CN115768267A

CN115768267A - 包括可变宽度间隔件的辊装置

Info

Publication number: CN115768267A
Application number: CN202180045391.7A
Authority: CN
Inventors: 史黛西·提伯斯; 埃德·奥雷特
Original assignee: Frito Lay Trading Co GmbH
Current assignee: Frito Lay Trading Co GmbH
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2023-03-07
Also published as: WO2021229056A1; GB2594984A; MX2022014314A; EP4241564A3; GB202007161D0; EP4241564A2; CA3178423A1; EP4149265A1; US20230232842A1; GB2594984B

Abstract

一种用于生产压缩片状材料的辊组件，压缩片状材料例如为食品，所述辊组件具有：保持固定辊和可滑动辊的辊支撑框架；向可滑动辊施加力的致动器；和位于辊的轴承之间以限制它们之间的最小间隔的可变宽度间隔件。描述了包括滑动楔形件或凸轮的可变宽度间隔件。

Description

包括可变宽度间隔件的辊装置

技术领域

本发明涉及用于生产压缩片状材料的辊组件。本发明尤其涉及用于生产片状食品材料的组件。

背景技术

在加工工业中经常使用辊组件来由包含塑料或弹性材料的初始材料生产片状材料或所需的厚度。在食品工业中，这样的材料将包括用于制造基本平坦产品(例如可口的零食和饼干)的面食面团和面团。

这些辊组件包括一对辊，该对辊被布置成在它们之间限定待压缩材料所通过的间隙。可以依次采用多组这样的辊组件，以逐渐地将产品压缩成所需厚度的片材。

尽管这种组件看起来操作简单，但为了安全、精确和实际的操作，需要考虑许多因素。

图1示出了已知的辊组件的侧面正视图，该辊组件总体上由标记1表示，并且在本文称为“螺杆千斤顶组件”。组件1包括辊支撑框架2和轭架3。第一辊4在固定位置安装在框架中，其通过间隔件5与框架的端部分开，间隔件5抵接第一辊的轴承壳体6。

第二辊7也安装在框架2内。该辊7被安装成在框架2中滑动，并且其轴承壳体8连接到螺纹螺杆9，螺纹螺杆9穿过轭架3到千斤顶螺杆10，该千斤顶螺杆10允许第二辊7朝向和远离第一辊移动，以调节每个辊的表面之间的间隙。

图2以示意性平面图的形式示出了图1的组件，以更清楚地示出各部件之间的关系。已经描述的类似元件被相应地编号。可以看出，框架2及其相关联的调节部件设置在每个辊的轴的每一端。

对于许多产品，辊之间所需的间隙具有与组件的部件在变化的操作载荷或变化的温度下可能经历的尺寸变化相似幅度。将针对上述现有技术的辊组件来描述这些尺寸变化。为了清楚起见，图4和图7中所示的变形和轴承公差被夸大了。

图3A以示意性正视图的形式示出了已经参照图1描述的螺杆千斤顶辊组件1。已经描述的类似元件被相应地编号。图3B至图3E示出了该组件的各种元件，以示出在改变操作载荷或温度下可能经历的尺寸变化。注意，为了清楚起见，以放大的比例示出图3D和图3E。

在使用中，当产品被辊压缩时，产品在辊上施加倾向于将辊推开的力。这种力可能相当大，对于一些类型的面团加工可能达到几百kN/m。这种力以变化的效果传递到系统的各个部件。图3B示出了组件的框架2。在产品载荷条件下，框架1的支腿13将处于拉伸状态，从而导致长度的变化ΔF₁(由虚线示出)。因此，当移除产品载荷时(例如，如果停止进料)，辊将一起移动距离ΔF₁。同样，当荷载状态下，框架的基部11可能发生变形，由ΔF₂表示。因此，当移除产品载荷时，辊将一起移动另外的ΔF₂。另外，框架的支腿13的长度也受到热膨胀的影响。当运行时，并且在产品载荷下，框架通常在比环境更高的温度下保持平衡，从而导致支腿长度的额外增加ΔT。因此，当温度下降时，辊由于热收缩而一起移动额外的ΔT。

图3C示出了在产品载荷状态(虚线)和无载荷状态(实线)下的组件的轭架3。在产品载荷下，凭借螺杆驱动电机10连接到轭架3的螺纹螺杆9的压缩将使轭架以圆顶形式变形，如虚线描绘所示的。这种变形导致尺寸变化ΔY。当移除产品载荷时，轭架3将松弛回到其未受压力的形状，如实线描绘所示的。因此，当移除产品载荷时，辊将一起移动另外的距离ΔY。

图3D示出了处于其产品载荷构造(虚线)的螺纹螺杆9和螺杆驱动器10。施加到螺纹螺杆的压缩力导致其长度减少ΔS。因此，当移除产品载荷时，辊将一起移动另外的距离ΔS。

最后，图3E示意性地示出了当在产品载荷条件下(虚线)和当移除产品载荷时(实线)的两个辊4、7。辊通常安装在滚动元件轴承上，该滚动元件轴承以规定的间隙组装在内座圈和外座圈之间。当然，为了清楚起见，该公差被夸大了。当在产品载荷下时，轴将被产品的力推开与轴承内部间隙相等的距离，该距离表示为ΔB。当移除产品载荷时，辊轴在它们的轴承内自由移动(例如在重力下)，并且将使辊一起移动多达ΔB。

因此，对于这种类型的辊组件，当移除产品载荷并且组件冷却时，间隙ΔG的潜在变化由ΔG＝ΔF₁+ΔF₂+ΔT+ΔY+ΔS+ΔB给出。

当辊之间所需的操作间隙较小时，例如为了生产例如0.4mm的典型厚度的零食产品，当移除产品载荷时，ΔG的大小使得辊可以彼此接触。这将对辊造成损坏，导致生产停工，并且带来潜在的危险。

本发明的目的是提出替代性辊组件，其中，当移除产品载荷时，辊接触的风险显著地降低或者甚至被消除。

发明内容

因此，本发明提供了一种用于生产压缩片状材料的辊组件，所述组件包括：(a)辊支撑架；(b)第一辊，其可相对于所述框架安装在固定位置；(c)第二辊，其可安装至所述框架，以相对于所述第一辊滑动位移；(d)致动器，其可安装至所述框架，并且被布置成向所述第二辊的轴承施加力，以朝向所述第一辊推动所述第二辊；和(e)可变宽度间隔件，其位于第一辊的轴承与第二辊的轴承之间，以限制所述第一辊和第二辊之间的最小间隔。

优选地，所述可变宽度间隔件包括：(a)两个相邻楔形件，彼此滑动接触，使得所述楔形件的组合宽度随着所述楔形件彼此相对滑动而变化；和(b)间隔件致动器，所述间隔件致动器被布置成使所述楔形件相对于彼此可逆地滑动，以改变所述间隔件的宽度。

可替代地，所述可变宽度间隔件包括：(a)凸轮；和(b)间隔件致动器，其被布置成使所述凸轮可逆地旋转，以改变所述间隔件的宽度。

在任一情况下，优选地，所述致动器包括液压油缸。

在本发明的任何方面中，进一步优选的是，所述辊组件还包括测压元件，以测量通过所述辊轴承施加在所述可变宽度间隔件上的力并将该力传递到控制器。

更优选地，所述辊组件还包括力传感器，以测量由所述致动器施加在所述第二辊的轴承上的力并将该力传递到控制器。

在提供测压元件的情况下，优选地，所述控制器被配置成通过从预先设定的或所测量的致动器力中减去测压元件力来计算来自压缩所述片状材料的施加在辊上的力。

本发明的范围还包括用于制造片状食品材料的设备，该设备包括本发明的辊组件。

本发明的范围还包括制造片状食品材料的方法，该方法包括使食品材料通过本发明的辊组件的步骤。

附图说明

将参考附图描述本发明，其中：

图1和图2分别示出了已知的辊组件的正视图和平面图；

图3示出了图1和图2的已知辊组件，在操作期间经历的变形以及辊轴在它们的轴承中的移动；

图4和图5示出了本发明的辊组件的正视图；

图6示出了本发明的辊组件的正视图和平面图；

图7示出了本发明的辊组件的正视图，以及辊轴在其轴承中的移动；以及

图8和图9示出了形成本发明的辊组件的一部分的间隙调节器。

具体实施方式

图4以正视图的方式示出了本发明的辊组件的一个实施例，该辊组件总体上由1表示。已经描述的与上述现有技术的装置类似的元件被相应地编号。为了清楚起见，以稍微间隔开的关系示出了各个元件。

辊组件1包括辊支撑框架2，在辊支撑框架2中，第一辊相对于框架安装在固定位置。在该实施例中，在第一辊的轴承壳体6与框架2的内表面之间设置有间隔件5，以允许粗调辊之间的间隙。

第二辊7安装在框架中，用于相对于第一辊4滑动位移，从而可以调节辊4、7的表面之间的间隙。设置有致动器16，该致动器16安装在轭架3(其附接到框架2)上，以向第二辊7的轴承施加力。在该实施例中，使用液压致动器(例如液压油缸)通过推杆17施加力，所述推杆17穿过轭架3中的孔并支撑在第二辊7的轴承壳体8的表面上。因此，该力被传递到轴承15上。在出于任何特定目的调试辊组件时，由致动器施加的力被选择为大于由产品施加在辊上的力，以确保辊在产品的力的作用下不会移动分开。通常，由致动器施加的力可以选择为比预期的产品力高5％、10％或甚至20％。

可变宽度间隔件18位于第一辊的轴承15和第二辊的轴承15之间。在该实施例中，间隔件18安装在两个轴承壳体6、8之间，间隔件18的每个相对侧19抵接其相邻的轴承壳体。下面讨论这种可变宽度间隔件的替代性设计，但是原则上可以控制间隔件(例如通过控制信号)来改变间隔件18的相对面19之间的宽度，以限制第一辊4和第二辊7的最小间隔。

如果除了由可变宽度间隔件18提供的间隙之外，还需要改变辊4、7之间的间隙，则可以在间隔件18与轴承壳体6、8中的一者之间或与轴承壳体6、8中的两者之间设置一个垫片或多个垫片(未示出)。如果例如需要不同的产品厚度或者已经对辊的表面进行了翻新，从而导致辊直径的变化，则可能需要这种情况。

图`K明的辊组件的第二实施例，其总体上由1表示。已经描述的与其它组件相关的类似元件被相应地编号，并且为了清楚起见，再次以稍微间隔开的关系示出了各个元件。

该实施例在很大程度上与图4的实施例相同，并且共有元件不会被不必要地描述。该实施例的额外特征在于，在可变宽度间隔件18的其中一个表面19和与其相邻的轴承壳体8之间安装有测压元件。这样可以测量使辊轴承保持紧靠间隔件18所需的力，该力将根据在辊表面之间的间隙中被压缩的产品的存在性和物理特性而变化。由产品施加在辊上的力由测压元件读数减去施加在第二轴承壳体8上的液压力得出。

因此，可以将信号从测压元件传输到控制器，以用于监视和控制目的。例如，其可以用于控制进入辊组件的产品(例如面团)的水分含量或温度，以对于给定的间隙宽度保持期望的产品力。可替代地，如果所计算的产品力在预定范围之外变化，则可以向工艺操作员触发警报。可以从测压元件读数减去已知的预先设定的液压力来计算产品载荷，或者通过从测量的液压力中减去测压元件力来计算产品载荷。

图6示出了图5的实施例的正视图(图6A)和平面图(图6B)，以进一步阐明各个部件的布置。同样的元件也被相应地编号。在图6B中可以看出，辊4、7的每一端具有图6A所示的组件。

图7以类似于图3的方式示出了产品载荷和热膨胀对图6的组件的各个元件的影响。同样，相同的元件被相应地编号。

当移除产品载荷时，拉伸载荷减小的情况下，温度变化或收缩引起框架2的支腿13的长度的任何变化通过推杆17所施加的力来补偿；另外，由于可变宽度间隔件(并且在本实施例中，测压元件)位于两个轴承壳体6、8之间，长度的任何变化在任何情况下都不能使辊一起移动。对于轭架的任何变形也是如此。在释放产品载荷时，辊分离的唯一变化可以是辊轴14在其轴承15中的移动，其大小为ΔB。因此，当移除产品载荷并且组件冷却时，间隙ΔG的最大可能变化由ΔG＝ΔB给出，使用与上述相同的命名。

因此，可以看出，当移除产品载荷时，辊接触的风险大大降低。如果所需的产品间隙小于AG，则完全消除该风险。

图8示出了用于在本发明中使用的可变宽度间隔件的实施例，该间隔件总体上由18表示，与由测压元件托架20支撑的测压元件33抵接。测压元件优选地设置有测压按钮，例如半球形突起，以减少或消除可能由未对准引起的误差。为了说明其操作的目的，该图示部分地是示意性的，并且为了清楚起见，省略了诸如滑动轴承、O形圈等的常见生产实践的工程细节。

可变宽度间隔件18包括支撑各种部件的安装架21。第一楔形件22位于安装架21的两个臂23之间。第一楔形件22设置有穿过其中的孔，该孔包含螺纹衬套24。螺杆25可通过伺服齿轮头26旋转，以使第一楔形件22在两个臂23之间上下移动。

第二楔形件27被安装成在每个臂23中的键槽28内滑动位移。两个楔形件22、27的倾斜面放置成滑动抵接。

两个倾斜面的斜率通常相同，以使螺杆25的轴线垂直于键槽28的轴线。选择适当的斜率是对由间隔件提供的调节量与正交于和平行于两个楔形件22、27的抵接平面的力的平衡之间的平衡。大的斜率提供了更大的调节范围，但是导致更大的平行于抵接平面的力，具有可能克服楔形件之间的摩擦力的风险，从而导致不希望的楔形件的相对移动。较小的斜率降低了这种风险，并提供了更精细的控制，但是在较小的范围内。如上所述，这可以通过在间隔件18与轴承6、8中的一者之间使用垫片来缓解。发明人已经发现，在1:10和1:20之间的斜率提供了有用的平衡，但是在不同的情况下，考虑所传递的力和构造材料也可以导致其它的选择。

这样，当伺服齿轮头26使位于衬套24中的螺杆25旋转时，第一楔形件22相对于第一楔形件滑动，并且楔形件的几何形状使得间隙调节器的总宽度改变。图8B示出了调节器18，其中第一楔形件22向下移动，导致第二楔形件27向外移动。在该实施例中，臂23延伸超过可变宽度间隔件18的最左外表面19，但是测压元件33的操作部分及其托架20装配在两个臂23之间，使得间隙调节器的有效宽度是两个面19之间的距离。

图9以与图8相同的方式示出了可替代的可变宽度间隔件，该可变宽度间隔件总体上由18表示，并且还与测压元件33抵接。与图8的实施例相同的元件被相应地编号，并且将不再进一步描述。在该实施例中，滑动楔形件由位于安装架21的每个臂23中的键槽中的滑块29和可旋转凸轮30的组合来代替，可旋转凸轮30位于滑块29的面向内的表面31与相对的安装架21的内表面32之间。通过例如伺服从动齿轮头(未示出)，凸轮旋转引起滑块29在键槽28内的相应移动，从而改变可变宽度间隔件18的操作宽度。图9B示出了在图9A中的凸轮沿箭头所示的方向转动之后的布置，使得滑块28缩回到安装架21内，从而减小了可变宽度间隔件18的外部操作面19之间的宽度。

Claims

1.一种用于生产压缩片状材料的辊组件，所述组件包括：

(a)辊支撑框架；

(b)第一辊，其可相对于所述框架安装在固定位置；

(c)第二辊，其可安装至所述框架，以相对于所述第一辊滑动位移；

(d)致动器，其可安装至所述框架，并且被布置成向所述第二辊的轴承施加力，以朝向所述第一辊推动所述第二辊；和

(e)可变宽度间隔件，其位于所述第一辊的轴承与所述第二辊的轴承之间，以限制所述第一辊与所述第二辊之间的最小间隔。

2.根据权利要求1所述的辊组件，其中，所述可变宽度间隔件包括：

(a)两个相邻楔形件，其彼此滑动接触，使得所述楔形件的组合宽度随着所述楔形件彼此相对滑动而变化；和

(b)间隔件致动器，其被布置成使所述楔形件相对于彼此可逆地滑动，以改变所述间隔件的宽度。

3.根据权利要求1所述的辊组件，其中，所述可变宽度间隔件包括：

(a)凸轮；和

(b)间隔件致动器，其被布置成使所述凸轮可逆地旋转，以改变所述间隔件的宽度。

4.根据前述任一权利要求所述的辊组件，其中，所述致动器包括液压油缸。

5.根据前述任一权利要求所述的辊组件，还包括测压元件，以测量通过所述辊的轴承施加在所述可变宽度间隔件上的力并将所述力传递到控制器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的辊组件，还包括力传感器，以测量由所述致动器施加在所述第二辊的轴承上的力并将所述力传递到控制器。

7.根据权利要求5所述的辊组件，其中，所述控制器被配置成通过从预先设定的或所测量的致动器力中减去测压元件力来计算来自压缩所述片状材料的施加在所述辊上的力。

8.一种用于制造片状食品材料的设备，包括前述任一权利要求所述的辊组件。

9.一种制造片状食品材料的方法，包括使食品材料通过前述任一权利要求所述的辊组件的步骤。