Установка для заполнения порционных емкостей пищевым продуктом
UNIT FOR FILLING PORTION RESERVOIRS WITH FOOD PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сфере удовлетворения потребностей человека и может найти применение в производстве продуктов питания на основе вспученных зерновых продуктов.
Уровень техники
Известны автоматические установки по производству продуктов питания на основе вспученных зерновых продуктов (см. патент WO2016107652 МПК: A23L1/18, опубл. 07.07.2016, патенты WO2014053561,  US 4652456, US6200611).
Все эти установки содержат резервуар (бункер) для приготовления пищевого продукта в виде смеси попкорна и карамели (или другого связующего), выполненный со средствами нагрева, перемешивания и выдачи порций продукта в формы (матрицы), которые последовательно перемещаются от резервуара к прессу, осуществляющему уплотнение продукта в форме, и далее к механизму выталкивания сформированных изделий из форм. Готовые изделия, получаемые на выходе всех вышеупомянутых устройств, представляют собой брикеты из спрессованного карамелизированного попкорна, прямоугольной или шарообразной формы. В некоторых случаях брикеты дополнительно подвергают глазированию.
Известна установка для расфасовки пастообразных замороженных пищевых продуктов, например, мягкого мороженого или охлажденных кондитерских смесей в специальные порционные емкости, в частности вафельные стаканчики (патент RU 39045, МПК: A23G9/28, опубл. 20.07.2004г). Установка содержит расходный контейнер с выпускным отверстием, держатель порционной емкости, связанный с механизмом его перемещения, и устройство выдачи порции пищевого продукта в порционную емкость.
Известно устройство для изготовления замороженных кондитерских изделий (см. патент RU 2229239, A23G9/04, опубл. 27.05.2004г), содержащее раздаточный бункер, соединенный с объемным дозатором, который выдает заданный объем пищевого продукта в перемещаемые вафельные формочки (стаканчики). Насадка дозирующего устройства перед началом заполнения опускается в формочку и поднимается в ходе ее заполнения пищевым продуктом, обеспечивая равномерность распределения последнего.
Оба вышеупомянутых аналога предназначены для заполнения форм мягким пастообразным и относительно текучим пищевым продуктом, который постепенно заполняет весь объем формы. При этом нет необходимости в приложении какого-либо давления для уплотнения продукта, которое могло бы привести к разрушению хрупкой съедобной оболочки, используемой в качестве формы.
В отличие от мороженого, шоколадной пасты и подобных им наполнителей, карамелизированный попкорн, вспученный рис в сахарном сиропе и другие подобные пищевые продукты отличаются густотой, неоднородностью, большой вязкостью и высокой адгезией к стенкам формы. Для равномерного заполнения таким пищевым продуктом объема любой формы необходима операция уплотнения продукта. Однако в этом случае высока вероятность разрушения вафельной или другой хрупкой формы под действием прикладываемого давления.
В продаже встречаются сахарные рожки, наполненные попкорном в карамели. Однако подобные изделия готовятся вручную, что с одной стороны негигиенично.
С другой стороны, наполнитель практически не подвергается уплотнению, а значит, объем рожка (съедобной ёмкости) не используется полностью, внутри ёмкости неизбежно остаются пустоты, не заполненные пищевым продуктом. Кроме того, при наполнении вручную сложно добиться порционности продукта, т.е. отсутствует возможность повторяемости изделия, что является необходимым условием при его промышленном производстве.
Сравнительный анализ уровня техники показал, что в настоящее время отсутствуют автоматические промышленные установки для производства продуктов питания, содержащих съедобную хрупкую оболочку типа вафельного стаканчика или рожка, заполненную продуктом на основе смеси вспученных зерновых продуктов и связующего, например, карамели, сахарного сиропа и т.п.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого устройства принята установка для производства мороженого в вафельных рожках, раскрытая в патенте SU218198, МПК: A23G 9/08 (2000.01), опубл. 17.05.68.
Упомянутая установка характеризуется следующими признаками, сходными с существенными признаками заявляемой установки, а именно: она содержит кассеты с гнездами для размещения порционных емкостей, систему транспортировки кассет, средство загрузки кассет емкостями, средство заполнения емкостей пищевым продуктом, охлаждающее устройство и устройство разгрузки кассет.
К недостаткам известной установки можно отнести невозможность ее использования для густых и высоковязких наполнителей.
Заявляемое изобретение направлено на создание автоматической установки, обеспечивающей возможность заполнения хрупких съедобных порционных емкостей, типа вафельных стаканчиков, густой вязкой массой на основе вспученных зерновых продуктов.
Раскрытие сущности изобретения
Вышеупомянутая техническая проблема решена благодаря тому, что в установке для заполнения порционных емкостей пищевым продуктом, содержащей кассеты с гнездами для размещения емкостей, систему транспортировки кассет, средство загрузки кассет емкостями, средство заполнения емкостей пищевым продуктом, охлаждающее устройство и устройство разгрузки кассет, согласно заявляемому изобретению средство заполнения емкостей пищевым продуктом выполнено в виде двух устройств, последовательно расположенных и закладывающих в каждую емкость часть порции пищевого продукта, за каждым из этих устройств, по ходу движения кассет, установлен пресс для уплотнения продукта в каждой емкости, при этом гнезда кассет имеют форму, ответную форме размещаемых в них емкостей, и глубину, превышающую их вертикальный размер.
Достигаемый благодаря вышеупомянутой совокупности отличительных признаков технический результат заключается в возможности автоматической расфасовки в хрупкие съедобные порционные емкости густого высоковязкого продукта с одновременным сохранением целостности хрупкой емкости при полном использовании ее внутреннего объема.
В отличии от ближайшего аналога и других известных установок, выполняющих расфасовку мягких пастообразных пищевых продуктов типа мороженого, заявляемая установка включает два последовательно установленные по ходу движения кассет устройства, заполняющие порционные емкости пищевым продуктом (т.е. обеспечивающие заполнение емкостей продуктом в два этапа) и осуществляющие уплотнение продукта в емкости на каждом этапе, что обеспечивает возможность расфасовки по порционным емкостям густого высоковязкого продукта, типа вспученных зерен в карамели или сахарном сиропе. При этом достигается полное использование объема заполняемой емкости и повторяемость массы упакованного продукта от изделия к изделию.
Другим отличием является выполнение гнезд кассет в точном соответствии с формой размещаемых в них порционных емкостей, благодаря чему стенки гнезда плотно примыкают к боковой и нижней поверхности емкости, обхватывают ее и принимают на себя прикладываемое в процессе уплотнения продукта давление. Это позволяет исключить повреждение (разрушение) стенок емкости в процессе ее заполнения продуктом, и, следовательно, позволяет использовать в качестве такой порционной емкости хрупкие вафельные стаканчики.
При этом предлагаемая установка может работать с любыми порционными емкостями, например, бумажными и пластиковыми, однако ее преимущественным использованием, благодаря обеспечиваемому конструкцией техническому результату, является заполнение съедобных хрупких упаковок типа вафельных стаканчиков и рожков.
Глубина гнезда кассеты превышает вертикальный размер размещаемой в гнезде порционной емкости, предпочтительно на 0,5 - 2 см, что обеспечивает возможность размещения в емкости необходимого объема продукта с формированием из продукта куполообразной верхушки, выступающей над краями емкости.
Куполообразная верхушка изделия формируется на втором этапе уплотнения. Форма купола определяется формой нижней поверхности прессующего пуансона, которая может быть любой: сферической, конусообразной и т.п.
В качестве порционных емкостей могут быть использованы вафельные стаканчики любых конфигураций, вафельные и сахарные рожки, а также стаканчики, сформированные из вспученных зерновых продуктов, что обеспечивает широкий ассортимент выпускаемых изделий.
При этом переход от одного типа порционных емкостей к другому не занимает много времени, что обеспечивается использованием сменных кассет с гнездами, выполненными в соответствии с формой и размерами используемых емкостей.
Кассеты изготавливаются из пищевого пластика. В предпочтительном примере реализации установки кассеты выполнены в форме бруса прямоугольного сечения, в котором гнезда расположены в ряд.
В предпочтительном случае реализации установки, система транспортировки кассет выполнена в виде замкнутого контура для перемещения кассет. Замкнутый контур сформирован двумя параллельными линиями направляющих, на которых кассеты установлены вплотную одна за другой.  Параллельные линии направляющих связаны между собой средствами поочередной передачи кассет с одной линии на другую и наоборот, т.е.  линия загрузки емкостей в кассеты и выгрузки емкостей из кассет связана с линией заполнения емкостей пищевым продуктом. Пошаговое перемещение кассет вдоль направляющих и их передача между линиями осуществляется посредством толкателей.
Система транспортировки кассет обеспечивает перемещение кассет между рабочими позициями установки, разнесенными по длине замкнутого контура.
Дополнительно установка может содержать смеситель для приготовления пищевого продукта, который, предпочтительно размещается над системой заполнения емкостей продуктом и выполнен с возможностью опрокидывания (на чертежах не показан).
Устройство охлаждения выполнено в виде, по меньшей мере, одного вентилятора, установленного на пути следования кассет с заполненными емкостями к устройству разгрузки кассет.
Средство загрузки кассет емкостями содержит размещенный над линией транспортировки кассет магазин, в котором порционные емкости размещены стопами, и механизм отделения нижних емкостей от стопы. Причем количество стоп соответствует количеству гнезд в кассете.
Устройство разгрузки кассет включает механизм выталкивания заполненных емкостей из кассеты и групповой захват, выполненный с возможностью поворота для передачи заполненных емкостей на отводящий транспортер.
Суть предлагаемого технического решения и возможность получения вышеупомянутых технических результатов подтверждается приведенным ниже примером конкретного осуществления изобретения и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 –  схематичный вид предлагаемой установки в изометрии, показывающий зону перемещения кассет с заполненными продуктом емкостями (для упрощения продукт не показан);
на фиг. 2 – схематичный вид установка в плане;
на фиг. 3 –  кассета, общий вид, изометрия;
на фиг. 4 – сечение А-А с фиг. 3;
на фиг. 5 – схематичный вид предлагаемой установки, показывающий зону загрузки кассет пустыми порционными емкостями;
на фиг. 6 – 12 – иллюстрирован процесс работы установки, при этом на фиг.6 и фиг. 7 показана установка пустой емкости в гнездо кассеты, на фиг. 8, фиг. 9 – первый этап заполнения емкости продуктом и его уплотнение (прессование), на фиг. 10 и фиг. 11 – второй этап заполнения емкости продуктом и его окончательное прессование, на фиг. 12 – изымание заполненной продуктом емкости из гнезда кассеты.
Осуществление изобретения
Установка для заполнения порционных емкостей пищевым продуктом содержит (см. фиг.1, 2) кассеты 1 с гнездами 2 для размещения порционных емкостей, систему транспортировки кассет, устройство 3 разгрузки кассет, т.е. устройство изымания заполненных продуктом емкостей из гнезд кассет, средство 4 загрузки кассет емкостями (т.е. установка емкостей в гнезда кассет) и средство заполнения емкостей пищевым продуктом, выполненное в виде двух последовательно расположенных устройств (загрузочных станций)  5 и 6, каждое  из которых включает загрузочное устройство, например, выполненное в виде бункера 7 (8) со шнеком для нагнетания продукта (на чертежах не показан), и пресс 9 (10) для уплотнения загруженного продукта, размещенный за соответствующим загрузочным устройством, по ходу движения кассет 1. Для поддержания продукта в пластичном состоянии каждый бункер (7,8) может быть снабжен средствами нагрева (на чертежах не показаны).
Вентиляторы 11 для охлаждения продукта установлены на пути перемещения кассет с заполненными емкостями к устройству разгрузки.
Кассеты 1, изготовленные из пищевого пластика, имеют форму бруса прямоугольного сечения с  расположенными в ряд гнездами 2.
Гнезда 2 выполнены с формой, ответной форме размещаемых в них порционных емкостей, что обеспечивает плотность прилегания наружной поверхности емкости к стенкам гнезда (см. фиг. 4).
гн
ст
Глубина (h) гнезда 2 превышает вертикальный размер (h) емкости на 0,5-2 см.
Система транспортировки кассет включает замкнутый контур, вдоль которого размещены рабочие позиции установки (устройства 3-10).
Замкнутый контур образован двумя параллельными линиями направляющих 12 и 12´ (см. фиг. 1), концы которых сообщены средствами поочередной передачи кассет 1 с одной линии на другую (см. фиг. 2).
Направляющие (12 и 12´) сформированы из угловых профилей, ориентированных горизонтальными полками навстречу друг другу. Горизонтально ориентированные полки профилей служат опорой для кассет, а вертикальные – ограничивают их боковое смещение.
В каждой линии направляющих кассеты 1 установлены вплотную одна за другой.
Для пошагового перемещения кассет вдоль направляющих и их передачи между линиями служат толкатели 13 (см. фиг. 2), выполненные, например, на базе пневмоцилиндров.
На первой линии направляющих 12 размещены устройство 3 для разгрузки кассет и средство 4 загрузки кассет порционными емкостями. На второй линии направляющих 12´ размещены загрузочные станции 5 и 6.
Устройства 3-10 и направляющие 12 (12´) с толкателями 13 могут быть смонтированы на одной несущей раме 14 (см. фиг. 1, фиг. 5)
Компоновочное решение установки характеризуется компактностью, простотой и экономичностью транспортной системы.
Установка может быть снабжена смесителем для приготовления пищевого продукта (на чертежах не показан), который размещают непосредственно над бункерами 7, 8 и выполняют с возможностью опрокидывания.
Средство 4 загрузки кассет емкостями (см. фиг. 5) включает размещенный над линией транспортировки кассет 1 магазин 15 для порционных емкостей 16, размещенных в магазине 15 стопами, количество которых соответствует количеству гнезд 2 в кассетах 1, и механизм 17 для отделения нижних емкостей от стопы.
В качестве порционных емкостей могут быть использованы вафельные стаканчики различной формы, вафельные конусообразные рожки, сахарные рожки, и стаканчики, сформированные из вспученных зерновых материалов.
Все операции на установке выполняются автоматически посредством системы  управления, выполненной известными техническими решениями.
Перед началом работы установки оператор загружает магазин 15 пустыми порционными емкостями (далее вафельными стаканчиками 16), составленными в стопы.
Приготовленный пищевой продукт, например, попкорн или воздушный рис, смешанный со связующим (сахарным сиропом, медом и проч.) по мере необходимости загружается в бункеры 7 и 8.
Перемещение кассет 1 по замкнутому контуру осуществляется посредством толкателей 13 с интервальными задержками, во время которых выполняются технологические операции по загрузке кассет, заполнению стаканчиков пищевым продуктом, уплотнение продукта в стаканчиках, формирование купола, охлаждение и выгрузка заполненных стаканчиков на отводящий транспортер для охлаждения и упаковки.
Последовательность операций, выполняемых установкой, иллюстрирована чертежами, фиг. 6 -12.
Освобожденная от заполненных вафельных стаканчиков в устройстве 3 пустая кассета 1 (см. фиг.2) проталкивается толкателем 13 вдоль направляющих 12 под магазин 15.
Срабатывает механизм 17 отделения нижнего ряда стаканчиков от стопы, и нижний ряд стаканчиков 16 опускается в гнезда 2 кассеты 1 (см. фиг. 6, 7).
Кассеты 1, заполненные вафельными стаканчиками 16, пошагово перемещаются к первому устройству средства заполнения.
На первом этапе заполнения в стаканчики 16 загружается часть порции пищевого продукта 18 (см. фиг. 8). В силу того, что продукт густой и вязкий, и имеет повышенную адгезию к стенкам емкости, большая часть продукта застревает в верхней части стаканчика 16, удерживаясь за стенки последнего.
На выходе кассеты 1 из-под бункера 7 излишки продукта снимаются, и кассета 1 пошагово перемещается под пресс 9. На этой позиции перемещающийся сверху вниз пуансон 19 проталкивает застрявший пищевой продукт вглубь стаканчика 16, при этом продукт 18 уплотняется и равномерно занимает нижний объем стаканчика, что исключает образование в нем пустот (см. фиг. 9).
Благодаря тому, что стенки гнезда 2 кассеты 1 выполнены в точном соответствии с формой и размерами стаканчика 16 и наружная поверхность стаканчика 16 плотно прилегает к стенкам гнезда 2, исключено повреждение хрупкой вафельной оболочки под действием прилагаемых со стороны пресса нагрузок, обеспечена ее целостность.
Далее кассета 1 поступает под бункер 8, где стаканчики 16 заполняются второй частью порции пищевого продукта 18 (см. фиг. 10).
Благодаря тому, что глубина гнезда 2, больше чем вертикальный размер стаканчика 16, обеспечивается возможность формирования выступающей куполообразной верхушки изделия. Форма куполообразной верхушки определяется формой прессующей поверхности 20 пуансона 21. Она может иметь сферическую форму (форму полусферы), конусообразную или любую другую форму (см. фиг. 11).
В процессе перемещения к устройству 3 разгрузки кассет, сформированные изделия охлаждаются потоком воздуха, создаваемым вентиляторами 11 (см. фиг.1, фиг. 2).
На позиции разгрузки кассет (см. фиг. 12) заполненный продуктом 18 вафельный стаканчик 16 выталкивается механизмом 22 через отверстие 23, выполненное в донной части гнезда 2 и захватывается групповым захватом 24, выполненным с возможностью поворота и передачи готовых изделий на отводящий транспортер (не показан).
Установка обеспечивает возможность расфасовки густых высоковязких продуктов, типа воздушного риса и карамелизированного попкорна, в хрупкие порционные емкости.
Производительность установки определяется видом загружаемого продукта и составляет до 1500-2000 кг в сутки.
Для перевода производства с одних видов порционных емкостей на другие достаточно просто заменить одни кассеты на другие кассеты с другой формой гнезд.
Получаемые изделия из вспученных зерновых продуктов, упакованных в съедобные хрупкие оболочки, позволяют расширить ассортимент композиционных десертных изделий, сочетающих в себе несколько различных вкусов.