专利名称：多孔挤出模具和获得相同流速的方法
技术领域：
本发明涉及通过多个模具孔挤出物料的挤出模具。特别是涉及能生产多股速度基本相同的挤出物的挤出模具。
背景技术：
具有不同外观形状的产品的挤出物通常通过挤出完成，例如通过宽孔以产生片状挤出物或作为另一种例子通过环孔以产生管状挤出物。正如在此所使用的，通道是管状结构或导管，产品通过通道能够流动，通道位于挤出模具的内部，并且与相关联的孔成流体连通。具有多个挤出孔并且呈放射状布置的挤出模具被广泛使用以制作直接膨胀的产品从而实现工业生产率。虽然放射状布置通过通道可以提供几何学上到达每个孔的相同的流路， 但是孔的位置的径向对称不能使每个孔的流速都相同。这部分是由于面团通常具有层流特征这样一个事实，由于没有湍流因此通过混合不能使螺旋卸料区产生的压差和速度差平衡。当例如多股挤出物进入轧花辊刀时，每个孔的流速不同成为一个难题。如果每个孔的流速都不同，那么有些股将被拉紧，可能将该股拉断，而其它的股就会松驰，导致它们在被轧花之前堆积到它们可能干扰相邻的股或自身折叠的程度。当对于给定的产品需要每股的尺寸更加相同时这个问题更严重。这样的一类产品是共同挤出产品，其中一种食品产品在里面并被另一种挤出的食品产品包围。由于一种产品被喂入另一种食品产品的内部，因此每种产品的挤出速率比起其它的应用更加重要。外部的挤出产品速度必须与内部产品的速度几乎相同。已经有很多的尝试来生产具有相同速度的挤出物，每种尝试都有不同的缺点和限制。其中的一种尝试的例子是Simpson的美国专利第4，088，433号。Simpson注意到由于流体的层流特征，尽管模具提供了几何学上相同的流路，但是通过中心孔被挤出的产品的速度大于模具周边的速度。这部分是由于这样一个事实，即Simpson使用的模具具有与钻孔机相同的直径，这样产生了抛物线速度曲线。为了尝试克服这个问题，Simpson公开了通过降低模具中心的孔的密度提高中心的流体流动遇到的阻力。同时，Simpson公开了通过提高模具周边的孔的密度降低周边流体流动遇到的阻力。然而，这种方法具有的缺点是只对较窄范围的操作条件能获得平衡的流动。例如，如果例如流速或原材料特征的操作参数发生改变，黏度就会发生改变，并且层流特征也会因此发生改变。因此，需要改变所需的孔密度得到一种新的模具面。由于该模具面不能调节，因此在生产期间不可能进行微调。尽管引用的现有技术在细微改变抛物线流速方面取得了成功，但是现有技术不能进行微调以获得大约相同的速度。此外，由于孔围绕模具面分布，不仅仅沿着周边，因此模具面中心的共同挤出是困难的。尝试生产具有均勻尺寸和速度的挤出物的另一个现有技术的例子是Paul Richardson 在他的书 Introduction to Extrusion 中所描述的，Paul Richardson，Introduction to Extrusion, Society of Plastics Engineers (1974)。Richardson 先生教导了一种挤出模具，该模具包括一根大的歧管(manifold)，该歧管与具有一定宽度的通道连接，产品通过该通道被挤出。由于该挤出模具包括具有一定宽度的通道，因此生产的是具有相应宽度的片状挤出物而不是管状挤出物。歧管的形状，是指“线性的”或“平面的”分配产品。片的厚度和速度通过使用多个扼流杆进行调控。每个扼流杆“阻止”歧管中流体的流动并充当一个坝。由于这样的模具具有大的歧管，因此面团在模具内通常具有较长的停留时间，这不适于某些面团配方。在现有技术的一些实施例中，已经获得了长达45秒或更长的平均停留时间。如在此所使用的，停留时间是指产品在挤出模具内渡过的时间。本领域众所周知挤出过程主要取决于温度，时间以及其它的因素。暴露较长的停留时间和较高的温度的产品可导致某些产品面团配方发生产品降解。例如，如果暴露在某温度下的时间过长很多产品会硬化或凝胶化。由于硬化或凝胶化能够堵塞设备并生产出不理想的产品， 因此一般应当避免这样的硬化或凝胶化。而且，使用扼流杆的方法一般需要专业技术人员设计出能预防挤出物从调节设备的可移动部分之间泄漏出来的封口，这样明显提高了模具的成本。应当注意专业模具设计者们能够使用计算流体力学(CFD)，它是使用数字方法的流体力学的分支，来分析和设计具有大约平衡流动的模具。然而，使用CFD需要强大的并造价极高的专业知识来建立计算网格以制作各种模具设计的模型，以及用于计算资源的其它经费。假使对食品材料的流动行为特征的设想存在错误，那么另一个代价是计算结果中出现错误的风险。这是因为就测定流动行为来说，食品挤出物材料非常复杂，因为食品中的生物高分子的流动行为极大地受水分含量的影响，而对于干的合成聚合物这不是问题，以及因为与合成聚合物相比食品组合物更加不均勻。考虑到这些风险，因此判断模具设计的最终成本是过高的。由于上述的各种原因，因此希望具有一种挤出模具，它能够生产出具有基本相同流速的产品。类似的，希望生产出多股具有基本相同速度的非片状的挤出物。还希望具有一种挤出模具，它能够处理需要较低停留时间的面团。并且，希望找到一种能在挤出或共同挤出中使用的可获得基本相同流速的方法和挤出模具。最后，希望所述的方法比现有技术中使用的方法更快并且更廉价。
发明内容
本发明公开了一种方法和设备，所述方法和设备能够用于从挤出机中生产出多股具有相同流速的挤出物。本发明使用在模具中具有多个通道的挤出系统并公开了在挤出模具的每个通道上安装可调节的计量装置。然后将产品送入挤出模具并测量其流速。每个通道上的计量装置可被单独调节以提高或降低通过每个通道的流动和速度。只有在模具没有运转时才能进行调节以使它能用于进行硬化或凝胶化的热挤出物。再次将产品送入挤出系统并然后进行测量。然后再次对计量装置进行调节。经过后续重复后，测量每个通道以使每个模具具有更加均勻的流速。因此，在设定的工作条件下对于给定的产品可挤出具有均勻流速的多股挤出物。最终，由于生产出具有相同流速的多股挤出物，因此可将本发明应用在多步挤出工序中，此时更加期望每个产品都具有相同的流速。
确信为本发明特征的新颖性特征描述在所附权利要求中。然而，在结合附图阅读时，参照以下说明性的实施例的详细说明，可以对本发明本身及其优选的应用模式，更多目的及其优势理解的更为透彻，其中图1为用于本发明的一个实施例的多孔共挤出模具面的平面图；图2是双螺杆挤出机和多孔共挤出模具的顶部剖视图；图2A是图2中的共挤出模具的一个通道的放大图；图3是绘制从呈放射状放置的多孔模具中出来的多股挤出物速度的图；图4A是D-形通道的横截面流动的剖面图；图4B是已经部分闭合的D-形通道横截面流动的剖面图。
具体实施例现在参考附图描述本申请人的几个实施例。除非特别声明，相似的元件在所有附图中通过相同的数字表示。图1表示的是现有技术中共挤出模具面的平面图，可将其用于本发明的一个实施例中，其中共挤出模具上的孔围绕模具面103呈放射状分布。参看图1，可以看到每个共挤出孔都由两个同心孔组成，圆形内孔101和环形外孔102。圆形内孔101表示将里面的产品送入共填充产品的孔，一般来自于单独的供源。外部的同心环形孔102是外部的挤出产品离开模具面103的孔。注意，尽管图1描述的是共挤出模具，但是本发明不限于此。本发明提供了从多个通道中产生具有相同流速的挤出物的新的装置和方法。本发明可用于两个单独的挤出工序以及共挤出工序以得到多股具有相同速度的挤出物。正如在此所使用的，多股挤出物是指任何的产品，迫使它通过孔并成型以得到管状或线状的外形。在此所使用的 “相同的流速”或“基本相同的流速”是指具有一定速度的股，它们具有小于平均速度10% 的速度方差，更优选小于平均速度的5%，以及最优选小于平均速度的1%。在此所使用的方差是所测量的数据点相对整个数据组的平均值的百分比的差值。在此使用的共挤出是制作共填充产品的过程，其中产品的中心包括第一食品产品并且产品的外部包括第二食品产品，以及其中至少一种产品是被挤出的。因此，在共挤出过程中两个产品一般来自两个单独的供源。例如，在一个实施例中，外部是直接膨胀的挤出物。直接膨胀的挤出物产品是指在挤出之后立刻膨化的一种产品，这是由挤出机的条件和产品的性能决定的。在一个优选的实施例中，第二食品产品包括挤出的食品产品。挤出物围绕模具形成得到中空的产品，它可以被另一种食品产品填满。另一种食品产品可以被第二个挤出机挤出或只是被简单地泵出。应当注意，还可以生产共填充产品，其中内部的产品是挤出烹制的而外部产品不是。因此，在共填充的产品中或者内部或者外部的产品或二者都是挤出烹制的食品产品。在此使用的挤出烹制是指在足够获得足量水蒸气压的温度下使产品膨胀而被挤出的产品。图2是双螺杆挤出机和多孔共挤出模具的顶部剖视图。应当注意，在此使用的“挤出机”是指能生产挤出物并包括输送装置如一个螺旋钻或多个螺旋钻的设备。术语“挤出模具”是指与挤出机连接的模具，通过该模具挤出挤出物。最后，术语“挤出系统”包括挤出机以及挤出模具。因此在图2所示的实施例中，术语挤出系统包括螺旋钻201以及挤出模
6具200。在多个实施例中含有喷嘴的模具板(未示出)与模具200的出口末端连接。本领域技术人员能够理解模具板的使用和设计。将产品送入通过联合作用螺旋钻201对其施加作用的喂料器208中，联合作用螺旋钻201就是所说的双螺杆挤出机。应当注意虽然该实施例描述的是螺旋钻201，但是本发明不限于此。任何已知的混合，剪切，以及对产品进行导向定位的装置都可以使用。由于机械能的损耗，因此使用螺旋钻201的挤出机可产生大量的热；很多这类的挤出机任选具有加热或冷却套(未示出)或二者兼具以提供热量或从过程中将热量移走。如上所述，挤出是主要受时间和温度影响的过程。因此，控制挤出物的温度很重要。在一些实施例中发现由于食品和螺旋钻的摩擦使联合作用螺旋钻201产生了的热提供了大量的热量，因此确实需要通过冷却套将热量移走。通过这样一个双螺杆挤出机的流速由一个螺旋钻或多个螺旋钻的尺寸或转速，挤出模具的流动阻力，以及控制螺旋钻的发动机的驱动电源限定，但是改变范围在一个实施例中是从150磅/小时到7000磅/小时。申请人关心的离开速度的范围是30英尺/分到200英尺/分。申请人认为任何高于30英尺/分的挤出都是“高速” 挤出过程，这是本申请人的发明理想的速度。在混合待被挤出的产品时，通过螺旋钻201推挤直到产品到达挤压模具200的入口 202。对于丸状产品来说，在挤出模具200的入口 202产品的温度变化范围是150° F 到250° F，更优选的从180° F到230° F。对于直接膨胀的产品来说，温度的变化范围是 250° F到450° F，更优选的从325° F到425° F。温度一般由位于挤出模具200的入口 202处的热电偶或类似装置进行测量。同样在入口 202处测量的压力的变化范围一般为 800psig到2，500psig，尽管压力可以更高些。然后将产品等分到多个通道203中。如上所述，在挤出模具200中这些通道都是单独的狭窄管道，通过它们产品能够流到模具面内相关联的孔内。因此，每个通道203都与与它相关联的孔的出口成流体连通。通道203的尺寸可以根据所希望的产品尺寸进行改变。通道203可以是任何的尺寸和形状，但是典型的是半管或D-形并具有在操作流速下具有适当的剪切速率和停留时间的横截面。在一个实施例中，使用了小到0. 05平方英寸的横截面。正如所描述的，通道203被旋进挤出模具200的凸出部分210中。因此，当模具的凸出部分210和凹入部分209没有啮合时，可在凸出部分210的表面上看到通道203。但是，当凸出部分210和凹入部分209啮合时，通道203被封上了。凸出部分210和凹入部分 209通过本领域已知的各种方式如螺栓连接起来以确保它们稳固地啮合而没有泄漏。应当注意在其它的实施例中，通道开槽在模具的凹入部分209的表面上。其它的制作通道203 的方法例如围绕含有通道的模子浇铸挤出模具200也可以使用。为了清楚的目的，图2只描述了两个通道203。然而，这个数字不能被认为是限定，因为本发明实际上对于任何数目的通道都是成功的。此外，如上所述，在一个实施例中，沿着模具面呈放射状布置了多个通道。更进一步的，在一个实施例中，优选模具200的模具面含有足够宽的直径以便在下游工序中更好的处理挤出物。一旦挤出物进入通道203，它就不再与其它通道203内的挤出物并行相通。图2中的通道203 —般等长和等容。可以预测由于通道203等长并等容，因此通过每个通道和各自孔的流速应是相同的。然而，这不是典型的情况。图3表示了绘制从呈放射状放置的多孔模具中出来的多股挤出物流速的图，所述多孔模具具有12个相同的模具孔，每一个孔与相应的通道相关联，每个通道的长度，容积和几何形状都相同。实线表示离开每个孔的挤出物对所有12个孔进行平均后的平均速度。 虚线是将每个孔的挤出物的实际流速的所有数据点连接起来。数字与孔的位置相对应。可以看到很多孔，特别是孔2和8比其它的孔的速度大。不受理论的限制应当相信这种差异不是由上述Simpson所公开的抛物线的流速导致的，而是由于共同旋转的双螺旋钻201出口的不同压力曲线引起的(图2)。直接与孔2和孔8相邻的很多孔已经降低了速度。孔7 和孔10的速度恰好低于平均速度。如果每个孔具有相同的速度，那么虚线和实线应该是相同的线。而且，更重要的是注意到每个孔具有的通道是等容和等长的。因此，虽然人们预测每个孔应该具有恒定的速度，但实际情况并不如此。这样的一个图说明了本申请人在监控和调整该过程的方法中使用的一种工具，这将在下面进行描述。应当注意尽管图3和图2描述了含有等容，等长和相同几何形状的通道的模具，但是本发明并不限于此。正如下面进一步描述的，本发明允许单独调节每个通道，从而得到具有相同速度的多股挤出物。因此，虽然长度和尺寸不同的通道需要进行更多的调节，但是只要长度和尺寸的差异不是太大，本发明的方法仍然能获得具有相同速度的多股挤出物。重新参考图2，如上所述图2显示了多个通道203。与每个通道203相关联并相通的是计量装置401。图2A描述了图2中虚框表示的区域的放大图。参考图2A，计量装置 401包括含有限流器403，紧固器402，以及插孔螺栓404的组合体。应当注意如图2A和图 2所示，流体将以垂直于限流器403的宽度并平行于其长度的方向流动。因此，在图2A中， 示出了限流器403的长度。限流器403的宽度即流体遇到的侧面表示在图4A和4B中，将在下面描述。图2A仅仅说明了本发明的一个实施例；不是所示的这种的其它的计量装置401也可使用在本发明中。限流器403包含矩形块，环形插件，螺纹栓，螺丝，销子，垫圈，或7任何其它本领域熟知的用来阻止流动和降低流速的装置。图2A示出的矩形块用作限流器403， 并且螺纹栓用作紧固器402。由于每个通道203都具有它自己的计量装置401，因此每个通道的速度可被单独地调节。为了调节通道的计量装置401，首先关闭挤出机。然后，根据模具200的结构，将所选的计量装置401移走。图2A中所示的模具如上所述包括凸出部分210 和凹入部分209。因此，在图2A所示的模具中，凸出部分210和凹入部分209彼此分离，使计量装置401暴露出来。如上所述，在图2A中所示的计量装置401包括紧固器402，限流器403，以及插孔螺栓404。紧固器402用于确保将限流器403固定在模具200上。当移走限流器403时如为了安装或移动垫片(图2A中未示出)可使用插孔螺栓404。通常在生产出挤出物后，物料会堵塞和粘在计量装置401上。因此，有时移出和调节计量装置401很困难。为了克服这个难题，在一个实施例中，计量装置401包含插孔螺栓404，它能够用于分离限流器403与模具200。当旋转插孔螺栓404时，它们与模具相邻并推出限流器403从而将计量装置401 移走。应当注意这些插孔螺栓404是任选的。一旦计量装置401被移走，垫片(图2A中未示出)就被插入到模具200中。参考图4A和4B进一步讨论垫片405。图4A和4B示出了两个半管或D-形形状的通道203。图4A示出了 D-形通道203，其中计量装置401完全打开。这样使产品不受限制的通过通道203流动。因此，图4A表示出未经改变的计量装置401。该通道的一个侧面被凹入部分209包围而另一个侧面被凸出部分210包围。在该图中，限流器403是矩形块。图4B示出了 D-形的流动剖面，其中计量装置401被部分关闭以限制流动，并因此降低流速。图4B示出的垫片405位于凹入部分209和限流器403之间。垫片405可包括实际上任何形状的任何材料只要它的尺寸适于放置在模具200内就可以。垫片405可包括需要厚度的平板材料，插件，垫圈等等。因为垫片405妨碍限流器403使物料流不能停留在模具的凹入部分209处，因此将限流器403伸入通道203中。这样使产品通过的通道203的横截面积减少。因此，通道203的横截面积以及相应的挤出物的速度通过改变垫片405的厚度或添加其它的垫片405而被调节。此外，由于垫片405在限流器403的模具侧面，因此避免了可能会引起的很多泄漏问题。参看图4B，可以理解即使产品自身被迫回到垫片405， 那么也没有使产品发生泄漏的地方，因为紧固器402被模具包围。因此，由于垫片405和计量装置401都位于模具内，所以本发明不需要计量装置401完全密封。这样有助于使模具的设计和制造的费用都下降。注意尽管描述的是D-形流动剖面，但是本发明不限于此。任何流动剖面的形状如圆形，卵形，矩形等等都可以。此外，虽然对于一个具体的实施例已经描述了较多的细节，但是本发明不限于此。如上所述限流器403可包括其它的材料如垫圈或销子，它们可以伸入物料流中。作为例子，可以使用螺丝作为限流器403，与刚刚介绍的方法相似。在这样一个实施例中，螺丝被旋进模具的凹入部分209中。然后将垫片或其它的器件插入到模具凹入部分209的螺孔中，或者将螺丝部分地撤出。因此，螺丝不能与凹入部分209相邻并伸入通道203中。一旦模具的凹入部分209和凸出部分210啮合，通道203的横截面积就下降，通过通道203的流速就被调节。同样，这些实施例仅是用于说明的目的不能认为是限制。再参考图2，一旦产品被分到各个通道203中，就通过挤出模具200被挤出来。如果所预期的产品是共同挤出的产品，那么在外部产品205通过外孔102被挤出时(图1)， 内部产品204同时并单独的导入位于每个通道203的同心的内部产品管207中，然后通过内孔101(图1)。图2仅仅示出了两个产品管207，但是这主要用于清楚的目的。通常情况下，每个通道203都具有一个相关联的内部产品管207。在这个实施例中，外孔102(图1) 与相关联的通道203相通而内孔101 (图1)与独立于挤出机的单独喂料器连接。正如上面所指出的，如果需要，挤出模具200能挤出将成为内部产品的产品，而包括外部产品的产品被同时且单独的导入外部产品管中。在这样的一个实施例中(未示出)， 挤出产品通过的通道同心位于外部产品管中。在这样的实施例中，内孔101(图1)与相关联的通道203相通而外孔102(图1)与独立于挤出机的单独的喂料器连接。再参考该图， 内部产品管207的尺寸和位置根据预期的产品发生改变。内部产品204可以从是另一个挤出机中被挤出的产品或是通过泵或其它的方式获得的非挤出的产品。无论怎样，都可使用内部产品204填充共同挤出产品的内部。每个产品以相同的速度离开挤出机通常是所期待的并且可能是非常期待的。然后被挤出的产品离开孔表面并在挤出模具200下游的一定时间通过联合作用夹子206被切断。由于图2是共同挤出机的俯视图，因此只表示了顶部夹子206。联合作用夹子206夹牢，拉伸并将挤出物剪切成小块。在一个实施例中，每股挤出物被导入一对联合作用夹子206中。应当理解如果每股都导入同一对夹子206中，如果每股含有相同的速度将是理想的，因为夹子206只有一个速度。如上所述，如果一股具有比其它股较大的速度，那么这股就会堆积在夹子206的前面因为它的速度大于夹子206的速度。与此相反的情况是其中一股具有比其它股和夹子206较慢的速度。这样的股在到达夹子206之前会被撕断或撕裂。这样，只使用一对夹子206更希望速度相同。注意任何其它熟知的用于切断，剪切， 或使多股挤出物分开的方式都可以代替联合作用夹子206被使用。这样，现在已经描述了一种装置，该装置在挤出模具内的每个单独通道203中都具有计量装置401，计量装置401 可被调节并改变流速以生产多股具有相同速度的挤出物。产生这样均勻流速的方法将在下面进行介绍。产生相同速度的第一步是选择具有单独通道的模具，这样可进行更好的控制。每个通道还具有一个相关联的孔。具有单独通道的挤出模具与含有一根大的分配歧管的挤出模具正相反。这种歧管可提高停留时间。含有一根大的分配歧管的例子可在平板模具中找到。如上所述，提高停留时间常常是不希望的，因为这样可导致产品降解包括硬化和凝胶化，以及由于堵塞造成的设备故障。此外，使用一根大的分配歧管限制了调控量，因为没有单独的流动管道可以使用计量装置。由于本发明使用单独的通道，这与一个集中的歧管相反，所以每一个通道都可被单独调节。而且，由于在本发明中使用的模具没有一根大的分配歧管，所以使用这种方法将面团挤出通过通道需要很低的停留时间，约2秒左右或更少。在一个实施例中，希望停留时间为30秒。类似的，本发明允许面团挤出的离开速度高达或高于200英尺/分。停留时间，温度，压力和挤出速度都可以被调节以符合不同面团配方。这样，本发明使加工弹性得到提高，因为它可以在各种加工条件下加工各种面团。本发明的目的是生产各自独立的产品，任选包括空心的以便将内部产品填入其中。这样的产品的形状可以是管状的或能够被挤出模具生产的具有任何截面形状。此外，该方法相对于现有技术中的方法提供了更加节约成本和节约时间的替代方法。包括单独通道203的模具被选定了之后，将计量装置401安装在每一个通道203 内。这样的计量装置401是防泄漏和抗腐蚀的。计量装置401几乎包括任何食品级的材料。 如上所述，计量装置401中的限流器403可包含矩形块，环形插件，螺纹栓，销子，螺丝，垫圈等等。另外，每个计量装置401可被单独地调节。接着，将产品喂入挤出模具200的入口 202。产品被挤出得到多股挤出物。然后将从每个单独的孔离开的多股挤出物收集起来并称重，测量每股的物质流速和相关的离开速度。然后将结果点在如图3所示的那样的图上。这样能使操作人员确定需要调节哪一个孔或哪些孔以及相应的计量装置。例如，在图3中，孔2和孔8具有比预想要大的速度；因此，孔2和孔8中的计量装置401需要被调节以降低通过这些各自通道的流速。每股的离开速度通过调节与通道相关联的至少一个计量装置401而被调节。在进行调节之后，再次挤出产品，测量每股的速度和流速，然后在重复操作中重复这些步骤以得到具有更加相同速度的多股挤出物。在每次重复之后，每个通道都会产生具有越来越相同流速的多股挤出物。然而，正如每次重复能改变被调节的孔的速度一样，同样地也能调节未被调节的孔的速度。因此，为了生产多股具有相同或基本相同速度的挤出物后续的重复一般是必须的。在一个实施例中，为了得到具有基本上相同速度的多股挤出物需要进行3次重复。如果在几次重复后将结果作图，参看图3，孔2和孔8的速度降低了，而孔7和孔10的速度升高了， 得到的图更多由表示平均流速的实线包围。因此，每个孔的速度与所有孔的平均流速接近。 还要注意生产具有基本相同速度的多股挤出物的方法还可用在共同挤出机上以生产具有内部产品和外部产品的共同挤出产品，其中的任何一个或两个产品都可被挤出。对于一种特定的面团配方，一旦挤出模具200和计量装置401已被调节到相同生产速度，那么对于该特定的面团配方以及任何其它具有相似粘性流动行为的面团配方该挤出模具200都会产生相同生产速度。例如，如果希望挤出一种不同的面团配方，其比已经进行调节的面团配方具有更高或更低的粘度，那么需要进行新一轮的重复调节，在这种情况下为了生产的目的应当制作一个单独的模具。在另一个实施例中，开发了一种计算算法，该计算算法能够估算限制通道所需的改变以获得指定孔的速度改变。算法可用于缩短找到对孔进行最佳调节所需要的时间。或者说，算法能够提高上述反复重复的效率。虽然上述的重复过程使用实际的试验来确定所需的调节，但是算法能预测调节所需的垫片厚度。例如，算法能够计算出它预测每个通道产生相同流速的面积。然后，根据该面积，计算垫片的厚度。作为例子，进行首轮试验并将结果点在类似图3那样的图上。然后，算法使用收集的数据并计算每个通道的面积，依次计算垫片厚度，算法预测能产生相同流速。然后将新的垫片厚度或插入挤出模具中或者算法使用新的垫片厚度并预测得到的流速，然后算法使用该流速计算垫片的新的厚度。这样，在一个实施例中，反复使用算法以计算出最佳的垫片厚度。通过使用这样的一种计算算法，或反复计算或一次计算，试验重复的次数就能减少。但是，估算的垫片厚度可能有错误，这可由很多因素引起，包括例如缺少实际粘度或其它能影响算法预测的变量的精确知识。本领域技术人员能够理解可通过计算流体力学(CFD)减少或抵消算法内的这些错误，计算流体力学用于模仿模具流动并预测必要的流动限制。因此，CFD可与本发明的方法联用以提供更加准确的算法。然而，即使使用CFD预测，仍然需要证实所作的预测。无论如何，本领域技术人员能理解使用计算算法能使重复过程更加有效。应当注意已经观察到仅仅进行如上所述的重复试验比开发CFD模型和进行密集计算模型更快并且费用更少。这将在下面详细描述。如上所述，专业的模具设计者可使用CFD进行设计并模拟流动模式以设计出具有基本平衡流动的模具。然而，该方法是非常昂贵并且相当费时。本发明的方法比现有技术中的方法成本显著降低的原因如下。首先，在本发明的方法中使用的模具可被相对较快地设计出来，这是因为该模具并不是开始就期望能产生具有相同流速的流动。相反，该模具的制造具有灵活性能使使用者调节模具以获得基本相同的速度。在本发明的一个实施例中， 设计该模具的时间仅仅需要3个小时，而专业的模具需要设计者花费几天的时间。因此设计时间比起使用专业的模具设计者来说显著加快和更加便宜。第二，在本发明中使用的模具比专业模具的制造成本更低。因为制造本发明的模具具有灵活性，所以在设计和制造中的任何错误都可通过本发明的方法进行校正。因此，本发明中使用的模具包括的限制性公差(restrictive tolerances)更少，并因此比制造用于很快产生相同流速的专门设计的模具的要求更少。进一步，由于本发明的模具是可调节的，因此可用于各种面团配方。然而， 针对一种面团配方而专门设计来产生基本平衡流速的模具对于不同的面团配方的效率可能不高。最后，甚至在经过周密设计后，该模具可能没有按预想的那样发挥作用，特别是如果挤出物的流动特征难于精确测定，因为这常常是生物高分子挤出物的情况。因此，即使在付给专业模具设计者报酬进行设计并制造了专门的模具之后有巨大的风险，所述的模具没有按预想的那样发挥作用，因此不得不从新设计和/或重新制造。
前述的方法获得了多股具有更加相同流速的挤出物。尽管已经具体展示并参考优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应当理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对形式和细节做各种改变。
权利要求
1.一种使用挤出机系统从多个模具孔中生产多股具有相同速度的挤出物的方法，所述的系统包括挤出机和挤出机模具，所述的模具包括多个单独的通道，所述的通道具有可调节的计量装置，所述方法包括下列步骤a)通过所述的挤出机模具喂入产品以生产多股挤出物；b)测定每股所述挤出物的离开速度；c)通过调节与通道相关联的至少一个计量装置调节每股所述挤出物的离开速度；d)反复重复步骤b)和c)以生产具有大致相同速度的多股挤出物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述的重复步骤d)直到获得的相同速度具有小于平均速度10%的方差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述的重复步骤d)直到获得的相同速度具有小于平均速度5%的方差。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述的重复步骤d)直到获得的相同速度具有小于平均速度的方差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的重复步骤d)生产多股挤出物的速度大于 30英尺/分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的步骤a)的喂入包括在所述的通道内的停留时间小于2秒。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)中所述的调节由计算算法确定以提高步骤d)的反复重复的效率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的模具是具有至少一个内孔和至少一个外孔的共挤出模具，并且其中进一步的，在所述的步骤a)的喂入过程中，第一食品产品通过所述的内孔喂入以及第二食品产品通过所述的外孔喂入。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤a)所述的喂入包括通过所述的内孔喂入第一食品产品，其中所述的第一产品是直接膨胀的产品。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤a)所述的喂入包括通过所述的内孔喂入第一食品产品，其中所述的第一食品产品包括非挤出产品。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤a)所述的喂入包括通过所述的内孔喂入第一食品产品，其中所述的第一产品包括挤出产品。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述的第一食品产品和所述的第二食品产品以基本相同的速度离开所述的挤出机模具。
13.根据权利要求1所述的方法制作的挤出食品产品。
14.一种挤出机系统，包括挤出机；挤出机模具，所述的挤出机模具包括多个单独的通道；多个模具孔，其中每个所述的单独的通道都与一个相关联的模具孔相通；以及多个可调节的计量装置，其中每个所述的计量装置都与一个相关联的通道相通。
15.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的挤出机是双螺旋挤出机。
16.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，还包括至少一对位于所述孔的下游一段距离处的联合作用夹子。
17.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的计量装置包括矩形块。
18.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的计量装置包括环形插件。
19.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的计量装置包括螺纹栓。
20.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的计量装置包括销子。
21.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的计量装置包括垫圈。
22.根据权利要求14所述的挤出机系统，还包括模具面，其中，所述的孔呈放射状沿所述模具面分布。
23.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的多个模具孔中的每个孔还包括 两个同心孔，即，一个内孔，和一个外孔；其中每个所述的内孔与独立于所述挤出机的单独的喂料器连接； 并且，其中每个所述的外孔与相关联的通道相通。
24.根据权利要求14所述的挤出机系统，其中，所述的多个模具孔中的每个孔还包括 两个同心孔，即，一个内孔，和一个外孔；其中每个所述的内孔与相关联的通道相通；并且，其中每个所述的外孔与独立于所述挤出机的单独的喂料器连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于校正来自多孔模具挤出机的多股挤出物的离开速度的方法以及用于生产所述的多股挤出物的设备。本发明公开了利用具有单独通道的模具，并在每个单独通道上安装计量装置。然后调节计量装置以单独提高或降低通过每个孔的产品的速度。通过单独调节多股挤出物的各自速度，在经过调节，测量和再调节的连续重复之后，能生产出具有基本相同速度的多股挤出物。此外，本发明包括用于制作共同挤出产品的一个单独挤出机或共同挤出机，其中相同速度是更加期待的。
文档编号A23P1/12GK102281778SQ200980154440
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月11日 优先权日2008年11月18日
发明者唐纳德·乔·塔池, 路易斯·康拉德·科勒 申请人:福瑞托-雷北美有限公司