CN102016378B - 产品成型装置、其使用方法以及挤出设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旋转成型装置及使用所述旋转成型装置生产诸如填充和未填充的“枕”形产品之类的产品的方法。在一实施例中，本发明提供了一装置，该装置包括壳体，该壳体包括限定有多个出口的模板。该壳体限定有进口。套板附接在该模板上，套板环绕该模板的出口。成型轮可旋转地附接在该模板上。马达组件附接在成型轮上。马达组件可构造并布置成使成型轮以内摆线运动旋转。

Description

产品成型装置、其使用方法以及挤出设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年4月29日提交的序号为No.61/125,854的美国临时申请的优先权，通过引用将其公开内容结合在本文中。
技术领域
本发明总体上涉及产品成型(forming)装置，具体涉及旋转成型装置和使用该旋转成型装置生产诸如填充和未填充的“枕”形产品之类的产品的方法。
背景技术
“枕”形的诸如块或饼干的产品目前由通常位于距离挤压机出口两到三米处的独立的夹压(crimping)装置制成。绳状挤出物随后被传送到该夹压装置并通过使用“链轮”式夹压装置成型并密封成枕状物。这类夹压装置容易结垢、产量有限而且昂贵(例如需要投入大量资金)。其它传统夹压设备还限制挤压机的生产率。
使用常规的夹压设备还可制造双层多质地食品。也可通过共挤出一种材料的筒形外壳和不同材料的内填料或芯部来制造双层多质地食品。如果外壳和芯部材料的粘度足够高，则可通过旋转切割刀具将挤出绳状物切割成较小的条或块。相反，如果芯部材料的粘度较低，则其可在被切割后从外壳流出。因此，必须在端部夹压外壳以包封和保持可流动芯部，而不是仅将绳状物切割成较小的条。生产诸如填充有粉末的夹压块或填充有粒料的块也是一种保护芯部内的敏感成分和阻隔难闻气味的方法。
目前用于生产芯部层被完全包封的中心填充/中心被填充的块的技术在生产线的挤出和延展(工艺)后需要单独的夹压设备。此外，拉拽和夹压共挤出绳状物的方法面临例如保持向夹压机内供给连续的绳状物并避免缠结的问题。这些问题使密封或夹压的中心填充块的产量减少。因此，需要成型填充或未填充的“枕”形产品的新装置和方法。
发明内容
本发明提供了旋转成型装置及其使用方法。在典型实施例中，本发明提供了一种成型装置，该成型装置包括限定有出口的模板、附接在该模板上的套板以及可旋转地附接在该模板上的成型轮。
在一实施例中，模板附接在诸如挤出机的挤出装置上。
在一实施例中，套板环绕模板的出口并且成型轮构造并布置成在套板内以内摆线运动旋转。
在一实施例中，成型轮的外周表面在成型轮的每次旋转期间在特定点与套板的内表面接触。
在一实施例中，成型轮的旋转将离开模板的出口的材料压靠在套板的内表面上。
在一实施例中，模板限定有多个出口。
在一实施例中，成型轮的外周表面上的点在成型轮的连续回转期间经过模板出口上的相同对应点。
在一实施例中，模板还包括在出口内的同心的实心芯部。该实心芯部部的宽度或直径小于出口。
在一实施例中，模板还包括在出口内的同心的内出口。该内出口的宽度或直径小于出口。
在一实施例中，成型轮在成型轮的周向表面处限定出凹入的模压形状。
在另一实施例中，本发明提供了一种包括壳体的成型装置，该壳体包括限定有多个出口的模板。该壳体限定有进口。套板附接在模板上。套板环绕模板的出口。成型轮可旋转地附接在模板上。马达组件附接在成型轮上。马达组件构造并布置成使成型轮以内摆线运动旋转。在一实施例中，壳体附接在诸如挤出机的挤出设备上。在一实施例中，马达组件的一个或多个零件设置在壳体中。在一实施例中，马达组件包括至少一个附接在马达组件的轴上的平衡块。
在一实施例中，成型轮的旋转将离开模板的出口的材料压靠在套板的内表面上。
在一替代实施例中，本发明提供了一种产品成型方法。该方法包括提供限定有出口的模块、附接在该模板上的套板以及可旋转地附接在该模板上的成型轮。该方法还包括经模板的出口将材料挤出第一距离，并且通过使成型轮旋转将离开模板的出口的一部分材料压靠在套板的内表面上。
在一实施例中，套板环绕模板的出口并且成型轮以内摆线运动旋转。
在一实施例中，所述材料选自基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、诸如宠物食品的非人类动物食品、塑性聚合物以及它们的组合。
在又一实施例中，本发明提供了一种产品成型方法。该方法包括提供限定有多个出口的模板、附接在该模板上并环绕所述出口的套板以及可旋转地附接在该模板上的成型轮。该方法还包括经模板的出口将材料挤出第一距离，并且通过使成型轮以内摆线运动旋转将离开模板的出口的第一部分材料压靠在套板的内表面上。经模板的出口将材料挤出第二距离，并且通过使成型轮以内摆线运动旋转将离开模板的出口的第二部分材料压靠在套板的内表面上。
本发明的一个优点是提供了一种改进的产品成型装置。
本发明的另一优点是提供了一种改进的产品成型方法。
本发明的又一优点是提供了一种与常规的夹压技术相比提高了夹压产品生产率的产品成型方法。
本发明的另一优点是提供了一种与现有的产品成型设备相比减少了资本花费的成型装置。
本发明的又一优点是提供了一种改进的用于制造中心填充产品的装置。
本发明的另一优点是提供了一种改进的用于制造中心填充产品的方法。
本发明的另一优点是提供了一种改进的产品模压装置。
这里对另外的特征和优点进行描述，这些特征和优点将从以下详细描述和附图中显而易见。
附图说明
图1示出本发明的一实施例中的旋转成型装置的正透视图。
图2示出本发明的一实施例中的旋转成型装置的后透视图。
图3示出本发明的一实施例中的旋转成型装置的正视图。
图4示出本发明的一实施例中的马达组件和成型轮的正透视图。
图5示出本发明的一实施例中的成型轮相对于模板旋转的正视图。
图6示出本发明的另一实施例中的旋转成型装置的正视图。
图7示出本发明的一替代实施例中的旋转成型装置的正视图。
图8示出本发明的一替代实施例中的成型轮的正透视图。
具体实施方式
本发明提供了旋转成型装置及其使用方法。所述旋转成型装置可用于成型热塑性挤出材料并用于连续成型挤出食品。所述旋转成型装置可用来代替传统夹压和模压设备并且可直接附接在挤出设备的端部上。所述旋转成型装置可用于在各种应用中夹压、冲压或模压产品。此外，所述旋转成型装置可具有与传统刀具传动相同的空间需求，从而不需要外部成型设备和机械传送器。因此，所述成型设备具有未降低挤出机的输出率和与传统的夹压设备相比廉价(例如成本的约10％)的明显优点。
在图1-4所示的典型实施例中，本发明提供了一种成型装置10，该成型装置包括限定有一个或多个出口22的模板20。应当理解的是，模板20可限定有任何数量的出口22。出口22可具有任何适合的形状(例如圆形、方形或多边形)并且可在模板20上成任何构型。
成型设备10还包括附接在模板20的面上的套板30。在一实施例中，套板30环绕模板20的出口22。例如，套板30的形式可为环绕模板20的出口22的中空筒体。套板30可具有任何适合的直径、宽度和厚度。
如图1和图3所示，成型轮40可以可旋转地附接在模板20上。成型轮40可构造并布置成在套板30内并沿着套板30的内表面以内摆线运动旋转。在旋转成型装置10工作期间，成型轮40的旋转迫使材料离开模板20在成型轮40的外周表面与套板30的内表面之间的出口22。从而可根据成型轮40和套板30的转速在该位置切割挤出材料或使挤出材料的尺寸大幅减小。
如图1和图4所示，可例如经由在成型轮40的内周表面内旋转的一个或多个轴承52将马达组件50附接在成型轮40上。马达组件50可构造并布置成使成型轮40以内摆线运动旋转。在一实施例中，马达组件50包括一个或多个附接在马达组件50的轴56上的平衡块54。平衡块54可在马达组件50使套板30内的成型轮40在或靠近模板20的面处旋转时提供稳定性。
在一实施例中，成型装置10还包括附接在模板20上的壳体60。壳体60可限定有进口62。马达组件50可全部或部分位于壳体60内。在另一实施例中，壳体60可附接在任何适合的挤出机上，该挤出机将材料挤入壳体60的进口62内。在一替代实施例中，模板20可直接附接在诸如挤出机的挤出装置上。
在又一实施例中，壳体60可限定有一个或多个用于制成中心填充产品的附加进口64。例如，为了制造中心填充产品，外部材料可进入壳体60的进口62并且待用作中心填料的一种或多种材料可进入进口64，所述待用作中心填料的一种或多种材料可从如以下所更详细地描述的同心的内出口或喷嘴的中心离开。
可采用技术人员所公知的任何适合的方式将该旋转成型装置附接在挤出机上。例如，该旋转成型装置可被直接附接至挤出机的端部并能够以正常挤出率(例如不必降低挤出机产出率)生产成型产品。换言之，通过将旋转成型装置的壳体或模板附接在挤出机上，旋转成型装置不会限制挤出机的生产率并可最大限度地减少或消除结垢。此外，与传统夹压设备相比所述旋转成型装置所需的空间可极大地减少。
任何呈热塑性特性并可延展的材料或成分可与所述旋转成型装置相结合来制造成型产品。该材料可例如为基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、诸如宠物食品的非人类动物食品、塑性聚合物或它们的混合物。
可延展的材料可进入一个或多个壳体进口并经一个或多个对应的模板出口离开。离开模板出口的挤出材料的形式可为单一成分或共挤出成分的绳状物。该绳状物也可以是中空的。因此，在替代实施例中，所述成型设备可根据挤出物的特性制造夹压产品、中心填充产品和中空产品。
如上文所述，成型轮以内摆线运动旋转。在几何形状上，内摆线为由在较大圆内滚动的小圆上的固定点的轨迹所产生的特殊平面曲线。内摆线与摆线类似，只是摆线为所述(小)圆沿直线滚动，而内摆线为所述(小)圆在圆(例如套板)内滚动。
通过在本发明的实施例中使用内摆线原理，成型轮可构造成围绕较大直径的套板移动，所述套板围绕模板出口。模板出口可布置成圆形设计并紧邻套板的内表面。成型轮的动作与套板相结合使离开介于成型轮与套板之间的模板出口的材料的绳状物被夹压或模压、密封并随后在未拉伸或撕裂的情况下分离为较小条。
在一实施例中，图5示出由成型轮70在模板72的面上所经过的路线，并且其中成型轮70在各处转动和移动时与套板74接触。为了简化，图5示出套板74上与成型轮70的路线相接触的三个点(80、82和84)。通过上述内摆线理论，无论成型轮70以何种速度移动，成型轮70上的一个特定点(图5中的80′)将每次都接触套板上的特定点80。对于图5中的点82和82′、84和84′以及所有其它成型轮70和套板74上的对应点情况相同。因此，本发明的实施例中的成型装置利用了在成型轮70旋转期间成型轮70和套板74上相互接触的点由于内摆线原理总是相同的。
为了使用根据本发明的实施例的旋转成型装置制造成型或夹压产品，离开模板出口的诸如挤出绳状物或其它介质之类的挤出物(例如由基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、诸如宠物食品的非人类动物食品、塑性聚合物等制成)的第一部分在成型轮的第一回转期间在旋转的成型轮与静止的套板之间被挤压或夹紧(例如夹压)。在被挤压后，绳状物的该第一部分可立即与剩余绳状物分离或尺寸充分缩小同时保留一部分较大绳状物。套板和成型轮的边缘之间的距离可确定绳状物被挤压的部分是否立即与剩余绳状物分离或尺寸充分缩小，尺寸充分缩小使随后的分离变得容易。
具有被切割或夹压的第一端的挤出绳状物然后可被进一步挤出预定距离。该预定距离可为所期望的成型产品的长度。离开模板出口的挤出绳状物的第二部分然后在成型轮的第二或随后的回转期间被挤压或夹紧在旋转的成型轮与静止的套板之间。在被挤压后，绳状物的该第二部分可立即与剩余绳状物分离，从而留下在两侧具有夹压边缘的成型产品。
或者，根据所期望的成型产品的特性，绳状物的第二部分的尺寸可充分缩小同时保留一部分较大的绳状物。换言之，不必使绳状物的夹压边缘在成型轮旋转后立即分离。成型或夹压的产品可随后在单独的步骤中在缩小的部分处分离。此过程产生通过旋转成型装置由挤出绳状物制成的成型或夹压产品。
成型轮直径与套板直径的比值使成型定位完全可重复。成型轮围绕固定的套板呈椭圆形地运行，并且可根据在旋转期间成型轮与套板之间最接近的距离在挤出绳状物离开模板出口时夹压或切割该挤出绳状物。模板出口或开口的数量不受旋转夹压机限制。由于成型轮的椭圆形运动，驱动机构或马达组件可设计成消除并平衡在旋转成型装置运行期间所产生的力。
成型轮的外周表面与套板的内表面之间的间隙可为任何适合的距离。在一实施例中，成型轮的外周表面在成型轮旋转期间保持与套板的内表面接触。或者，成型轮的外周表面可在成型轮旋转期间位于与套板的内表面相距预定距离处。例如，该间隙可为1-9/1000英寸。可使用上死点与套板或套板上的任何部位对齐的成型轮完成此调节。
在图6所示的另一实施例中，模板还包括出口内的实心芯部，该实心芯部的宽度小于该出口的宽度。实心芯部可包括任何适合的形状(例如圆形、方形或多边形)并且可与出口同心。该同心的实心芯部能够使离开模板出口的绳状物为中空的，从而产生中空产品。
在图7所示的替代实施例中，模板还包括在出口内的内出口或喷嘴，该内出口的宽度小于该出口的宽度。内出口或喷嘴可包括任何适合的形状(例如圆形、方形或多边形)并且可与出口同心。待用于中心填充的材料可经由内出口与离开模板的绳状物一同被挤出，从而以类似于上文所述的过程形成中心填充产品。
在图8所示的另一实施例中，成型轮340可限定出模压形状342。通过调节成型轮340的厚度，来自挤出机的离开模板出口的绳状物可在成型轮将挤出绳状物压靠在套板上时被连续地模压成所期望的形状，从而在绳状物与成型轮接触的一侧上留下模压形状。如果仅期望模压挤出绳状物的一侧，套板可具有平坦的内表面。
在另一实施例中，套板的内表面可限定出与成型轮的模具对齐的对应模压形状。因此，离开模板出口的挤出绳状物可在两侧上(即从套板模具和成型轮模具)被连续地模压。取决于所期望的模压产品的形状，套板模具和成型轮模具可相同、相似或完全不同。
在一替代实施例中，本发明提供了一种成型产品的方法。该产品例如可为夹压或模压的基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、诸如宠物食品的非人类动物食品或塑性聚合物。该方法包括提供限定有出口的模板、附接在该模板上的套板和可旋转地附接在该模板上的成型轮。该方法还包括经模板的出口将材料挤出第一距离，并通过使成型轮旋转而将一部分离开模板的出口的材料压靠在套板的内表面上。可经模板的出口将材料挤出第二距离，并且通过使成型轮以内摆线运动旋转而将离开模板的出口的第二部分材料压靠在套板的内表面上。
在又一实施例中，本发明提供了一种成型夹压或模压的基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、诸如宠物食品的非人类动物食品或塑性聚合物的方法。该方法包括提供了限定有多个出口的模板、附接至该模板并环绕所述出口的套板以及可旋转地附接在该模板上的成型轮。该方法还包括经模板的出口将材料挤出第一距离，并通过使成型轮以内摆线运动旋转而将离开模板的出口的第一部分材料压靠在套板的内表面上。经模板的出口将材料挤出第二距离，并通过使成型轮以内摆线运动旋转而将离开模板的出口的第二部分材料压靠在套板的内表面上。可在成型装置下方(例如在托盘或传送带上)收集夹压或模压的产品。
另一方面，本发明提供了一种挤出设备，该挤出设备包括附接在一装置上的挤出机，该装置包括限定有出口的模板；附接在该模板上的套板；以及可旋转地附接在该模板上的成型轮。该挤出设备用于使用本文所述的方法生产诸如填充和未填充的“枕”形产品之类的产品。该挤出设备可为技术人员公知的任何挤出机，例如，用于塑料和食物成分的单螺杆或双螺杆挤出机。此类挤出机可从各种制造商获得，例如源高制造有限公司(WengerManufacturing Inc.)。
应当理解的是，对本文所述的优选实施例的各种修改和改型对本领域技术人员来说显而易见。可在不脱离本发明主题内容的精神和范围且不减少本发明预期优点的情况下作出这些修改和改型。因此，这些修改和改型由所附权利要求涵盖。

Claims (30)

1.一种产品成型装置，包括：
限定有出口的模板；
附接在所述模板上的套板，所述套板环绕所述模板的所述出口，使得所述模板的出口紧邻所述套板的内表面；以及
可旋转地附接在所述模板上并布置在所述套板内以沿着套板的内表面以内摆线运动旋转的成型轮。
2.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板附接在挤出装置上。
3.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的外周表面在所述成型轮的旋转期间保持与所述套板的内表面接触。
4.根据权利要求3所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的旋转将离开所述模板的所述出口的材料压靠在所述套板的所述内表面上。
5.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板限定有多个出口。
6.根据权利要求5所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的外周表面上的点在所述成型轮的连续回转期间经过所述模板出口上的相同对应点。
7.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的实心芯部，所述实心芯部的宽度小于所述出口。
8.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的内出口，所述内出口的宽度小于所述出口。
9.根据权利要求1所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮在所述成型轮的周向表面处限定出凹入的模压形状。
10.一种产品成型装置，包括：
包括模板的壳体，所述模板限定有多个出口，所述壳体限定有进口；
附接在所述模板上的套板，所述套板环绕所述模板的所述出口，使得所述模板的出口紧邻所述套板的内表面；
可旋转地附接在所述模板上并布置在所述套板内以沿着套板的内表面以内摆线运动旋转的成型轮；以及
附接在所述成型轮上的马达组件，所述马达组件构造并布置成使所述成型轮以内摆线运动旋转。
11.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述壳体附接在挤出设备上。
12.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述马达组件的一部分设置在所述壳体中。
13.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述马达组件包括至少一个附接在所述马达组件的轴上的平衡块。
14.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的外周表面在所述成型轮的旋转期间保持与所述套板的内表面接触。
15.根据权利要求14所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的旋转将离开所述模板的所述出口的材料压靠在所述套板的所述内表面上。
16.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮的外周表面上的点在所述成型轮的连续回转期间经过所述模板出口上的相同对应点。
17.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的实心芯部，所述实心芯部的宽度小于所述出口。
18.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的内出口，所述内出口的宽度小于所述出口。
19.根据权利要求10所述的产品成型装置，其特征在于，所述成型轮在所述成型轮的周向表面处限定出凹入的模压形状。
20.一种产品成型方法，包括：
提供限定有出口的模板、附接在所述模板上的套板和可旋转地附接在所述模板上并布置在所述套板内以沿着套板的内表面以内摆线运动旋转的成型轮，其中，所述套板环绕所述模板的所述出口，使得所述模板的出口紧邻所述套板的内表面；
经所述模板的所述出口将材料挤出第一距离；以及
通过使所述成型轮旋转将离开所述模板的所述出口的所述材料的一部分压靠在所述套板的内表面上。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的实心芯部，所述实心芯部的宽度小于所述出口。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述成型轮的外周表面上的点在所述成型轮的连续回转期间经过所述模板出口上的相同对应点。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的内出口，所述内出口的宽度小于所述出口。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述成型轮在所述成型轮的周向表面处限定出凹入的模压形状。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述材料选自基于谷类的食品、基于蛋白质的食品、人类食品、非人类动物食品、塑性聚合物以及它们的组合。
26.一种产品成型方法，包括：
提供限定有多个出口的模板、附接在所述模板上并环绕所述出口的套板以及可旋转地附接在所述模板上并布置在所述套板内以沿着套板的内表面以内摆线运动旋转的成型轮，其中，所述套板环绕所述模板的所述出口，使得所述模板的出口紧邻所述套板的内表面；
经所述模板的所述出口将材料挤出第一距离；
通过使所述成型轮以内摆线运动旋转将离开所述模板的所述出口的所述材料的第一部分压靠在所述套板的内表面上；
经所述模板的所述出口将所述材料挤出第二距离；以及
通过使所述成型轮以内摆线运动旋转将离开所述模板的所述出口的所述材料的第二部分压靠在所述套板的内表面上。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的实心芯部，所述实心芯部的宽度小于所述出口。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述模板还包括在所述出口内的同心的内出口，所述内出口的宽度小于所述出口。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述成型轮在所述成型轮的周向表面处限定出凹入的模压形状。
30.一种挤出设备，该设备包括附接在一装置上的挤出机，该设备包括
限定有出口的模板；
附接在所述模板上的套板，所述套板环绕所述模板的所述出口，使得所述模板的出口紧邻所述套板的内表面；以及
可旋转地附接在所述模板上并布置在所述套板内以沿着套板的内表面以内摆线运动旋转的成型轮。
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