктов, в результате чего не все они будут одновременно выпускаться полностью. Таким образом, после выпуска первого продукта можно начинать выпуск второго. Когда начинается выпуск второго продукта, первый продукт покрывает дно контейнера. Один пример аспекта готового продукта, получаемого таким образом, показан на фиг. 22. Тот же принцип, конечно же, применим и к совместному дозированию более двух продуктов.
Можно даже располагать продукты в виде накладывающихся слоев в случае, где выпуск первого продукта останавливают, когда начинают выпуск второго продукта.
Если один из продуктов дозируют переменно, а другой дозируют непрерывно, можно достичь аспекта в форме пятен. На форму пятен также влияет относительное вертикальное движение насадки и контейнера. Кроме того, второй продукт также можно распределять переменным образом в различные каналы, и в результате такого распределения можно получать ненакладывающиеся пятна, как показано на фиг. 23 и 24.
Кроме того, при постепенном уменьшении потока одного выпускаемого продукта в процессе увеличения потока второго продукта распределение продуктов в контейнере может принимать пирамидальную форму, как показано на фиг. 25, или форму двойной, тройной и т.д. пирамиды, как показано на фиг. 26.
Комбинация вышеизложенных методик позволяет получать готовые продукты со сложным аспектом, имеющие привлекательные геометрические фигуры, такие, как готовый продукт, показанный на фиг. 27.
Кроме того, можно применять насадку или дозирующий блок с термостатическим регулированием. Действительно, некоторые продукты необходимо дозировать при температуре, превышающей точку их отверждения. В частности, это относится к шоколаду или некоторым гелям. Преимуществом является то, что в дальнейшем к дозирующему блоку и/или насадке применяют терморегуляцию для предотвращения засорения отвержденным или сгустившимся продуктом. Это важно, в частности, при остановке упаковочной линии.
Кроме того, для поддержания по существу стабильной температуры продукта или для предотвращения разделения фаз можно непрерывно рециркулировать продукт, чтобы он не застаивался. В этом случае в дальнейшем дозируют только ту часть продукта, которую рециркулируют, а другую часть, обычно составляющую  долю, возвращают в бункер.
Как показано в описании выше, надлежащий контроль совместного дозирования требует точной конфигурации, а регулирование многих параметров, влияющих друг на друга, так, чтобы обеспечить общую настройку для достижения необходимого результата, может вызвать сложности.
Как правило, для управления выпуском совместно дозируемых продуктов необходимо регулировать и/или контролировать более 20 разных параметров, динамически адаптировать высоту падения продуктов и, при необходимости, адаптировать вращательные движения. Следовательно, в отношении всего дозирующего оборудования предпочтительно применять высокопроизводительную автоматизацию и систему четкого считывания для различных параметров, в частности, предназначенную для оператора производства.
Набор параметров, позволяющий достигать необходимого результата, можно сохранять. Такой набор составляет рецептуру. Рецептуру можно, в частности, сохранять на цифровых средствах хранения данных. Рецептуру можно вызывать посредством электронной системы управления устройством дозирования или совместного дозирования. На основе такой рецептуры изменение одного или более соответствующих параметров позволяет достигать полного спектра привлекательных визуальных аспектов.