CN117241671A - 用于禽肉、猪肉、肉类替代品和素食的多孔模具滚筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于由包括禽肉、猪肉、肉类替代品和素食的食品原料模制产品的旋转圆柱形模具构件,该模具构件具有纵向轴线和外圆周,包括至少一个模具主体,其具有形成模具构件的外圆周的至少一部分的弯曲外表面和相对的内表面,其中模具主体由具有相互连通的孔的多孔结构的多孔材料制成,其中外圆周至少部分地气密密封,其中每个模具主体包括食品原料在其中被模制的至少一个空腔,空腔形成在弯曲的外表面中,由包括壁和底部的边界限定,空腔在其多孔底壁和/或其多孔侧壁和/或者其弯曲/轮廓状边界处包括通过塑性变形形成的变形层,模具主体包括设置在变形层和内表面之间的模具主体的内部容积,模具构件进一步包括气体供应部,其迫使气体通过内部容积和变形层进入到空腔中,以帮助从模具空腔中移除模制产品。本发明还涉及一种在多孔模具主体中设置空腔的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转圆柱形模具构件,用于由包括禽肉、猪肉和/或肉类替代材料的食品原料模制产品,该模具构件具有纵向轴线和外圆周,包括至少一个模具主体,该至少一个模具主体具有形成模具构件的外圆周的至少一部分的弯曲外表面和相对的内表面,其中模具主体由具有相互连通的多孔结构的多孔材料制成,其中外圆周至少部分地气密密封,其中每个模具主体包括食品原料在其中被模制的至少一个空腔,空腔形成在弯曲的外表面中,由包括壁和底部的边界限定,空腔在其多孔底壁和/或其多孔侧壁和/或者其弯曲的/轮廓状边界处包括通过塑性变形形成的变形层,模具主体包括设置在变形层和内表面之间的模具主体的内部容积,模具构件进一步包括气体供应装置,气体供应装置迫使气体穿过内部容积和变形层进入到空腔中,以帮助从模具空腔移除模制产品。本发明还涉及一种在多孔模具主体中设置空腔的方法。
背景技术
例如,从WO 2018/034568中已知一种模具构件。但是,根据本领域技术人员能够以任何程度肯定地理解的情况,所公开的模具滚筒的实用性有限,不适合禽肉、猪肉、肉类替代品和素食,并且所公开的滚筒的操作原理在可重复性方面存在障碍。
因此,本发明所要解决的问题是提供一种操作上是直接的并且不包括现有技术中的滚筒的缺陷的模具滚筒。
发明内容
该问题通过用于由包括禽肉、猪肉、肉类替代品和素食的食品原料模制产品的旋转圆柱形模具构件来克服。该模具构件具有纵向轴线和外圆周,包括至少一个模具主体,该至少一个模具主体具有形成模具构件的外圆周的至少一部分的弯曲外表面以及相对的内表面。模具主体由具有相互连通的孔隙的多孔结构的多孔材料制成。模具构件的外圆周至少部分地气密密封。每个模具主体包括食品原料在其中被模制的至少一个空腔。空腔在模具主体的弯曲外表面中形成,优选地被铣削而成。每个空腔由包括一个或多个侧壁和底壁的边界限定。每个空腔在其多孔底壁和/或其多孔侧壁和/或者其边界处包括变形层,该变形层通过例如由于铣削过程的塑性变形而形成。模具主体包括设置在变形层和内表面之间的内部容积。变形层可以从侧壁、底壁和/或边界的暴露表面延伸到内部容积中。
模具构件可以进一步包括气体供应部,其迫使气体穿过内部容积和变形层进入空腔中,以帮助从模具空腔移除模制产品。
变形层的平均流动阻力被设想为不同于内部容积的平均流动阻力。例如,变形层的平均流动阻力被设想为不同于(高于或低于)内部容积的平均流动阻力。变形层的平均流动阻力与内部容积的平均流动阻力的差异量可以超过30%,更优选地40%,更优选地50%。因此,例如,如果内部容积具有X的平均流动阻力,则变形层的平均流动阻力可以小于0.7(X)、更优选地0.5(X)或更优选地0.3(X)的乘积。内部容积平均流动阻力与变形层平均流动阻力之比可以高于3:1,更优选地高于5:1,还更优选地高于8:1,进一步更优选地高于10:1。内部容积平均流动阻力与变形层平均流动阻力之比可以小于100:1,或者更优选地小于50:1。变形层的平均流动阻力可以是内部容积的流动阻力的例如1-30%,优选地3-20%,更地优选4-15%,进一步更优地选5-12%。
除非另有规定(例如,在侧壁的流动阻力和底壁的流动阻力之间的流动阻力比较中),否则流动阻力对于一个空腔取平均值,即在侧壁和底壁的流动阻力之间没有差别。
关于本文所述的所有测量的材料特性或特征,“平均值”是通过在不同的代表性位置采集至少N个样本(N是大于1的整数),将测量结果相加,并将总和除以样本数量N来确定的(例如,对于2个、3个或5个样本的取样N(分别),将测量值总和除以2、3或5)。
针对本发明的该实施例所做的公开也适用于其他实施例,反之亦然。在本发明的该实施例的背景中公开的主题也可以包括在其他实施例中,反之亦然。
本发明涉及一种旋转圆柱形模具构件,优选地涉及一种用于由食品原料模制产品的滚筒,更优选地,涉及一种用于由通常被认为具有低脂肪含量的食品原料模制产品的滚筒。例如,本发明考虑了一种旋转圆柱形模具构件,优选地是一种用于由脂肪量小于或等于每100克(g)未煮熟的食物15克、12克、10克或8克的食物原料模制产品的滚筒。食物原料可以包括选自禽肉、猪肉、鱼类、肉类替代品和素食的食物。
模具构件具有纵向轴线和外圆周。在生产过程中,模具构件围绕纵向轴线旋转。
模具构件包括至少一个模具主体,该模具主体具有形成模具构件的外圆周的至少一部分的弯曲外表面和相对的内表面。模具主体可以是单件,例如滚筒,或者也可以分成多件。模具主体可以由具有相互连通孔隙的多孔结构的多孔材料制成,例如烧结金属、陶瓷或塑料材料。它可以优选地是不锈钢。模具主体的外圆周的部分可以至少部分地、优选地完全气密密封。例如,模具主体的外圆周可以在模具主体外圆周周围的预定位置(例如,在与食品原料被引入并在其中模制的一个或多个空腔邻接的区域中)被选择性地密封。
每个模具主体包括至少一个空腔,优选地包括多个空腔,食品原料在空腔中模制。空腔例如通过材料去除(例如,通过铣削)在模具主体的弯曲外表面中形成(例如,在模具主体的外圆周被密封之前或之后去除材料)。每个空腔包括优选的多孔的侧壁和/或优选的多孔的底壁。侧壁和底壁限定空腔的边界。边界通常是弯曲的和/或轮廓状的。然而,边界可以包括一个或多个平面部分(例如,空腔的底壁,诸如2D空腔)。
模具主体可以包括具有或不具有限定多个通道的结构的多孔材料的内部容积。内部容积的多孔材料可以包括允许气体通过网络的相邻且互连的开放孔的网络。内部容积的多孔材料可以包括大体上均匀分布的孔。
内部容积的孔可以具有以下的尺寸(即,在其最大尺寸,例如直径),通过该尺寸,孔隙的尺寸变化使得至少50%的孔或至少75%的孔在最大尺寸上彼此相差小于30%、小于20%或小于10%。
侧壁可以具有任意形状,例如圆形或椭圆形。底部可以是弯曲的/轮廓状的,或者包括任意其他的2D或3D形状。每个空腔在其多孔底壁和/或其多孔侧壁和/或者其边界处包括通过塑性变形形成的变形层。变形层通常在将空腔铣削成多孔材料的过程中形成。例如,变形层可以出现在模具滚筒的子表面部分内(在其制造过程中),该子表面部分从通过材料去除操作(例如,铣削,诸如常规铣削、之字形铣削和/或同向铣削)而暴露的空腔壁表面延伸。这种位置的子表面变形可能是由于切削力(例如,摩擦力和/或剪切力)、温度升高或在加工操作期间发生的这两者的共同作用而引起的。
变形层可以表现为从暴露的空腔壁表面延伸到(例如,径向和/或纵向)内部容积的一部分中的子表面区域。然而,相对于在内部容积内出现的典型微观结构,其微观结构可能不同。
变形层可以表现出超过内部容积内的平均材料密度(例如,至少10%、20%、30%或40%)的平均材料密度。变形层内的平均孔隙率可以比内部容积内的平均孔隙率低至少10%、20%、30%或40%。因此,可以使用线性截距法来检测变形层。
根据所采用的材料去除技术,变形层内的平均化学成分和/或冶金相(或相的数量)可能与内部体积中的化学成分和/或冶金相(或相的数量)不同。
变形层可以表现出现金相学上可检测出的(例如,通过使用扫描电子显微镜(SEM))孪晶、滑移线和/或内部体积内未发现的种类和/或程度的相位差。
变形层可以表现出如下的微观结构(如通过线性截距法分析得出):该微观结构相对于邻接区域具有较低的每单位体积的空隙密度,和/或与更远离材料去除位置的区域相比具有空隙数量或体积的梯度。
变形层可以表现出如下的微观结构(如通过线性截距法分析得出):该微观结构相对于邻接区域具有较低的每单位体积开孔密度,和/或与更远离材料去除位置的区域相比具有空隙数量或体积的梯度。
变形层可以表现出与通过线性截距法测量的内部容积的平均孔隙尺寸不同的平均孔隙尺寸(例如,较低的平均孔隙尺寸)。平均孔隙尺寸(在垂直于暴露的空腔壁表面的变形层的厚度上)可以与内部容积内的平均孔隙尺寸相差(例如,低于)至少10%、15%、20%、40%或60%。例如,在整个变形层厚度的N个(如先前定义的)不同代表性位置处获得的平均孔隙尺寸可以与在内部容积内的横截面的N个不同代表性位置处获得的平均孔隙尺寸相差(例如,低于)至少10%、15%、20%、40%或60%。
变形层可以具有大于30微米、50微米、70微米、85微米、100微米或200微米的平均厚度。变形层可以具有小于500微米、425微米、350微米或275微米的平均厚度。
因此,模具主体可以包括设置在变形层和内表面之间的多孔材料的内部容积。变形层的厚度是从暴露的外腔表面向内(例如,朝向内部容积)测量的。
在圆柱形模具构件的圆周上,多于一个的空腔设置成一排,其优选地平行于圆柱形模具构件的旋转轴线延伸。然而,该排也可以相对于旋转轴线成一定角度设置。圆柱形模具构件优选地包括多于一排,例如2至12排,其中在生产过程中,每一排同时填充食物原料材料,并且一排中的空腔被同时清空。一排中的空腔的形状可以变化。两排之间空腔的形状和数量也可以变化。
模具构件进一步包括气体供应部或与气体供应部流体连接,该气体供应部迫使气体通过内部容积(例如,通过多孔结构和/或在内部容积中配置的通道)和变形层进入到空腔中,以帮助从模具空腔移除模制产品。气体通常是空气或氮气。
至少通过模具构件的多孔结构,空腔可以在填充期间被排空。
模具构件优选地是模具滚筒,食物原料在模具滚筒中模制并且围绕模具滚筒的纵向轴线旋转。模制后,将模制产品从空腔中取出,并且可以重新填充空腔。空腔可以被限定在完全或部分多孔材料(例如烧结材料或压制(例如,热压或等静压)材料内,例如塑料、陶瓷或金属,优选地含有钼、镍、铬或两者的含铁材料,例如铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和/或马氏体不锈钢。通过这种多孔材料,可以用气体(或其他流体)喷射模制产品,并且/或者在填充过程中,空腔可以通过多孔材料被排空,例如通过使流体流过多孔材料中的孔隙。
在生产过程中,滚筒连续或间歇地转动,在一个位置,一排中的产品空腔充满食物原料,而在下游位置,模制的食物原料从位于一排的产品空腔中被排出。在该排以一定角度设置的情况下,一排中的空腔随后被部分或全部填充。之后,可以再次填充一排空腔中的产品空腔,以此类推。为了在填充之前和/或填充期间和/或之后将产品空腔排空,并且/或者为了支持产品的排出,产品空腔至少部分地、优选地全部由多孔材料制成,例如烧结金属、烧结陶瓷或塑料,该材料是透气的,通过它可以将产品空腔排空,或者通过它可以排放气体,例如空气,以使模制产品从产品空腔的表面松脱。优选地,多孔材料包括彼此互连的孔(和可选的通道)。食品模制滚筒进一步优选地包括流体通道,流体通道优选地在滚筒的纵向方向上延伸(以直线方式、螺旋方式或其他方式),即与滚筒的中心轴线平行或成一定角度,并且优选地从滚筒的一端延伸到另一端。通过每个流体通道,通风流体(例如,诸如空气、氮气的气体或其他气体)可以在空腔的填充期间被排放到例如周围环境中,并且/或者压缩气体可以被强制进入空腔以排出模制产品。此外,可以迫使清洁流体通过产品空腔的多孔材料的通道和/或孔隙(以及可选的通道)。
在向空腔填充食物原料之前、期间和/或之后,空腔将用例如密封板的密封构件封闭,使得不发生不期望的食物块泄漏。该密封构件与模具构件的表面密封配合,例如与模具滚筒的外圆周密封配合。密封构件优选地是密封板,其长度优选地在滚筒的整个轴向长度上延伸。在周向方向上,密封板优选地覆盖一个空腔的周向长度。然而,更优选地,密封板比在一排中的空腔的周向长度长。优选地,密封板包括开口,优选地为槽,该开口优选地在滚筒的整个轴向长度上延伸。通过该开口,向模具空腔填充食物原料。优选地,密封构件是柔性的(在材料性质上,和/或作为一种结构),使得在被施加负载时密封构件能够弹性变形(并且之后恢复到施加负载前的形状)并且补偿滚筒表面处的不规则性,并且/或者优选地由于待被排放的气体的压力而使得密封构件和模具构件的表面之间能够形成间隙。更优选地,密封构件至少局部地压靠模具构件的表面。
通常,空腔通过从多孔模具主体去除材料而形成。空腔可以被机加工到多孔模具主体中,例如通过铣削,优选地通过同向铣削、常规铣削和/或之字形铣削(交替的同向铣削和常规铣削)。在2D空腔的情况下,空腔底壁的最终表面铣削步骤将优选地是之字形铣削,并且空腔的侧壁将优选地通过同向铣削和/或常规铣削进行材料去除。在3D空腔的情况下,侧壁可以在最终的表面铣削步骤中进行材料去除,优选通过常规铣削进行铣削。空腔的侧壁可以具有相对于限定空腔底部的壁的一个或多个倾斜表面。空腔的侧壁相对于与空腔最底部位置相交的平面的角度可能为10–90°。虽然不太优选,但材料去除可以通过其他技术,例如火花侵蚀。
底壁可以是平面的、弯曲的或轮廓状的。在2D空腔的情况下,底壁优选地是弯曲的,并具有优选地是滚筒的外圆周的半径减去空腔的深度的半径。这使得产品具有至少基本上恒定的厚度。在3D空腔的情况下,底壁是轮廓状的且底壁和侧壁相互融合。这使得产品的厚度在其长度和/或宽度上变化。
在机加工过程中,优选地形成变形层,其中机加工工具使模具构件的多孔结构的一部分变形。内部容积在机加工之前具有模具主体的多孔结构。由于多孔结构在机加工过程中被压缩/变形,变形层的流动阻力(例如,从模具构件的内表面向外朝向空腔底壁扩展的每单位长度,在内部容积内纵向朝向空腔的侧壁的每单位长度,或两者)优选地高于内部容积的流动阻力。
在机加工之后,可能需要去除变形层的全部或部分,以改变其流动阻力。这可以通过蚀刻、电抛光和/或火花侵蚀来实现。
也可以在完全或部分去除变形层之后改变流动阻力。例如,在去除变形层的材料的步骤之后,可以采用材料添加的步骤。材料添加可以用于将一定量的材料添加到限定空腔的一个或多个壁的外表面。所添加的材料可以包括聚合物、陶瓷和/或金属。所添加的材料可以包括具有与模具构件的多孔结构相同的化学组成的材料。所添加的材料可以包括具有与模具构件的多孔结构不同的化学组成的材料,但是这种材料经过选择以防止在所形成的空腔表面的将接触食物的部分处形成脆性腐蚀副产品。所添加的材料可以通过涂覆、浸渍、喷涂、擦拭、刷涂、电镀、化学和/或物理气相沉积、增材制造(例如,三维打印)或其他方式添加。可以以限定多孔层的方式添加材料。多孔层可以具有与内部容积的流动阻力相同或不同(例如,小于或大于)的流动阻力。
在流过内部容积和变形层的过程中,气流受到流动阻力。变形层的平均流动阻力被设想为不同于内部容积的平均流动阻力。因此,可以通过在对腔壁进行的一系列表面材料去除步骤中的每一步到预定深度之后测量流动阻力(如本文所述)来确认变形层的厚度,在该预定深度之后没有观察到流动阻力的更多变化。
变形层的平均流动阻力可以在大于内部容积的平均流动阻力的25%、大于35%或大于45%的量上不同。变形层的平均流动阻力可以小于内部容积的流动阻力的一半或小于三分之一。根据本发明,变形层的平均流动阻力可以是内部容积的流动阻力的高达15%、高达20%或高达30%。它可以是内部容积的流动阻力的至少1%、至少3%或至少5%。例如,它可以是内部容积的流动阻力的1-30%,优选地3-20%,更优选地4-15%,甚至更优选地5-12%。
本发明的这一发明特征的优点在于,总平均流动阻力,即变形层的流动阻力和内部容积的流动阻力之和相对较低,使得产品可以快速被排出并且具有相对较低的能耗。与现有技术相比,产品的填充压力相对较低,模具构件的清洁更容易。变形层的贡献较低,但不会太低,从而防止例如脂肪或汁液进入内部容积的孔隙。
每个空腔的总平均流动阻力(FRTotal)根据以下公式计算:
FRTotal=ΔP/Q
其中,ΔP是内部容积和变形层的压降[mbar],Q是相应的气体流量[ln/min]。压降例如以[mbar]为单位提供。Q是稳态条件下的气体流量,单位为[ln/min]。“ln”是气体的体积,优选地是标准条件(例如0℃和1巴)下的N2。
对于所有的流动阻力测量,空腔是空的,并且没有填充食物块。
总平均流动阻力优选地在一定的气体流量[ln/min]下确定每个空腔,例如通过直接测量内部容积上游和空腔下游例如空腔中的压力来确定。空腔优选地被隔离,使得没有气体泄漏,以防止测量不正确。总平均流动阻力是在稳态条件下测量的,特别是在恒定的气体流量下。总平均流动阻力是优选地一个空腔的内部容积和变形层的流动阻力。压降优选地在一个空腔上取平均值。在大多数情况下,测量内部容积上游的压力就足够了,因为在空腔下游,压力至少基本上是环境压力。压降优选地是每个空腔的平均值,即在一个空腔的侧壁和底壁上取平均值。压降例如根据NEN-EN-ISO 4022-2006来确定。压降是在空腔内没有产品的情况下测量的。
变形层和内部容积的总流动阻力FRTotal根据以下公式计算:
FRTotal=FR1+FR2
其中,FR1是变形层的流动阻力,FR2是相同气体流量下内部容积的流动阻力。
为了确定单个的流动阻力FR1和FR2,在第一步骤中,测量在特定气体流量[ln/min]或若干个气体流量[ln/min]下的总流动阻力FRTotal。随后,完全去除变形层,使得仅保留内部容积,然后在与用于确定FRTotal的气体流量相同的气体流量(s)[ln/min]下测量内部容积FR2的流动阻力。基于这些测量,可以使用以下公式计算FR1:
FR1=FRTotal-FR2
流动阻力的测量范围优选地为2-100[ln/min],优选地为5-50[ln/min]。所选择的气体优选地为空气或氮气。
例如,在将空腔加工成多孔材料之前,可以通过将测试件的孔隙率与原始材料的孔隙率进行比较来确认变形层的完全去除。例如,这可以优选地通过共聚焦显微镜和/或通过扫描电子显微镜(SEM)获得的地形图像定量地进行。例如,如果两个样品的开口表面孔隙率至少基本上与横截面的孔隙率相同和/或相当,则变形层被去除。变形层可以逐步去除,例如每步骤去除几纳米,并且可以在每个去除步骤之后进行比较。在下文中解释一种用于确定开口表面孔隙率的方法。
附加地或可选地,变形层可以在例如每步骤几纳米的后续步骤中被去除,并且在每个步骤之后,测量总压降并将其与先前的总压降测量进行比较。只要变形层没有被完全去除,在两个后续去除步骤之间的总压降就会减小。
一旦变形层被完全去除,压降就保持恒定。因此,除了本文讨论的其他区别特征(例如,孔尺寸、孔隙率等)之外,还可以使用另一种测量来合理肯定地确定内部容积和变形层之间的边界。也就是说,可以提供具有变形层和内部容积的样品。可以(例如,通过用于一系列增量材料去除步骤的受控火花侵蚀和/或电抛光操作)逐渐去除变形层,同时监测通过内部容积的气体的压降。当压降测量不再显示由变形层引起的任何影响时(例如,压降保持恒定),就到达了内部容积。
然后可以测量作为空腔上游和下游与相邻的内部容积之间的压力差的FR2。基于这些测量,可以根据上面提供的公式来计算FR1。
如上所述,出于测量目的,将去除变形层。层的厚度主要取决于多孔结构的性质和空腔的产生方式(铣削工具、铣削参数、铣削过程中的力),并且可以在0.05mm至1mm之间的范围内变化,优选地0.1mm-0.2mm的范围内变化。
变形层的去除优选地通过电抛光和/或电火花加工(EDM)和/或通过蚀刻来进行。为了确保在测量时变形层被完全去除,应去除足够的材料。对于FR1的确定,优选地忽略伴随的内部容积的厚度的减小。
该问题也通过本发明的或优选的旋转圆柱形模具构件来解决,其中变形层的外表面的平均开口表面孔隙率(优选地以总面积的%表示)为大于10%至40%,并且优选地为15%至35%。因此,变形层的平均开口表面孔隙率可以高于10%、12%或更高、15%或更高或者20%或更高。变形层的平均开口表面孔隙率可以是40%或更低、35%或更低、或者30%或更低。
针对本发明的该实施例所做的公开也适用于其他实施例,反之亦然。在本发明的该实施例的背景中公开的主题也可以包括在其他实施例中,反之亦然。
如所示,许多特征涉及通过使用线性截距法来确定孔隙率或尺寸。更具体地,本领域技术人员将认识到,使用ASTM-E112-13,并像本领域技术人员在该方法中处理“晶粒”那样处理“孔隙”(或任何其他测量目标),将提供根据本发明的教导的测量。
例如,使用ASTM-E112-13的技术,(例如在横截面的SEM图像上或在SEM表面图像上)可以确定平均开口孔隙率。通过一般说明(并非旨在替代标准检查),当应用线性截距法时,在多孔结构的图像上绘制一条线,并确定该线截距孔隙的长度。线性孔隙率根据以下公式计算:
线性孔隙率=线截取的孔的总长度/线的总长度
变形层的线性孔隙率优选地在底壁和侧壁处确定,优选地在底壁的一个或多个横截面处和侧壁处确定,并且优选地在侧壁的横截面的一个或者多个位置处确定。为了确定横截面中的孔隙率,优选地将空腔切开。
优选地,平均孔隙率(例如,通过线性截距法测量)在通过取垂直于模具滚筒的纵向轴线的横截面而获得的平面截面中可以是15-50%,优选地20-45%。因此,内部容积的平均孔隙率可以高于15%或高于20%。内部容积的平均孔隙率可以是50%或更低、45%或更低、或者40%或更低。
根据本发明的另一优选或发明性实施例,通过线性截距法确定,内部容积的平均孔径为30-110μm(例如,如在将通过取垂直于模具滚筒的纵向轴线的横截面而获得的平面横截面中测量的)。
举例来说,如本申请中根据图3所解释的,根据线性截距法,平均孔尺寸可以通过总截距长度(使用从内部容积的横截面导出的图像)除以孔的数量来测量。
针对本发明的该实施例所做的公开也适用于其他实施例,反之亦然。在本发明的该实施例的背景中公开的主题也可以包括在其他实施例中,反之亦然。
优选地,空腔是具有至少基本上弯曲的多孔底壁和多孔侧壁的2D空腔。2D空腔是在整个宽度和长度上形成具有恒定厚度的产品的空腔。2D产品的示例是圆盘、汉堡肉饼等。
根据本发明的一个实施例,由形成多孔侧壁引起的塑性变形可以不同于(例如,高于)由形成多孔底壁引起的塑性变形。这可能导致侧壁与底壁相比不同的性能或其他特性(例如,更高的流动阻力)。侧壁的塑性变形与底壁相比的差异可以是有意为之,并且可以通过不同的加工技术来实现。
由这些壁的形成引起的塑性变形的差异可导致变形层厚度、壁中的平均表面孔隙率的量、变形层中的平均孔径或其任意组合的差异,如与空腔的侧壁相关的变形层和与底壁相关的变形层之间的差异。侧壁变形层的任何这种参数的值可以是底壁变形层值的0.1至3倍,或者优选地0.5至1.5倍。
根据本发明的另一发明性实施例或优选实施例,空腔是3D空腔,该3D空腔至少包括轮廓状的底壁。
针对本发明的该实施例所做的公开也适用于其他实施例,反之亦然。在本发明的该实施例的背景中公开的主题也可以包括在其他实施例中,反之亦然。
3D空腔允许生产在其宽度和/或长度上具有不同厚度的模制产品。轮廓状的底壁将使产品的一侧是3D形状的,如半个鸡蛋型、半球形或沿中心轴线切开的圆柱形。3D产品的另一示例是Chicken Premier。在密封板也是轮廓状的情况下,可以实现诸如香肠的3D产品或具有五边形、六边形、七边形或更多截面的产品。截面垂直于产品的纵向延伸。
在3D空腔的优选实施例中(优选地,也包括前面讨论的2D空腔),变形层的平均开口表面孔隙率为11-40%,优选地为15-35%。(变形层的平均开口表面孔隙率也是空腔的壁(底壁和/或侧壁)的开口表面孔隙率)。变形层的平均开口表面孔隙率可以是11%或更高、15%或更高或者20%或更高。变形层的平均开口表面孔隙率可以是40%或更低、35%或更低、或者30%或更低。
另外地,或可替代地,内部容积的孔尺寸优选地为10-100μm。平均孔尺寸可以为至少40μm,更优选地为至少50μm。平均孔尺寸可以小于90μm,更优选地小于80μm。
与本文所述的其他材料特征一样,以下内容明确适用于2D和3D空腔,并且特别地适用于本发明的所有实施例。
优选地,变形层的厚度为0.05-1mm,优选地为0.1-0.2mm。
优选地,在气体流速(例如,空气或N2流速)为50ln/min时,每个空腔的平均总压降为300-400mbar。优选地,在气体流速(例如,空气或N2流速)为20ln/min时,每个空腔的平均总压降为120-160mbar。
可以看出,可以得到具有多孔结构的模具滚筒,该多孔结构被限定为包括从内部容积向外穿过限定空腔的壁的连续流体流动路径,由此从内部容积穿过变形层的流体在变形层中表现出相对于内部容积内的流体的速度增加的速度。
还可以看出,可以存在具有内部容积和用于食品的空腔的模具滚筒,该模具滚筒包括通过塑性变形形成的变形层,优选地通过铣削操作形成的变形层,并且其中变形层(FR1)的平均流动阻力不同于内部容积(FR2)的平均流动阻力,并且/或者(i)变形层(FR1)的平均流动阻力如本文其他地方所述,例如,优选地为内部容积(FR2)的平均流动阻力的1-30%,更优选地3-20%,又更优选地4-15%,甚而更优选地5-12%。变形层可以具有如本文其它地方所述的平均表面孔隙率;例如,平均表面孔隙率大于11%,更优选地在20%至40%的范围内。内部容积和变形层各自可以具有本文其他地方针对其厚度、孔隙率、孔尺寸所描述的特征中的任意一个或其他特性。
附图说明
现在根据附图来解释本发明。这些解释同样适用于本发明的所有实施例。这些解释并不限制本发明的保护范围。
图1描绘了本发明的模具构件。
图2描绘了空腔的截面。
图3描绘了线性孔隙率和线性孔截距长度的确定。
图4描绘了测试样品空腔。
图5是模具滚筒的示例性截面的显微照片。
图6是示出作为变形层的特征的滑移线的存在的另一显微照片。
图7是图7中空腔底表面(左)的低放大率(30倍)显微图像和空腔底表面的高放大率图像(200倍)。
具体实施方式
图1示出了本发明的圆柱形模具构件1,滚筒,其包括多孔模具主体6,在本实例中为由一个单件制成的圆柱形模具主体6。多孔模具主体6由烧结金属材料制成,例如不锈钢,优选地1.4404不锈钢。模具主体在其外圆周5处包括多个空腔2,这些空腔被机加工,优选地被铣削在多孔模具主体中。空腔可以具有但不一定具有不同的形状。滚筒1在生产过程中旋转,并且在一个旋转位置,例如12点钟位置,设置有进料构件(未示出)以填充空腔,并且在下游位置,例如6点钟位置,可以设置有排出装置(未示出)以清空空腔。在空腔被清空之后,它可以被再次填充。空腔在此设置成排9,这里是十排,每排有多个空腔2,这里是十六个空腔。一排中的空腔同时被填充和清空。空腔的清空由空气(或另一种气体,例如氮气)支持,空气被迫使在排空位置和/或从其上游穿过多孔主体以排出模制产品。因此,圆柱形模具构件设置有通道7,这里每排一个通道,该通道在一个空腔下方的多孔主体即所谓的内部容积下方延伸。在排出位置,通道连接到流体源(例如,空气源),该流体源迫使流体(例如,空气或氮气)通过通道和内部容积进入空腔,从而将模制产品从空腔中移除。每个空腔包括多孔底壁3和多孔侧壁4。在滚筒的外圆周5处,多孔模具主体的孔例如通过用滚动元件进行深滚动来涂抹孔而被封闭。
图2示意性地示出了空腔2的横截面的一半,其具有一起形成空腔的边界的侧壁4和底壁3,以及空腔下方的内部容积10。空腔2已经被铣削在多孔模具主体6中。多孔模具主体6的内表面11与通道7接触,通道7将流体(例如,空气、氮气、另一种气体或清洁流体)供应到空腔2。如附图标记8所示,在铣削过程中,变形层形成在空腔的边界处,且在空腔的侧壁4和底壁3两者处。侧壁处的变形层优选地在厚度和/或线性孔隙率方面与底壁处的变形层不同。为了从空腔2中移除产品,气体,优选地空气或氮气通过通道7(由7表示)供应到模具主体的内表面,然后通过内部容积10,然后通过侧壁4和底壁3处的变形层8排出到空腔2中。清洗液也是如此。
图4示出用于获取实验数据的测试样品空腔12。所有尺寸均以[mm]为单位。多孔模具主体6由烧结不锈钢1.4404制成,并且如从右侧的图中可以看到的,是略微弯曲的。多孔模具主体6在其外圆周5和其四个侧壁14处气密密封,这里通过在表面处压缩多孔材料来密封。在多孔模具主体的内表面11处没有施加密封。表面11的面积在这里是2348,69mm2。随后,空腔2被机加工到多孔模具主体中,这里通过铣削并从外圆周5开始。空腔包括底壁3和侧壁4,底壁3这里是弯曲的底壁。底壁的表面积为1472,18mm2,侧壁的表面积为1040,92mm2。尽管被描述为相对精确的尺寸值,但是本文的教导也包括相对成比例的尺寸值。因此,以另一种方式来描述本实施例,底壁与侧壁的相对表面积的比例可以是1.4:1。例如,该值可以偏离到1:1至2:1范围内的值。
空腔这里的深度为7.5mm。插入空腔后,在空腔和多孔模具主体的内表面11之间,留有深度为14.5mm的内部容积11。由于对空腔进行了机加工,在空腔的边界处形成与产品(未示出)接触的变形层。
为了确定变形层8和内部容积10各自的流动阻力FR1和FR2,首先,通过测量如箭头13所示穿过多孔模具主体从内表面11到达空腔2的稳态气流Q的压降ΔP,优选空气或氮气的压降ΔP,来确定变形层8和内部容积10两者的总流动阻力FRTotal。总压降包括在通过内部容积和变形层8时恒定气流的压降。压降在整个空腔上取平均值,即在整个测试空腔上,取底部和侧壁两者的平均值。在本实例中,仅测量表面11下方的气体压力,并且假设压缩层8下游的气体压力是环境压力,从表面11处的测量压力中减去该环境压力来计算ΔP。然后使用以下公式计算总流动阻力:
FRTotal=ΔP/Q
其中,ΔP是内部容积和变形层上的压降,Q是相应的气流。压降例如以[mbar]为单位来设置。Q是稳态、恒定条件下的气体流量,单位为[ln/min]。“ln”是标准条件即0℃和1巴下的体积。
随后,例如通过电抛光和/或EDM去除压缩层8,然后在用于测量总压降的相同气体流量Q in[ln/min]下再次确定流动阻力,以确定整个内部容积的压降ΔP2。该数据用于利用以下公式计算内部容积的流动阻力FR2:
FR2=ΔP2/Q
其中,ΔP2是内部容积的压降,Q是用于测量ΔP的相同气体流量,单位为[ln/min]。
流动阻力FR1然后可以如下计算:
FR1=FRTotal-FR2
流动阻力的测量范围优选地为2-100[ln/min],优选地为5-50[ln/min]。所选择的气体优选为空气或氮气。优选地,在不同的体积流量的范围下进行测量,例如以10[ln/min]为阶差,从10到50[ln/min]。所有数据都是在恒定的气体流量下获取的;即气体流量在测量期间不变化(静态流动条件)。
根据图3,示出了利用线性截距长度确定线性孔隙率(以简要说明ASTM-E112-13中所述的线性截距法)。示意图描绘了多孔横截面,沿着该截面绘制了一条人造线,总测量长度[mm]。该图描绘了技术人员在使用传统的金相技术制作的显微照片进行检查时可能看到的情况。所描述的技术可以使用金相测试样品的显微照片来实现,该金相测试样品是使用用于分析致密粉末状金属零件的传统技术制备。在本实例中,该线与8个孔相交。针对每个孔单独测量截取长度L1-L8,计算总和∑L1-L8然后除以总测量长度,得出线性孔隙率。该过程可以重复几次,并且可以确定压缩层8的平均值和内部容积的平均值。在变形层和/或内部容积中,线性截距长度可以应用于变形层的表面的图像和/或多孔模具主体的横截面。
该方法可用于确定等于平均孔尺寸的平均线性截距长度,因此以上公开内容也适用。图3中还提供了计算平均截距长度的公式。
图5是带注释的显微照片,示出了具有空腔和内部容积的模具滚筒的截面部分。描绘了暴露的空腔底表面。从空腔底表面延伸出变形层,其下方是内部容积。可以看出,该显微照片中的变形层的特征在于孔隙率明显低于内部容积。
图6是另一张带注释的显微照片,描绘了滑移线的存在(对样品进行适当的蚀刻,然后通过扫描电子显微镜进行检查)。滑移线的存在是根据本教导可以预期存在于变形层内但不在模具滚筒的内部容积内的特征。如图6所示,从空腔壁表面向内推进,滑移线的存在减少并最终消失。
图7示出了低放大率(30倍)和高放大率(200倍)的扫描电子显微镜显微照片,以说明空腔壁表面(例如,空腔底壁)中的开口孔隙。可以看到相互连接的孔的网络朝着内部容积穿入模具主体中。
附图标记列表:
1圆柱形模具构件,滚筒
2 多孔产品空腔
3 多孔底壁
4 多孔侧壁
5 外圆周
6 模具主体
7 通道
8 变形层
9 空腔排
10 内部容积
11 内表面
12 测试样品空腔
13 气体流
14 测试样品的侧壁
FR1 变形层的流动阻力
FR2 内部容积的流动阻力
FRTotal总流动阻力FR1+FR2
ΔP压降测量值
Claims (13)
1.一种旋转圆柱形模具构件(1),用于由包括禽肉、猪肉、肉类替代品和素食的食品原料模制产品,所述模具构件(1)具有纵向轴线(A)和外圆周(5),包括至少一个模具主体(6),所述模具主体(6)具有形成所述模具构件(1)的外圆周的至少一部分的弯曲外表面(5)以及相对的内表面(11),其中所述模具主体由具有相互连通的孔的多孔结构的多孔材料制成,其中所述外圆周至少部分地气密密封,其中每个模具主体(6)包括食品原料在其中被模制的至少一个空腔(2),所述空腔形成在弯曲的外表面中,所述空腔在其多孔底壁(3)和/或其多孔侧壁(4)和/或者其边界处包括变形层(8),所述变形层(8)通过塑性变形、优选地通过铣削操作形成,所述模具主体包括设置在所述变形层(10)和所述内表面(11)之间的内部容积(10),所述模具构件进一步包括气体供应部,所述气体供应部迫使流体气体通过所述内部容积(10)和所述变形层(8)进入到所述空腔中,以帮助从所述模具空腔中移除模制产品,其特征在于,所述变形层的平均流动阻力(FR1)为所述内部容积的平均流动阻力(FR2)的1-30%,更优选地3-20%,进一步更优选地4-15%,甚而更优选地5-12%。
2.一种旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,内部容积的平均孔隙率为按照体积的15-50%,优选地为20-45%,更优选地还大于25%。
3.根据前述权利要求中任一项或权利要求1的前序部分所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,所述内部容积的平均孔尺寸为10-100μm,优选地为40-110μm,所述平均孔尺寸优选地优选地利用线性截距法确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,所述空腔是具有多孔底壁(3)和多孔侧壁(4)的2D空腔,其中所述底壁优选地是弯曲的。
5.根据权利要求4所述的旋转圆柱形模具构件,其特征在于,按面积计算,空腔壁的变形层的平均开口表面孔隙率大于10%,优选地15-35%。
6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,所述多孔侧壁的塑性变形高于所述多孔底壁的塑性变形。
7.根据权利要求1或权利要求1的前序部分所述的旋转圆柱形模具构件,其特征在于,所述空腔是至少包括轮廓状底壁的3D空腔。
8.根据权利要求7所述的旋转圆柱形模具构件,其特征在于,变形层的平均孔隙率为10-50%,优选地为20-40%。
9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,空腔侧壁和/或空腔底壁的变形层的平均厚度为0,05-1mm,优选地为0,1-0,2mm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,在气体流速,例如空气或N2的气体流速为50ln/min时,每个空腔的总平均压降(FR1+FR2)为300-400mbr。
11.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,在气体流速,例如空气或N2气体的气体流速为20ln/min时,每个空腔的总平均压降(FR1+FR2)为120-160mbr。
12.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,所述总平均流动阻力(FR1+FR2)是所述内部容积(FR2)的流动阻力的102-120%,优选地105-115%。
13.根据前述权利要求中任一项所述的旋转圆柱形模具构件(1),其特征在于,限定了多孔结构,所述多孔结构限定从所述内部容积向外穿过限定所述空腔的壁的连续流体流动路径,通过所述空腔通过所述变形层实现文丘里效应,由此从所述内部容积通过所述变形层的流体呈现在所述变形层中的速度相对于所述流体在所述内部体积中的速度增加。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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