DE60008411T2

DE60008411T2 - Verfahren zur herstellung von formteilen

Info

Publication number: DE60008411T2
Application number: DE60008411T
Authority: DE
Inventors: Brian Wirral EDMONDSON; Graeme Neil Wirral IRVING
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: KR100731218B1; CA2392348A1; TR200201370T2; EA200200594A1; HUP0203795A2; KR20020050302A; CZ20021798A3; CN1187178C; EA004966B1; MY127447A; MXPA02005145A; CN1424961A; WO2001038071A1; PL361877A1; HUP0203795A3; EP1232053A1; EP1232053B1; GB9927682D0; AR029193A1; AU7924800A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Extrusionsverfahren und eine Extrusionsvorrichtung zur Bildung eines geformten Gegenstandes aus einem plastischen Material. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines geformten Detergensriegels.
HINTERGRUND
Ein konventionelles Verfahren zur Herstellung von Detergensriegeln ist Mahlen, gefolgt von Extrusion ("Strangpressen") und Stanzen. Bei einem solchen Verfahren wird typischerweise eine zuvor gebildete, sämtliche Komponenten des Riegels umfassende Zusammensetzung stranggepresst, d. h. durch eine Düsenplatte extrudiert, um eine ununterbrochene "Stange" zu bilden, und die ununterbrochene Stange in kleinere Stücke von vorbestimmter Länge geschnitten, die gewöhnlich als "Knüppel" bzw. "Barren" bezeichnet werden. Diese Barren werden dann einer Stanzvorrichtung zugeführt, oder erhalten alternativ, und speziell bei der Herstellung von preiswerten Riegeln aus seifenfreiem Detergens (NSD), lediglich eine Einprägung auf einer oder mehreren Oberflächen. Eine solche Prägung oder Einprägung kann erzielt werden, indem man ein Formwerkzeug mit denselben Abmessungen wie die Riegeloberfläche verwendet, das mit Kraft beaufschlagt wird, wie zum Beispiel mit einem Hammer, oder ein Formwerkzeug in Gestalt einer Walze.
Das Stanzen von Detergensriegeln unter Verwendung eines Formwerkzeugs wird vorgenommen, um den Riegeln eine reproduzierbare Gestalt und glatte Oberfläche zu geben und/oder um ein Muster, wie beispielsweise ein Logo, eine Handelsmarke oder dergleichen, auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des Riegels einzuprägen. Stanzvorrichtungen weisen typischerweise ein Formwerkzeug auf, das in zwei Hälften ausgebildet ist, jede mit einer Oberfläche, die während des Stanzvorgangs mit dem Barren in Berührung tritt. Diese Oberflächen sind angepasst, um sich bis zu einem voreingestellten Trennabstand zu schließen, wodurch der Barren zwischen den Formwerkzeughälften zusammengepresst wird, um dem Riegel seine endgültige Form und sein endgültiges Erscheinungsbild zu verleihen, und um sich dann zu trennen. Überschüssige Zusammensetzung wird aus den Formwerkzeughälften herausgequetscht, während sie sich schließen. Dies wird gewöhnlich als "Gratmaterial" bezeichnet. Das Gratmaterial wird dann vom Seifenriegel abgetrennt, indem man den Riegel durch Löcher in einer "Entgratungsplatte" transportiert. Das Gratmaterial kann bis zu 40% des Barrenmaterials ausmachen und wird im Allgemeinen in den Mahlschritt zurückgeführt.
Die von Stanzvorrichtungsformwerkzeugen auf Detergensbarren ausgeübten Drücke sind typischerweise viel höher als diejenigen, die beim einfachen Einprägen eines Logos verwendet werden. Zwei gemeinsame Probleme, denen man bei Stanzverfahren begegnet, sind die schlechte Freigabe der Riegel aus den Formwerkzeugen und das Zusetzen der Formwerkzeuge. Beim Zusetzen der Formwerkzeuge sammeln sich kleine Mengen an Restdetergens, die auf Formwerkzeugen zurückbleiben, während eines fortdauernden Gebrauchs an, was zu sichtbaren Unvollkommenheiten auf der Riegeloberfläche führen kann. Das Zusetzen von Formwerkzeugen kann auch zu einer schlechten Freigabe der Riegel von der Formwerkzeugoberfläche oder sogar zu einer Nicht-Freigabe führen.
Das Produktsortiment, das durch Stanzen hergestellt werden kann, ist begrenzt. Um gestanzt zu werden, müssen die Barren im Wesentlichen "fest" sein, so dass sie sich problemlos zur Stanzvorrichtung transportieren und in diese zuführen lassen, jedoch ausreichend plastisch, um beim Stanzverfahren verformt zu werden. Insbesondere darf die Detergenszusammensetzung nicht zu weich und klebrig sein. Jedoch hat das Stanzverfahren selbst eine Tendenz, zu weicheren und klebrigeren Materialien zu führen, da die Detergenszusammensetzung in Form von zurückgeführtem Gratmaterial einer wiederholten Bearbeitung und Scherung ausgesetzt ist.
Das Stanzen kann auch ein begrenzender Faktor hinsichtlich der Geschwindigkeit einer Riegelfertigungsstraße sein. Der Grund dafür ist eine Kombination der Handhabungsschwierigkeiten, die man bei Verwendung eines Stanzverfahrens antrifft, sowie des Zusetzens des Formwerkzeugs. Handhabungsschwierigkeiten schließen die mehreren Schritte ein, die unvermeidlich involviert sind, d. h. die Herstellung der Barren, den Transport zu der und die Zufuhr in die Stanzvorrichtung, den Stanzschritt und den Entgratungsschritt.
Viele Stanzvorrichtungen enthalten irgendeine Art von Ausstoßeinrichtung, um die Freigabe der geformten Riegel zu unterstützen, jedoch sind zahlreiche andere Lösungen für die Probleme des Zusetzens des Formwerkzeugs und eine schlechte Freigabe aus dem Formwerkzeug vorgeschlagen worden. Alle diese Lösungen haben sich auf die Anpassung der Stanzvorrichtung konzentriert. Es gibt noch immer einen großen Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung, die entweder die mit dem Stanzen verbundenen Probleme verringert oder die Notwendigkeit eines Stanzverfahrens insgesamt beseitigt.
Wir haben nun gefunden, dass die mit dem Stanzen verbundenen Probleme, und insbesondere diejenigen, die mit dem Zusetzen des Formwerkzeugs und der Erzeugung und wiederholten Umarbeitung von überschüssigem Gratmaterial verbunden sind, merklich verringert werden können, wenn die Detergenszusammensetzung durch eine Extruderdüse extrudiert wird, die eine Öffnung enthält, deren Querschnittsfläche verändert wird, während die Zusammensetzung durch die Düse hindurchtritt, womit dem Riegel eine passende Form verliehen wird. In der Tat haben wir nun gefunden, dass die Notwendigkeit eines Stanzschritts bei einem Extrusions- und Stanzverfahren durch Verwendung eines solchen Verfahrens beseitigt werden kann.
Es ist bekannt, einen geformten röhrenförmigen Gegenstand, wie eine Kunststoff-Türdichtung oder einen Kunststoff-Keder mittels eines beweglichen Werkzeugs zu formen, das stromabwärts von der Extrusionsdüse, welche das Extrudat formt, wirksam ist. Dies ist in der US-A-5 162 090, der EP-A-0 081 093 und der GB-A-2 206 839 beschrieben.
Mit Hilfe beweglicher Schließvorrichtungen, die auf die extrudierte Röhre einwirken, wie in der GB-A-2 282 099 offenbart, kann man bewirken, dass extrudierte Schläuche für Kraftfahrzeuge veränderliche Durchmesser aufweisen.
Es ist auch bekannt, den Querschnitt von extrudiertem thermoplastischen Gegenständen mittels einer elastomer verformbaren Düse zu gestalten, wie in der US-A-3 134 832 offenbart. Ein auf Nahrungsmittelprodukte anwendbares ähnliches Konzept ist aus der US-A-3 840 311 bekannt. Blenden mit veränderlicher Iris sind in der GB-A-1 149 423 offenbart. Hier ist der extrudierte Gegenstand ein zylindrisches Werkstück aus einem aushärtbaren Kunststoffmaterial mit darin dispergierten fein verteilten Metallpartikeln.
Die JP 11 341 973 beschreibt eine Technik, um eine Fischpaste nacheinander zu extrudieren und zu formen, um Gestalten zu formen, womit die Verwendung von Formgebungsformen vermieden wird.
Die JP 60 106 900 beschreibt ein Verfahren zum Formen eines Seifenriegels, das einen Extrusionsschritt gefolgt von einem Stanzschritt umfasst.
DEFINITION DER ERFINDUNG
In einem ersten Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes aus einem Verbrauchsgut bereit, bei dem eine Zusammensetzung in einer extrudierbaren Form durch eine Düse extrudiert wird, die mindestens eine Öffnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche für den Hindurchtritt durch die mindestens eine Öffnung zumindest während eines Teils der Zeit, in der die Extrusion stattfindet, kontinuierlich verändert wird, wodurch man ein Extrudat erhält, dessen Querschnittsfläche sich entlang von mindestens einem Teil seiner Länge verändert.
In einem zweiten Aspekt umfasst eine Extrudiervorrichtung zur Bildung von geformten Gegenständen, die eine Extruderdüse umfasst, welche mindestens eine Öffnung enthält, deren Querschnittsfläche im Gebrauch verändert werden kann, Einrichtungen zum Aufbringen von Druck auf eine Zusammensetzung, die in einer extrudierbaren Form vorliegt, um die Zusammensetzung durch die mindestens eine Öffnung zu extrudieren, sowie Einrichtungen zum kontinuierlichen Verändern des Volumenstroms bzw. Volumendurchsatzes der zu der Öffnung zugeführten Zusammensetzung während mindestens eines Teils der Zeit, in der die Extrusion stattfindet.
In einem dritten Aspekt sieht diese Erfindung ein Verbrauchsgut vor, wie einen Detergensriegel, das man durch das Verfahren der Erfindung erhalten kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Jegliche nachfolgende Bezugnahme auf eine Düse soll sich auf eine Extruderdüse beziehen, falls nicht anders angegeben. Eine Extruderdüse ist eine Düse, durch die Material extrudiert wird, wobei die Düse dem Extrudat eine Form verleiht. Zur Vermeidung von Zweifeln schließt eine Extruderdüse kein Stanzformwerkzeug ein.
Einrichtung zum Aufbringen von Druck
Bei dem Extrusionsverfahren der Erfindung ist eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck auf die zu extrudierende Zusammensetzung erforderlich, um sie durch die Düsenöffnung zu treiben.
Bei dem Extrusionsverfahren der Erfindung kann die Einrichtung zum Aufbringen von Druck auf die Zusammensetzung eine beliebige Vorrichtung sein, die Zusammensetzung enthalten und Druck auf die Zusammensetzung aufbringen kann, so dass sie durch die die Öffnung umfassende Düse getrieben wird, d. h. extrudiert wird.
Eine hier vorgenommene Bezugnahme auf eine kontinuierliche Veränderung des Volumendurchsatzes über mindestens einen Teil des Extrusionszeitraums soll sich auf eine allmähliche (fortschreitende) Zunahme und/oder Abnahme dieses Durchsatzes beziehen, im Gegensatz zu einer plötzlichen oder stufenartigen Veränderung des Durchsatzes. Jedoch können zusätzlich zu der kontinuierlichen Veränderung auch eine oder mehrere derartige plötzliche Veränderungen verwendet werden.
Die Veränderung kann zum Beispiel bewirkt werden, indem man die Pumpgeschwindigkeit verändert, z. B. durch Steuerung der Pumpeinrichtung. Die Veränderung kann auch hervorgerufen werden, indem man bewirkt, dass das Extrudat durch eine Kammer hindurchtritt, deren Innenvolumen verändert wird. Diese Volumenänderung kann konventionell vollzogen werden, indem man eine teleskopische Anordnung von zwei oder mehr röhrenförmigen Elementen hat, so dass die Länge der Kammer verändert werden kann. Eine Kolben/Zylinder-Anordnung, die mit dem Inneren der Kammer kommuniziert, kann ebenfalls verwendet werden, oder es kann auch ein durch äußeren Fluiddruck verformbarer elastischer Kragen verwendet werden, um das Innenvolumen der Kammer zu verändern.
In dieser Hinsicht kann die vorliegende Erfindung konventionelle Ausrüstung zur Herstellung von Detergensriegeln verwenden. Das konventionelle Verfahren zur Herstellung von geformten Detergensriegeln durch Extrusion beinhaltet Mahlen, Extrusion und Stanzen.
Die Funktion des Mahlvorgangs ist es, die Zusammensetzung, deren Rohstoffe in Form von losen Aggregaten, Spänen oder Flocken vorliegen könnten, zu homogenisieren und durch Scherung zu bearbeiten, um das erforderliche Maß an Homogenität und Phasenstruktur zu erzeugen. Das Mahlen wird auch benutzt, um jegliche grobkörnigen Partikel aus der Detergenszusammensetzung zu "entfernen". Die Detergenszusammensetzung wird nach dem Mahlen in homogenisierter und bearbeiteter Form entweder zur Extrudiervorrichtung zugeführt oder zu Pellets oder Nudeln geformt, die entweder als Halbzeug zwischengelagert oder der Extrudiervorrichtung zugeführt werden. Der Mahlschritt wird häufig in etwas ausgeführt, was als "Refiner" bezeichnet wird.
Die Funktion des Extrusionsverfahrens ist es, die Zusammensetzung zu Riegeln oder Barren mit dem gewünschten Querschnitt zu formen, die dann in Riegel mit der gewünschten Form gestanzt werden können. Eine Extrudiervorrichtung, die diese Aufgabe ausführt, wird häufig als "einfache Strangpresse" bezeichnet.
Die gebräuchlichsten Formen von sowohl zum Mahlen und Strangpressen verwendeten Vorrichtungen sind Schneckenextruder. In der Tat kann derselbe Schneckenextruder beide Aufgaben erfüllen.
Die einfachsten Formen von Schneckenextrudern weisen eine einzige Schnecke auf. Das Ausgangsmaterial, entweder in homogenisierter und bearbeiteter Form oder in Form von losen Aggregaten, Spänen, Pellets, Nudeln oder (zurückgeführten) Riegeln wird, im Allgemeinen über einen Aufgabetrichter, in den Extruderzylinder zugeführt, wo es den Ringraum zwischen der Extruderschnecke (Schraube) und dem Zylinder füllt. In der normalen Praxis ist der Zylinder stationär und die Schnecke dreht sich innerhalb des Zylinders. Reibkräfte/viskose Scherkräfte wirken sowohl an den Zylinderoberflächen als auch an den Schneckenoberflächen auf das Material ein. Die resultierende Kraft ist für den Vorschub der verarbeiteten Masse in Richtung des Austragsendes verantwortlich, ähnlich wie eine ortsfeste Mutter auf einer rotierenden Schraube. Am Austragsende kann der Extruder eine perforierte Platte aufweisen, durch welche die verarbeitete Masse gedrückt wird. Diese ist allgemein als "Noodler"-Platte bekannt. Die verarbeitete Masse tritt in Form von Stangen/Bändern/Platten aus der perforierten Platte aus.
Falls es das Ziel ist, zerkleinerte Nudeln oder Pellets zur Zwischenlagerung zu erzeugen, oder um als Aufgabematerial für einen anschließenden Verfahrensschritt zu dienen, dann ist am Austragsende eine geeignete Schneidvorrichtung vorgesehen, um die Extrudate in kleinere Stücke zu zerschneiden. Falls es das Ziel ist, die gemischte Masse zu Barren oder Riegeln zu formen, dann sind bei einem konventionellen Verfahren am Austragsende des Extruders eine Konus- und Augenplatte vorgesehen, wahlweise zusammen mit der perforierten Platte. Der Extruder drückt die gemischte Masse durch diese endseitigen Armaturen, um eine ununterbrochene Stange zu erzeugen, die zum Stanzen in Barren zerschnitten wird. Ausgestaltungen von perforierten Platten, Konus- und Augen-Platten ändern sich von Anwendung zu Anwendung beträchtlich.
Maschinen, die Duplex- oder Zwillingsschneckenstrangpressen genannt werden, besitzen zwei Schnecken (oder Schrauben), die parallel sind, nicht ineinander greifen und in Bezug zueinander tangential in einem Zylinder montiert sind. Die Schnecken können sich gleichsinnig drehen, jedoch drehen sie sich gewöhnlich gegensinnig. Ineinander greifende gegensinnig und gleichsinnig drehende Doppelschneckenextruder sind auch zur Verarbeitung von Seifen-/Detergensmasse bekannt. Im Fall von nicht ineinander greifenden Duplexstrangpressen wirken auf die verarbeitete Masse Scherkräfte ein, die denjenigen ähneln, welche man in Einzelschneckenstrangpressen antrifft, und drücken dieselbe in Vorwärtsrichtung. Im Fall von ineinander greifenden Doppelschneckenextrudern wird dieser Vorgang durch das Ineinandergreifen der beiden Schnecken unterstützt.
Somit kann die vorliegende Erfindung konventionelle Ausrüstung zur Herstellung von Detergensriegeln verwenden, die in geeigneter Weise abgewandelt wird, indem man zum Beispiel die Augenplatte am Austragsende des Extruders durch eine Extruderdüse ersetzt, die eine Öffnung umfasst, durch welche die Querschnittsfläche für den Durchfluss im Gebrauch verändert werden kann.
Somit umfasst bei einer Ausführungsform der Erfindung die Einrichtung zum Aufbringen von Druck beim Extrusionsverfahren und bei der Extrusionsvorrichtung einen Schneckenextruder, vorzugsweise einen Doppelschneckenextruder.
Andere zweckmäßige Arten von Vorrichtungen, die sich zusätzlich zu konventionellen Schneckenextrudern dazu eignen, Druck auf die Detergenszusammensetzung aufzubringen, schließen Anordnungen vom Verdrängerpumpen-Typ ein, wie zum Beispiel Kolbenpumpen, Zahnradpumpen und Anordnungen vom Nockenpumpen-Typ.
Die am meisten bevorzugte Einrichtung zum Aufbringen von Druck bei dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung ist eine Verdrängerpumpe, wie zum Beispiel ein einfacher Stempelextruder. Ein Stempelextruder umfasst typischerweise einen Behälter oder Zylinder für die Detergenszusammensetzung, einen Plungerkolben zum Aufbringen von Druck auf das Material im Behälter, und einen Auslass, durch den die Detergenszusammensetzung getrieben wird.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Aufbringen von Druck einen Konus am Austragsende, dem wahlweise eine perforierte Platte vorangeht.
Konventionelle Ausrüstung zur Herstellung von Detergensriegeln kann auch verwendet werden, um Detergensmaterial einer separaten Einrichtung zum Aufbringen von Druck zuzuführen. Zum Beispiel und bei einer bevorzugten Ausführungsform, wird Detergensmaterial, vorzugsweise in Form von Nudeln oder Pellets, aus einem Schneckenextruder einer Verdrängerpumpe zugeführt.
Extruderdüse
Die gemäß dieser Erfindung verwendete Extruderdüse wird definiert als mindestens eine Öffnung aufweisend, deren Querschnittsfläche für den Durchfluss verändert werden kann, während das Extrudat hindurchfließt.
Die Düse kann mehr als eine Öffnung aufweisen, solange mindestens eine Öffnung vom veränderlichen Typ ist. Wenn mehr als eine Öffnung vorhanden ist, wird bevorzugt, dass alle Öffnungen vom veränderlichen Typ sind.
Wenn die Düse mehr als eine Öffnung enthält, dann befinden sich außerdem vorzugsweise alle Öffnungen im Wesentlichen in der derselben Ebene. Zum Beispiel kann eine Öffnung typischerweise durch benachbarte parallele Teile begrenzt werden, die sich überlappen, wobei das Maß der Überlappung die Querschnittsfläche für den Durchfluss bestimmt. Solche Teile werden als im Wesentlichen in derselben Ebene liegend angesehen.
Bei Düsen, die mehr als eine veränderliche Öffnung enthalten, können die Querschnittsflächen der veränderlichen Öffnungen so koordiniert werden, dass die Summe der Querschnittsflächen im Wesentlichen konstant bleibt, während die Detergenszusammensetzung durch die Düse hindurchtritt.
Die Düse kann von einer solchen Konstruktion sein, dass in demjenigen Teil der Düse, welcher der Öffnung in Bezug zur Extrusionsrichtung vorangeht, ihr Volumen während des Extrusionsverfahrens vergrößert oder verkleinert werden kann. Zum Beispiel kann die Düse in diesem Teil der Düse von teleskopischer Konstruktion sein. Andere Düsenkonstruktionen können verwendet werden, wie für den Fachmann ersichtlich wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur von mindestens einem Teil der Düse während des Extrusionsverfahrens gesteuert. Dies kann eine Steuerung der Temperatur der Öffnung einschließen oder nicht. Das kann die Oberflächenbeschaffenheit des Extrudats verbessern. Eine Erwärmung wird speziell dort bevorzugt, wo das Extrudat aus der Düse im Wesentlichen in der endgültigen Riegelform vorliegt, d. h. wo wenig oder keine weiteren Verarbeitungsschritte mehr vorzunehmen sind. Geeignete Einrichtungen zur Erwärmung sind dem Fachmann wohlbekannt.
Veränderliche Öffnung
Die "Querschnittsfläche" einer veränderlichen Öffnung ist als die Querschnittsfläche definiert, die von der Öffnung gebildet wird, durch welche die Detergenszusammensetzung extrudiert wird und welche dem Extrudat eine Form verleiht.
Die Öffnung muss von solcher Konstruktion sein, dass ihre Querschnittsfläche während des Extrusionsverfahrens verändert werden kann. Vorzugsweise ist (sind) die Oberfläche(n), die auf das Extrudat prallen, verhältnismäßig scharfe oder messerartige Oberflächen, oder sind zumindest stumpfe Prismen oder sind angeschrägt.
Bei einer Ausführungsform ist die Öffnung mindestens teilweise aus einem Material konstruiert, das durch das Aufbringen eines äußeren Drucks verformt werden kann, so dass es seine Querschnittsfläche verändert. Geeignete verformbare Materialien schließen Gummi und andere Elastomere ein.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Öffnung aus mindestens zwei Teilen konstruiert, die ihre Querschnittsfläche begrenzen, und mindestens ein Teil kann in Bezug zum anderen bewegt werden, so dass ihre Querschnittsfläche verändert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung von einer Irisblendenkonstruktion, d. h. sie umfasst eine verstellbare Blende aus sich überlappenden Teilen, von denen sich mindestens zwei in Bezug zueinander bewegen können, so dass ihre Querschnittsfläche verändert wird.
Die Bewegung oder Verformung der Öffnung, so dass ihre Querschnittsfläche verändert wird, kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Anordnung erreicht werden. Zum Beispiel kann eine geeignete Anordnung von Nocken oder die Verwendung von hydraulisch angetriebenen Kolben eingesetzt werden, um die Öffnung zu verändern.
Wenn die Querschnittsfläche einer Öffnung verändert wird, während Detergenszusammensetzung durch sie hindurchfließt, wird auch die Querschnittsfläche des Extrudats verändert. Durch Veränderung der Querschnittsfläche einer Öffnung in einer gesteuerten Weise erhält man somit ein geformtes Extrudat. Vorzugsweise wird die Querschnittsfläche für den Durchfluss durch irgend eine veränderliche Öffnung in einer zyklischen Weise verändert, so dass Extrudate von sich regelmäßig wiederholender Form gebildet werden. Bevorzugter wird die Querschnittsfläche für den Durchfluss durch irgend eine veränderliche Öffnung in einer solchen zyklischen Weise verändert, dass das Extrudat in im Wesentlichen endgültiger Riegelform vorliegt, d. h. wenig oder keine weiteren Verarbeitungsschritte mehr vorzunehmen sind. Das Extrudat kann in einzelne Riegel oder Barren geschnitten werden, und zwar entweder durch eine geeignete Verengung der Öffnung, oder es kann ein separater Schneidschritt verwendet werden. Ein Logo kann dann auf dem Riegel eingeprägt werden, falls erforderlich. Die zum Kennzeichnen eines Riegels mit einem Logo erforderliche Kraft ist viel kleiner als diejenige, die zum konventionellen Stanzen erforderlich ist, und macht somit die Vorteile einer Vermeidung der Notwendigkeit zum konventionellen Stanzen nicht zunichte.
Alternativ kann das Extrudat weiterverarbeitet werden. Zum Beispiel kann das geformte Extrudat mit einem Logo gekennzeichnet und/oder in einer konventionellen Weise gestanzt werden, um die Form der Riegel fertig zu stellen. Das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Verfahren zum teilweisen Vorformen des Extrudats bietet beträchtliche Vorteile, wenn ein Stanzschritt verwendet wird. Das Stanzen beinhaltet ein Herausquetschen von überschüssiger Zusammensetzung aus den Formwerkzeughälften, während sie sich schließen. Wenn der Riegel bereits teilweise geformt ist, dann wird die Menge an Überschuss, d. h. Gratmaterial, verringert, und die beim Stanzschritt erforderliche Kompressionskraft wird verkleinert. Eine Verringerung der Menge an Gratmaterial bedeutet, dass weniger Material zurückgeführt und erneut umgearbeitet wird. Somit werden die Probleme, dass die Detergenszusammensetzung übermäßig weich und klebrig wird, in einem großen Maß gemildert.
Extrusionsverfahren
Der Volumendurchsatz von Material, das in die Extruderdüse eintritt, d. h. der Volumendurchsatz von Material, das von der Einrichtung zum Aufbringen von Druck zur Düse zugeführt wird, wird nachfolgend als primärer Volumendurchsatz bezeichnet.
Der Volumendurchsatz von Material, das durch die Öffnung oder Öffnungen hindurchtritt, wird nachfolgend als sekundärer Volumendurchsatz bezeichnet.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird hochgradig bevorzugt, dass der primäre Volumendurchsatz im Wesentlichen konstant gehalten wird. In dieser Hinsicht ist eine Verdrängervorrichtung, wie ein Stempel, für die Erfindung sehr gut geeignet.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird auch hochgradig bevorzugt, dass der sekundäre Volumendurchsatz während des Extrusionsverfahrens verändert wird.
Es wird auch bevorzugt, dass Schwankungen im Extrusionsdruck, d. h. dem Druck am Eintritt zur Düse, während des Extrusionsverfahrens minimiert werden.
Das Volumen der Düse kann vergrößert und verkleinert werden, wie zuvor beschrieben. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Aufrechterhaltung eines im Wesentlichen konstanten primären Volumendurchsatzes nützlich, während der sekundäre Volumendurchsatz verändert wird. Außerdem kann es benutzt werden, um über das Verfahren hinweg Schwankungen im Extrusionsdruck zu minimieren.
In Düsen, die mehr als eine veränderliche Öffnung enthalten, können die Querschnittsflächen der veränderlichen Öffnungen so koordiniert werden, dass die Summe der Querschnittsflächen im Wesentlichen konstant bleibt, während die Detergenszusammensetzung durch die Düse hindurchtritt; dies wird ebenfalls dazu beitragen, Schwankungen im Extrusionsdruck zu vermindern.
Falls die Gesamtquerschnittsfläche für den Durchfluss während des Extrusionsverfahrens variiert, wird bevorzugt, dass die Gesamtquerschnittsfläche für den Durchfluss durch die Öffnung oder Öffnungen und der sekundäre Volumendurchsatz in Bezug zueinander so gesteuert werden, dass Veränderungen im Extrusionsdruck minimiert werden, speziell wenn die Fläche für den Durchfluss durch die Öffnung oder Öffnungen zu Null tendiert, und in der Extruderdüse keine übermäßigen Drücke erzeugt werden.
Das Verbrauchsgut
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Herstellung von geformten Gegenständen aus Verbrauchsgütern, im Gegensatz zu semipermanenten Gütern, wie Kunststoffformkörpern.
Verbrauchsgüter schließen Nahrungsmittel, Zusammensetzungen für den Haushalt oder die Körperreinigung, Zusammensetzungen für die Körperwäsche oder Körperhygiene, Kosmetikprodukte sowie pharmazeutische Zusammensetzungen ein.
(i) Detergensriegel
Mit Detergensriegel ist eine Tablette, ein Kuchen oder Riegel gemeint, bei denen der Gehalt an oberflächenaktivem Mittel, das Seife, synthetischen Detergenswirkstoff oder eine Mischung davon umfasst, basierend auf dem Riegel mindestens 5 Gewichts-% beträgt, bevorzugter mindestens 10 Gewichts-%.
Detergenszusammensetzungen
Wie für den Fachmann ersichtlich wird, erfordert es das Extrusionsverfahren dieser Erfindung, dass das Extrudat in einer im Wesentlichen "festen" aber extrudierbaren Form vorliegt.
Nichtsdestotrotz erlaubt es das Verfahren der Erfindung, einen viel breiteren Bereich von Zubereitungen zu gestalteten Detergensriegel zu formen, als dies unter Verwendung des konventionellen Mahl-, Strangpress- und Stanzverfahrens möglich ist.
(ii) Andere Anwendungen
Obwohl die vorliegende Erfindung in erster Linie auf die Herstellung von gestalteten Detergenszusammensetzungen gerichtet ist, wird es für den Fachmann ersichtlich, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung von anderen Arten von geformten bzw. gestalteten Artikeln von Verbrauchsgütern nützlich sein kann. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo im Herstellungsprozess gegenwärtig ein Extrusionsverfahren und/oder ein Stanzverfahren verwendet wird, oder sogar dort, wo die Ausgangszusammensetzung in einer zur Extrusion geeigneten plastischen Form vorliegt. Geeignete Anwendungen können zum Beispiel die Herstellung von verschiedenen Nahrungsmittelprodukten, einschließlich Konfekt, einschließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
1 eine Extruderdüse zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung zeigt, die eine aus einem Elastomermaterial gebildete veränderliche Öffnung umfasst;
2 zeigt eine andere Extruderdüse zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung, deren Volumen eingestellt werden kann und die eine aus zwei Teilen hergestellte Öffnung umfasst;
3 zeigt eine andere Extruderdüse zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung, die zwei Öffnungen umfasst;
4 zeigt eine andere Extruderdüse zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung, bei der eine veränderliche Öffnung aus sich überlappenden Öffnungen in zwei oder mehr rotierenden Scheiben gebildet wird; und
5 zeigt eine andere Extruderdüse zur Verwendung bei dem Verfahren der Erfindung, bei der zwei oder mehr Zylinder mit parallelen Drehachsen um Achsen gedreht werden, die senkrecht zur Extrusionsrichtung sind.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Extruderdüse, die eine veränderliche Öffnung umfasst, welche aus einem Elastomermaterial gebildet ist. 1(a) ist eine Stirnseitenansicht der Düse, während die 1(b) und 1(c) Schnittansichten derselben Düse sind, wobei der Öffnungsquerschnitt in 1(c) verkleinert ist. Die Extrusionsrichtung ist durch (X) gekennzeichnet. Die Öffnung umfasst einen aus einem verformbaren Material 1, wie einem Elastomer, hergestellten Ring, der in einem Metallträger 3 eingeschlossen ist. Der Ring wird durch Zufuhr eines unter Druck stehenden Fluids durch eine Öffnung 5 aufgepumpt. Da die äußere Oberfläche des Rings vom Metall der Düse eingeschlossen ist, führt dies im Inneren des Rings zu einer Verringerung der Größe des Öffnungsquerschnitts.
2 zeigt eine Extruderdüse bestehend aus einer Öffnung, die von zwei sich bewegenden Teilen begrenzt wird. 2(a) ist eine Schnittansicht der Düse, die aus einem inneren Zylinder 7 und einem äußeren Zylinder 9 konstruiert ist, wobei sich der innere Zylinder entlang der durch (X) gekennzeichneten Extrusionsrichtung in den oder aus dem äußeren Zylinder verschieben kann, wie durch den Pfeil (N) dargestellt, was es erlaubt, das Düsenvolumen zu vergrößern oder zu verkleinern. Wie aus dem vorangehenden Text verständlich wird, liefert diese Bewegung ein Mittel für die Ansammlung von Material im Inneren der Düse, wodurch den momentanen Schwankungen und Unterschieden des primären und sekundären Volumendurchsatzes Rechnung getragen wird. Die 2(b) und 2(c) zeigen Stirnseitenansichten der Düse, bei der die Querschnittsfläche (11) der Öffnung durch zwei Platten 13, 15 begrenzt und gesteuert wird, die sich in Bezug zueinander verschieben. Diese Platten sind so ausgelegt, dass sie einander überkreuzen, und können vollständig geschlossen werden, was zu einer Trennung des Extrudats in einzelne Riegel führt. Die zeitliche Steuerung der beiden Bewegungen, d. h. die Veränderung der Fläche der Öffnung und die axiale Verschiebung des Zylinders sind koordiniert, um die gewünschte dreidimensionale Form des Riegels zu erzeugen und eine übermäßige Druckerzeugung zu beseitigen, wenn die Öffnungsfläche Null beträgt. In dieser letzteren Stellung würde die Auswärtsbewegung des Zylinders dem Volumendurchsatz des Extruders entsprechen.
3 zeigt eine Extruderdüsenkonstruktion mit veränderlichen Zwillingsöffnungen. 3(a) zeigt die beiden, die Öffnungen begrenzenden Teile. Diese bestehen aus einer Hauptstirnplatte 17, mit einem offenen Bereich 19, und einer sich verschiebenden Mittelplatte 21. Wenn die Mittelplatte 21 über die Stirnplatte 17 hin und her bewegt wird, wird der Öffnungsquerschnitt bei einer Öffnung verkleinert, während der Öffnungsquerschnitt bei der anderen Öffnung vergrößert wird. Somit bleibt die gesamte Querschnittsfläche für den Durchfluss konstant oder nahezu konstant. 3(b) zeigt den Extrudatquerschnitt, der für jede der drei in 3(c) dargestellten Schieberpositionen erzeugt wird.
4 zeigt eine Konstruktion, bei der die veränderliche Öffnung von sich überlappenden Öffnungen 23, 25, 27 in Scheiben 29, 31, 33 gebildet wird, die sich in Bezug zueinander drehen. 4(a) ist eine Stirnseitenansicht. 4(b) ist eine Schnittansicht. Die Extrusionsrichtung ist durch (X) gekennzeichnet.
5 zeigt eine Konstruktion, bei der zwei oder mehr Räder oder Zylinder 35, 37 mit parallelen Drehachsen um Achsen gedreht werden, die senkrecht zu der durch (X) gekennzeichneten Extrusionsrichtung aus einer Düse 39 sind, und zwar entweder mit oder gegen den Extrudatfluss oder als Kombination von beidem. 5(a) ist eine geschnittene Seitenansicht. 5(b) ist eine geschnittene Stirnseitenansicht. Die Ränder der Zylinder sind in drei Dimensionen so profiliert, dass jeweilige Zwischenräume 41, 43 zwischen den Rädern eine Öffnung 45 (oder eine im axialen Abstand entlang der Zylinder angeordnete Anzahl von Öffnungen) bilden, bei denen sich die Öffnungsfläche mit der Drehung der Räder verändert. Ein Vorteil dieser Düsenextruder-Konstruktion besteht darin, dass ein Logo direkt in den Riegel eingebracht werden kann. Weiter können die Oberflächen des Extrudats gekühlt oder erwärmt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Konstruktion werden die Räder/Zylinder so gedreht, dass sich ihre Oberflächen abwechselnd mit und entgegen der Fließrichtung des Extrudats bewegen, so dass die Querschnittsfläche für den Durchfluss des Extrudats durch die von den Rädern/Zylindern gebildete(n) Öffnung(en) entsprechend größer und kleiner wird. Die Geschwindigkeit der Räder oder Zylinder wird so gesteuert, dass in Fließrichtung die Geschwindigkeit von Detergens benachbart zur Formgebungsoberfläche der Räder an der Stelle des Spaltes größer oder gleich der Radgeschwindigkeit an dieser Stelle ist. Mit anderen Worten wird das Rad von dem durch den Spalt hindurchströmenden Extrudat gewischt.
Wie nun in 6 dargestellt, ist ein grundlegender Extrusionskopf 47 an einer Düsenöffnung 49 mit veränderlichem Querschnitt befestigt. Diese Düse umfasst eine Öffnung 51, deren Querschnitt durch Schieberplatten 53, 55 verändert wird, die sich in Richtung der Pfeile bewegen. Die Schieberplatten weisen jeweilige "Messer"-Kanten 57, 59 auf, die auf das Extrudat auftreffen.
Wie dargestellt, kommuniziert der Öffnungsquerschnitt von 51 der Öffnung 49 mit einer ersten Kammer 61 eines ersten röhrenförmigen Elements 63. Die erste Kammer 61 dieses ersten Elements kommuniziert wiederum mit einer zweiten Kammer 64 eines zweiten röhrenförmigen Elements 65, das starr mit dem ersten röhrenförmigen Element 63 verbunden ist. Die zweite Kammer wiederum kommuniziert mit dem Inneren 67 eines Zylinders 69, in den ein Kolben 71 verschiebbar eingreift (durch einen Pfeil dargestellt), um das Extrudat (nicht dargestellt) zu pumpen.
Es werden nun mehrere verschiedene Wege zur Veränderung des Volumendurchsatzes des zur Öffnung 49 zugeführten Extrudats beschrieben.
Wie in 6 dargestellt, kann der Volumendurchsatz erstens dadurch verändert werden, dass man die Geschwindigkeit des Hubs des Kolbens 71 verändert und/oder bewirkt, dass er sich hin und her bewegt, wie durch den Pfeil 72 angezeigt.
Wie in 7 dargestellt, kann der Volumendurchsatz durch eine teleskopische Relativbewegung zwischen dem ersten röhrenförmigen Element 63 und dem zweiten röhrenförmigen Element 65 verändert werden, wie durch den Pfeil 73 angezeigt.
Wie in 8 angezeigt, kann der Volumendurchsatz auch durch die Wirkung eines Kolbens 75 verändert werden, der sich innerhalb eines Schieberzylinders 77 verschiebt, welcher mit der ersten Kammer 61 des ersten röhrenförmigen Elements 63 kommuniziert (Kolbenbewegung durch Pfeil dargestellt).
Eine andere Alternative ist in 9 dargestellt. Eine Ringnut 79 ist in der Wand des ersten röhrenförmigen Elements 61 ausgebildet. Ein elastisches ringförmiges Element 81 dichtet diese Nut ab, jedoch wird das Ausmaß, zu dem es sich in die erste Kammer 61 hinein erstreckt, durch einen aus einer Druckluftleitung 83 zugeführten Luftdruck verändert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geformten Detergensriegels, bei dem eine Detergenszusammensetzung in einer extrudierbaren Form durch eine Düse extrudiert wird, die mindestens eine Öffnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche für den Durchfluss durch die mindestens eine Öffnung während mindestens eines Teils der Zeit, in der die Extrusion stattfindet, kontinuierlich verändert wird, wodurch man Detergensextrudat erhält, dessen Querschnittsfläche mindestens entlang eines Teils seiner Länge variiert, und wobei der Volumendurchsatz verändert wird, indem das Innenvolumen einer Kammer verändert wird, durch die das Extrudat zur Düse zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Volumendurchsatz durch Veränderung der zum Zuführen des Extrudats zur Düse benutzten Pumpgeschwindigkeit verändert wird.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Öffnung mindestens teilweise aus einem elastisch verformbaren Material konstruiert wird.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Öffnung aus mindestens zwei Teilen konstruiert wird, die ihre Querschnittsfläche begrenzen, und mindestens ein Teil in Bezug zum anderen bewegt werden kann, so dass ihre Querschnittsfläche verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Öffnung von einer Irisblendenkonstruktion ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Öffnung aus mindestens zwei benachbarten Zylindern konstruiert wird, wobei die Zylinder im Wesentlichen parallele Drehachsen aufweisen und so angeordnet sind, dass sich ihre Umfangsflächen berühren, wobei die Drehachsen zur Extrusionsrichtung im Wesentlichen senkrecht sind, wobei die Öffnung durch einen profilierten Bereich der Umfangsfläche von mindestens einem der Zylinder begrenzt wird, wobei sich die von dem profilierten Bereich oder den profilierten Bereichen begrenzte Querschnittsfläche mit der Drehung der Zylinder verändert.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem ein primärer Volumendurchsatz während der Extrusion im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem ein sekundärer Volumendurchsatz während der Extrusion verändert wird.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Düse mehr als eine Öffnung umfasst, deren Querschnittsfläche für den Durchfluss während der Extrusion verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Querschnittsflächen der Öffnungen so koordiniert werden, dass die Summe der Querschnittsflächen während der Extrusion im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem die Gesamtquerschnittsfläche für den Durchfluss durch die Öffnung oder Öffnungen und der sekundäre Volumendurchsatz in Bezug zueinander gesteuert werden.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Temperatur von mindestens einem Teil der Düse während des Extrusionsverfahrens gesteuert wird.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Zusammensetzung in extrudierbarer Form eine Seife ist.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Zusammensetzung in extrudierbarer Form ein synthetischer Detergenswirkstoff ist.
Extrudiervorrichtung zur Bildung von geformten Gegenständen, umfassend eine Extruderdüse, die mindestens eine Öffnung enthält, deren Querschnittsfläche im Gebrauch verändert werden kann, eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck auf eine Zusammensetzung, die in einer extrudierbaren Form vorliegt, um die Zusammensetzung durch die mindestens eine Öffnung zu extrudieren, und eine Einrichtung, um den Volumendurchsatz der zur Öffnung zugeführten Zusammensetzung während mindestens eines Teils der Zeit, in der die Extrusion stattfindet, kontinuierlich zu verändern, wobei der Volumendurchsatz verändert wird, indem das Innenvolumen einer Kammer verändert wird, durch die Extrudat zur Düse zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Einrichtung zum kontinuierlichen Verändern des Volumendurchsatzes eine Einrichtung zum Verändern der Pumpgeschwindigkeit der Einrichtung zum Aufbringen von Druck umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Einrichtung zum kontinuierlichen Aufbringen von Druck eine Einrichtung zum Verändern des Innenvolumens einer Kammer umfasst, durch die das Extrudat aus der Einrichtung zum Aufbringen von Druck zur Düse zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, bei der die Einrichtung zum Aufbringen von Druck eine Verdrängerpumpe umfasst.