Gå nerför vilken bakgång som helst i stormarknaden och du hittar rader av muffinsfodral, muffinsförpackningar och tårtskal i runda, fyrkantiga, hjärt-, stjärn- och hexagonformer. Varje form har sin funktion (innehåller smet i bakprocessen för att rengöra och frigöra den färdiga produkten). Och var och en erbjuder en estetik (en visuellt tilltalande representation av bakverk). Men att producera dessa olika former i industriell takt kräver specialiserad formningsutrustning. Automatiserade tårtformsmaskiner är system som omvandlar platta, för-skurna eller rullade ämnen till 3D-bakningsbehållare. Dess dess verktygsarkitektur bestämmer utbudet av former den kan producera. Detta bestäms av dess förmåga att bearbeta material. Detta bestäms av hur det bildas.
Hur formningsprocessen fungerar
Innan man diskuterar specifika former är det nödvändigt att förstå den grundläggande formningsmekanismen. Arbetsprocessen AnAutomatisk formningsmaskin för papperskakakombinerar värme, tryck och mekanisk formning. Ingredienser är vanligtvis smörpapper, pergament eller papper belagt med tunna lager av silikon eller fluorerade polymerer. Och den matas in i maskinen antingen som ett för-klippt ämne eller som ett kontinuerligt nät som skärs till i storlek inuti maskinen.
Skärämnet är anordnat på moderformen (moderformen är ett hålrum inuti den önskade brickan). Den är gjord av en hanform (en stansformad-bricka på utsidan). När stansen kommer in i formhåligheten måste ämnet anpassa sig till formens geometri. Som ett resultat skapar det räfflade sidoväggar, platta bottnar och lockiga kanter som har en pappersmugg bakning. Temperaturer varierar vanligtvis från 180 till 220C. Det aktiverar beläggning eller gummining på papper. Som ett resultat skapar det skarpa, permanenta veck som håller brickans form efter att trycket har släppts.
Studien, publicerad i Journal of Materials Processing Technology, visar att formbarheten av papper under djupdragning och stämpling beror på dess fukthalt, fiberorientering och beläggningstyp. optimal formningsprestanda kan uppnås när fukthalten är mellan 5 % och 7 %. Fibern är vinkelrät mot huvuddragriktningen (Elsevier, 2020).
Runda brickor: Industristandarden
Runda bakmuggar av papper är det mest tillverkade formatet för bakning i världen. De är den mest konsumerade formatvärlden. Den cylindriska eller lätt koniska formen är standardformen för muffins, cupcakes och pajer. För under gräddningen är smeten jämnt fördelad. Det tillåter även värme att cirkulera runt produkten. Det släpper bakverk med minimalt motstånd.
En automatisk papperstårtformningsmaskin producerar cirkulära brickor genom att skicka cirkulära ämnen till en roterande eller indexerande formningsstation utrustad med en cirkulär modul. Diametern varierar vanligtvis från 30 mm cupcakes till 95 mm muffinskoppar. Det veckade mönstret skapar en karakteristisk räfflad sidovägg. Den produceras av den geometriska skillnaden mellan ämnesdiameter och diametern på den färdiga koppdiametern. En standardmuffinskopp kan använda ett 95 mm mellanrum för att bilda en 65 millimeter färdig bas. Så det skapar 8 till 12 veck som är jämnt fördelade runt omkretsen.
Den tekniska fördelen med cirkulär form är strukturell symmetri. formningsprocessen har enhetlig spänningsfördelning och god väggtjocklek och repeterbarhet. Djupet av veck är mycket repeterbart. Och konsistensen på fälgarna är mycket repeterbar. Dessa är viktiga kvalitetsfaktorer för kommersiella bagerier, som kräver att automatiska fyllnings- och förpackningslinjer är av samma storlek. ASTM D646 Standardtestmetod för att mäta vikten (basvikten) av bakplåtspapper. Appliceringen av den cirkulära koppen är vanligtvis mellan 35-80 g/m2 (ASTM International, 2021).
Fyrkantiga och rektangulära brickor: Precision i hörnen
Fyrkantiga och rektangulära bakplåtar av papper används för att göra brownies, plattor och individuella desserter. De utgör en fundamentalt annorlunda utmaning. Den cirkulära brickan fördelar formspänningen jämnt runt 360 grader. Men fyrkantiga pallar koncentrerar stressen i fyra hörn. Papper måste ritas i skarpa vinklar på dessa hörn. Den får inte dras in i en mjuk kurva.
Formpressen på den fyrkantiga brickan har en vinkelavlastningsfunktion. Dessa är små radier i de inre hörnen. Vanligtvis 2-5 mm. Det förhindrar också att papper går sönder under pappersdragning. Även med sådan prägling upplever papperet i hörnet betydligt högre belastning än papperet på de plana sidoväggarna. En studie publicerad i International Journal of Mechanical Sciences fann att lokal belastning i hörnen på den kvadratiska pappersbrickan kan vara 3,5 till 4,2 gånger större än i mitten av en sidovägg. Därför är valet av papper vid dessa stresspunkter och beläggningsprestandan faktorer som avgör kvalitén på kvadratiska magasin (Elsevier, 2021).
En automatisk pappersformningsmaskin för tårtbrickor är konfigurerad för produktion av fyrkantiga brickor med hjälp av för-skurna fyrkantiga ämnen. Den använder inte cirklar. Tomt ämne är placerat ovanför den kvadratiska modermodellen-. Den manliga näven sjunker samtidigt för att bilda de fyra sidoväggarna. Det veckade mönstret skiljer sig från rund kupa. Fyrkantiga brickor använder vanligtvis diagonala veck i varje hörn. De använder inte ett omkretsveckarrangemang. Så detta kräver annan stansgeometri. Det kräver en annan formningstryckprofil.
Fyrkantiga brickor varierar vanligtvis i storlek från 50 × 50 mm till 120 × 120 mm. Det rektangulära formatet har ett förhållande på 2:1, vilket är vanligt i skivapplikationer. Byte av verktyg till olika kvadratiska eller rektangulära storlekar av maskiner kräver vanligtvis byte av både manliga och kvinnliga modeller. På moderna servo-justerbara maskiner tar detta 15-30 minuter.
Hjärta-formade brickor: The Forming Challenge
Hjärtformade-bakmuggar är ett speciellt format som används för att fira tårtor. Dessa inkluderar alla hjärtans dag, bröllop, årsdagar och visningar av dekorativa desserter. De är de mest komplexa mekaniskt standardformade muffinsbrickor som automatiska gjutmaskiner kan producera. Eftersom hjärtgeometrin kombinerar två olika kurvradier. Den kombineras med spikarna i botten. Det övergripande utseendet är också asymmetriskt.
Den hjärtformade brickans-formade form måste ta hänsyn till den geometriskt inneboende ojämna spänningsfördelningen. De två övre loberna kräver att papperet ritas i konvexa kurvor. bottenpunkten skapar en spänningskoncentrationspunkt. Vid denna tidpunkt dras papperet till en radie nära noll. Formdesignen måste inkludera skaldragningsvinklar. Den måste innehålla ett kontrollerat materialflöde. Detta förhindrar vertex. Den upprätthåller en skarp definition av veck längs den böjda sidoväggen.
Hjärtformade-brickor producerar vanligtvis storlekar från 45 mm (mini cupcake) till 90 mm (standardkakor) i motsvarande diameter. Volangerna är oregelbundna. Dess övre blad tätare veck. Raka krusiduller är också glesare. Den har ett skarpt veck i botten. Denna oregelbundenhet gör att det omgivande formningstrycket sannolikt inte är enhetligt. Därför måste maskinen applicera differentialtryck på formens yta. Den här kapaciteten kräver pneumatiska eller servostyrda- flerzoner.
European Federation of Food Science and Technology (EFFOST) har publicerat en studie om de strukturella egenskaperna hos formning av pappersbakningsbehållare. Det noterades också att den hjärtformade-brickan uppvisade cirka 20 procent mer lateral styvhet än den större cirkulära brickan. Detta beror på den ojämna fördelningen av veck och en minskning av det totala antalet veck. Som ett resultat kräver hjärtformade-fack något högre pappersvikter-. Detta är vanligtvis 5-10g/m2 över motsvarande rundspecifikation. Dess strukturella prestanda nådde jämförbara nivåer (EFFoST, 2022).
Andra specialformer: Stjärnor, Hexagoner och anpassade format
Utöver dessa tre grundformat kan moderna gjutmaskiner producera en serie geometriskt definierade former.
Stjärnbrickor
Huvudtalet var i stjärnform. Dessa inkluderar semesterbakning, barnkalasartiklar och dekorativa dessertförpackningar. Fem eller sex punkter på stjärnan skapar en extrem koncentration av stress vid varje vertex. Så de kräver att formen utformas med en utstuderad sträckradie. Och de kräver papperssubstrat med hög-tvärsnittsrivhållfasthet. TAPPI T414 definierar testmetoden för rivhållfasthet i papper. Detta är den primära massaparametern för att utvärdera substratens lämplighet för stjärnformat-format (TAPPI, 2022).
Sexkantiga och åttkantiga brickor
Fler-sidiga former ger en kompromiss mellan effektiviteten hos den cirkulära koppstrukturen och optimeringen av kvadratisk behållarutrymme. De används ofta i kommersiella bakprodukter och måste effektivt läggas in på vanliga bakbrädor. Processen att forma en fler-fack är mekaniskt enklare än processen att forma en-hjärtformad bricka eller stjärnform. Eftersom stressen inte är jämnt fördelad. Men det är lättare att förutsäga och hantera än vid akuta hörn.
Anpassade former
Vissa tillverkare erbjuder skräddarsydda-formar med oregelbundna former. Dessa inkluderar blommor, djur och säsongsmönster. De är dekorativa, inte funktionella. Dessa former kräver vanligtvis dedikerad verktygsutveckling. De producerar mindre. Därför gäller de endast premium- eller säsongsbetonade produktlinjer.
Mat-Kontaktsäkerhetsnormer för pappersbakplåtar
Oavsett form måste alla bakplåtar av papper uppfylla säkerhetsföreskrifterna för livsmedelsexponering. I USA reglerar FDA papper och kartong i kontakt med livsmedel enligt avsnitt 176, kapitel 21, i Federal Food Regulations (Indirekta livsmedelstillsatser: papper och kartongkomponenter). Förordningen anger också vilka ämnen som är tillåtna i papperstillverkningsprocessen. Detta inkluderar lim, beläggningar och polymerbehandlingar. Användningen av perfluoralkylsubstanser (PFAS) för fettbeständiga behandlingar har blivit föremål för ökad regulatorisk granskning. Flera andra stater har restriktioner för PFAS i exponeringsdokument för livsmedel (FDA, 2022).
I Europa fastställer förordning (EG) nr. 1935/2004 ett ramverk för material som exponeras för livsmedel. Det kräver också att papper och kartong inte överför stora mängder ingredienser som kan vara skadliga för människors hälsa när de kommer i kontakt med livsmedel. Det får inte orsaka oacceptabla förändringar i livsmedelssammansättningen. Det tyska federala institutet för riskbedömning (BfR) rekommendation XXXVI ger detaljerade specifikationer för papper och kartong i kontakt med livsmedel. Den innehåller också specifika restriktioner för förflyttning av enskilda ämnen (Federal Code Collection, 2021).
En automatisk pappersmaskin för att forma tårtbrickor avgör inte själva efterlevnaden av dessa regler. Eftersom flexibilitet är en funktion papperssubstrat och beläggningsmaterial. Men maskiner kan inte införa föroreningar under formningen. Detta inkluderar överföring av smörjmedel från formens yta. Dessutom skapar det inte förhållanden som kan skada tillträdesbarriärer för pappersmat. Maskiner konstruerade för livsmedels-produktion använder livsmedels-smörjmedel på alla kontaktytor. De använder verktyg av rostfritt stål eller anodiserad aluminium för att bekämpa korrosion och föroreningar.
Slutsats
Automatisk formningsmaskin för muffinsbrickor kan producera en mängd olika brickformer. Dessa sträcker sig från strukturellt effektiva runda koppar till det geometriskt komplexa hjärtformatet. Detta uppnås genom samspelet mellan formgeometri, formtryck, termisk aktivering och pappersmaterialegenskaper. Rouletteformat förblir branschens riktmärke för förutsägbarhet. Det förblir baslinjen för dess strukturella prestanda. Fyrkantiga och rektangulära format introducerar utmaningen att hantera vinkelstress. Och allt detta kräver noggrann formning. De måste välja sitt underlag noggrant. Hjärtan och andra specialformat tänjer på gränserna för pappersformbarhet. Därför kräver de multi-tryckkontroll. De kräver gradvisa vinklar. Detta möjliggör -felfri produktion i industriella hastigheter.
Referenser
- Elsevier. (2020).Formbarhet av papper i djup-ritnings- och stämplingsprocesser: Effekt av fukt, fiberorientering och beläggning. Journal of Materials Processing Technology, 282, 117698.
- ASTM International. (2021).ASTM D646: Standardtestmetod för ytvikt på papper och kartong. West Conshohocken, PA: ASTM.
- Elsevier. (2021).Lokaliserad dragtöjningsanalys i fyrkantig papperstrågformning: Hörnspänningsfördelning. International Journal of Mechanical Sciences, 193, 106171.
- EFFOST (European Federation of Food Science and Technology). (2022).Strukturell prestanda för formade pappersbakningsbehållare: Jämförande styvhetsanalys över geometriska format. Food Science and Technology International, 28(3), 245–256.
- TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry). (2022).TAPPI T414: Inre rivhållfasthet hos papper. Peachtree Corners, GA: TAPPI.
- FDA (United States Food and Drug Administration). (2022).21 CFR Part 176: Indirekta livsmedelstillsatser - Pappers- och kartongkomponenter. Silver Spring, MD: FDA.
- BfR (tyska federala institutet för riskbedömning). (2021).BfR-rekommendation XXXVI: Papper och kartong för kontakt med livsmedel. Berlin: BfR.
- Europeiska kommissionen. (2004).Förordning (EG) nr 1935/2004: Ramförordning om material i kontakt med livsmedel. Bryssel: EG.