EP1601517A1 - Düse zur strangbildung für viskoelastische materialien - Google Patents

Düse zur strangbildung für viskoelastische materialien

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Publication number
EP1601517A1
EP1601517A1 EP04708705A EP04708705A EP1601517A1 EP 1601517 A1 EP1601517 A1 EP 1601517A1 EP 04708705 A EP04708705 A EP 04708705A EP 04708705 A EP04708705 A EP 04708705A EP 1601517 A1 EP1601517 A1 EP 1601517A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
nozzle arrangement
conveying direction
axial
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04708705A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Ouriev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Publication of EP1601517A1 publication Critical patent/EP1601517A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21C—MACHINES OR EQUIPMENT FOR MAKING OR PROCESSING DOUGHS; HANDLING BAKED ARTICLES MADE FROM DOUGH
    • A21C11/00—Other machines for forming the dough into its final shape before cooking or baking
    • A21C11/16—Extruding machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/30—Extrusion nozzles or dies
    • B29C48/345—Extrusion nozzles comprising two or more adjacently arranged ports, for simultaneously extruding multiple strands, e.g. for pelletising
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/695—Flow dividers, e.g. breaker plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion

Definitions

  • the invention relates to a nozzle arrangement and a method for forming strands for viscoelastic compositions according to the preamble of claim 1 and the preamble of claim 17.
  • Nozzle arrangements for strand formation for viscoelastic masses, in particular polymers, dough masses etc. are known per se. As a rule, they are equipped with several similar nozzle channels arranged parallel to one another, which extend through the nozzle from an inlet opening to an outlet opening, the respective nozzle channels along the axial conveying direction of the mass, an inlet area at the upstream end of the nozzle channel and an outlet area have at the downstream end of the nozzle channel.
  • the inlet openings are arranged adjacent to one another.
  • the invention is based on the object of minimizing such material stresses in viscoelastic materials when they are converted into material strands and of the energy required for the strand formation or the pressure difference required for this, i.e. to reduce the nozzle resistance.
  • a dividing wall running parallel to the axial conveying direction F and having a cutting edge at its upstream end is arranged between two adjacent inlet openings at the upstream end of the nozzle body. If a viscoelastic material, such as a polymer material or a dough mass, etc., strikes the nozzle arrangement according to the invention, the product flow brought up in the housing along the conveying direction F is divided into several partial flows, one of which flows through one of the several nozzle channels. Due to the sharp cutting edges, the product stream introduced to the nozzle arrangement is cut into several partial streams as soon as it enters the several nozzle channels.
  • each of the cutting edges represents only a very small contact surface for the product, a very large force acts locally on the impacting viscoelastic product on the cutting edge. A locally concentrated shear force is created along the cutting edges, which breaks up the product. However, before the viscoelastic product brought up to the cutting edges tears off at the cutting edges, it deforms until it reaches its breaking stress and its elongation at break, with potential energy being stored in the viscoelastic material and being passed on to the several partial flows.
  • the area arranged upstream of the inlet area of each of the adjacent inlet openings is completely surrounded by partitions extending parallel to the axial conveying direction, the upstream end of which is designed as a cutting edge.
  • the cutting edges can form an angle other than 90 ° to the axial conveying direction of the material. You can, for example, at an angle of about 30 to 60 ° to the conveying direction of the material. However, an acute angle is preferred. The more acute the angle to the conveying direction, the greater the length l_s measured along the conveying direction of the region in which the material is cut in the radial direction perpendicular to the conveying direction, for example from radially outside to radially inside.
  • the radially outwardly flowing areas of the material are then cut, for example, first, while the radially inwardly flowing areas of the material are cut later. Then, however, the radially outer areas already had time to reduce their stresses that were entered into the material during cutting. Through the cutting process, a total of fewer tensions are thus introduced into the material distributed over the nozzle channels than would be the case with cutting edges running at right angles to the direction of flow (simple "cutter" principle).
  • the outlet area from the nozzle channel inner area to the outlet opening is widened in a bell-like manner over a length LA along the axial conveying direction F, the widening angle of the outlet widening along the axial conveying direction, which is measured between the axial conveying direction and the inner wall of the channel outlet area, preferably increasing continuously.
  • the increase in the widening angle along the axial conveying direction can increase continuously, e.g. the widening angle increases from 0 ° inside the nozzle to 90 ° at the downstream end of the nozzle body.
  • the widening in longitudinal section can e.g. follow a circular arc whose radius of curvature RA is greater than the radius R
  • This curved widened outlet area replaces the edge of conventional outlet openings by a curved continuous transition from a vertical tangent in the interior of the nozzle channel to an oblique, in extreme case horizontal, tangent at the downstream end of the outlet area.
  • the inner wall of the nozzle channel in the outlet area can have a higher surface roughness than the rest of the inner wall of the nozzle channel over a length L R along the axial conveying direction.
  • the surface of the product can be specifically influenced by the choice of the roughness and / or the material of the roughened area.
  • the inlet area of the nozzle channels is widened from the inner area to the inlet opening opposite to the axial conveying direction F along a length LE, the widening angle of the inlet widening measured between the axial conveying direction and the inner wall of the channel inlet area being in the region of FIG. 5 ° to 45 °, but preferably in the range of 8 ° to 25 °.
  • the expansion angle from the interior to the inlet opening is constant, i.e. if there is a cone-like inlet expansion.
  • the nozzle arrangement can cause a "gentle", i.e. sufficiently slow expansion can be achieved for the viscoelastic material, that is to say that the relaxation time of the viscoelastic material is less than the time taken for the material to expand in the inlet widening.
  • the nozzle arrangement is expediently designed such that the nozzle channel has a circular cross section along its entire length. This means that the boundary conditions on the walls are the same everywhere, which leads to a uniform, symmetrical expansion.
  • a compact design of the nozzle arrangement is characterized in that the axial length of the channel inlet area is between 50% and 80% of the total length of the nozzle channel.
  • the inner walls of the nozzle channel consist of Teflon or similar material, at least in some areas, in order to minimize the adhesion of the viscoelastic material to the inner walls and the sliding friction thereon.
  • the viscoelastic mass is pressed through it by means of a pressure gradient ⁇ p between the upstream end and the downstream end of the nozzle arrangement.
  • the flow velocity v F of the viscoelastic mass along the conveying direction F is matched with the length L R of the roughened axial partial area of the nozzle arrangement such that the condition VF> LR / TRELAX is fulfilled, where TRELAX is the relaxation time of the viscoelastic mass and L R is the axial length of the roughened portion.
  • TRELAX is the relaxation time of the viscoelastic mass
  • L R is the axial length of the roughened portion.
  • the axial length LR of the rough area is therefore preferably less than the axial length LA of the outlet widening, less than the axial length L E of the inlet widening and less than the axial length L s of the cutting edges.
  • FIG. 1 is a sectional view through a nozzle arrangement according to the invention along the axial product conveying direction F;
  • FIG. 2 is a plan view of the nozzle arrangement according to the invention from FIG. 1 along the product conveying direction F;
  • 3 is a sectional view through a nozzle channel according to the invention along the axial product conveying direction F; 4 is a sectional view through a further nozzle duct according to the invention along the axial product conveying direction F;
  • FIG. 5 is a sectional view through a prior art nozzle channel along the axial product conveying direction F;
  • FIG. 6 is a sectional view through another prior art nozzle channel along the axial product conveying direction F;
  • Figure 7 is a perspective view of one half of the nozzle assembly of the invention shown in Figures 1 and 2;
  • FIG. 8 is a perspective view corresponding to FIG. 7 of a second nozzle arrangement according to the invention.
  • FIGS. 7 and 8 are perspective views corresponding to FIGS. 7 and 8 of a third embodiment of the nozzle arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 is a sectional view through a nozzle arrangement 1 according to the invention, which has been specially designed for dough for noodle production, along the axial product conveying direction F.
  • the nozzle arrangement 1 (see FIG. 2), which has a total of four nozzle channels 2, is accommodated in a cylindrical housing 7.
  • An inlet opening 3 is located at the upstream end of each nozzle duct 2, and an outlet opening 4 is located at the downstream end of each nozzle duct 2.
  • the inlet region 2a of each nozzle duct 2 adjoining the inlet opening 3 is widened like a cone, while the outlet region 2c is cylindrical.
  • the widening angle ⁇ (see FIG. 3) is approximately 10-20 °.
  • At the upstream end of the nozzle arrangement 1 there are four partition walls 5 (see FIG.
  • FIG. 2 is a top view of the nozzle arrangement 1 according to the invention from FIG. 1 along the product conveying direction F (see FIG. 1).
  • nozzle channels 2 with their respective conically widened inlet area 2a and the partitions 5 which extend radially inward from the cylindrical housing 7 and which divides the area above the nozzle arrangement 1 into four partial areas.
  • the four sharp cutting edges 5a extend obliquely opposite to the conveying direction F.
  • a viscoelastic material such as e.g. a polymer material or a dough mass, etc.
  • the product stream introduced in the housing 7 along the conveying direction F is divided into four sub-streams, one of which flows through one of the four nozzle channels 2. Due to the sharp cutting edges 5a, the product flow brought up to the nozzle arrangement 1 is cut into four partial flows before entering the four nozzle channels 2. Since each of the cutting edges 5a represents only a very small contact surface on the product opposite to the conveying direction F, a very large force acts locally on the cutting edge 5a on the viscoelastic product impinging on the cutting edge 5a.
  • a locally concentrated shear force is created along the cutting edges 5a, which divides the product.
  • the viscoelastic product brought up to the cutting edges 5a tears off at the cutting edge, it deforms until it reaches its breaking stress, potential energy being stored in the viscoelastic material, which energy is passed on to the four partial flows and in these four partial flows for partial relaxation leads before a further deformation or reshaping of the viscoelastic material in the four partial product streams takes place when the material enters the respective nozzle channels 2.
  • stresses occur in the material as it enters the nozzle channels 2 and during the shaping in the respective inlet areas 2a. However, these are less than at the cutting edges 5a and do not lead to a product tear.
  • the design of the cutting edges 5a of the partition walls 5 according to the invention reduces and the inlet areas 2a of the nozzle channels 2, the extent of the stresses generated in the material conveyed by the nozzle arrangement 1 according to the invention and formed therein, and the flow resistance of the nozzle arrangement 1.
  • the transformation from one large to four small product strands takes place essentially in two steps.
  • a first step the large product strand is cut into four small partial strands at the cutting edges 5a.
  • the four partial strands are then stretched in the conical inlet areas 2a.
  • the nozzle arrangement 1 according to the invention thus enables operation with a lower pressure difference than conventional nozzle arrangements, i.e. a lower pressure drop in the product along the nozzle arrangement 1 and with a practically complete “deletion" of the shape memory in the emerging partial strands of the product.
  • FIG. 3 is a sectional view through a nozzle channel 2 according to the invention, likewise specially designed for dough for noodle production, along the axial product conveying direction F.
  • This nozzle channel 2 can be used as a replacement for the nozzle channels 2 shown in FIG. 1.
  • the cylindrical outlet area 2c of the nozzle channel 2 of FIG. 1 adjoins here downstream of the inlet area 2a, first a relatively short cylindrical inner area 2b and then a bell-shaped widened outlet area 2c.
  • This outlet area 2c replaces the edge of the outlet opening 4 (see FIG. 1) by a curved continuous transition from a vertical tangent in the inner area 2b of the nozzle channel 2 to a horizontal tangent at the downstream end of the outlet area 2c.
  • the radius of curvature RA of the outlet widening decreases continuously towards the outlet opening 4, ie there is a bell-like widening with a curvature decreasing towards the outlet opening 4.
  • a viscoelastic material such as e.g. a polymer material or a dough mass, etc.
  • the product stream divided into four partial flows is pressed through the four nozzle channels 2 (see FIGS. 1 and 2).
  • stresses occur in the material when it enters the nozzle channel 2 and during the forming in the inlet area 2a.
  • tensions in the material that have not yet relaxed are also practically completely relaxed in the widening outlet area 2c.
  • the four small product strands leave the nozzle channels 2 practically stress-free.
  • a particular advantage of the widened outlet area 2c is that it enables the product to relax both in the axial and in the radial direction. In this way, corrugations ("shark skin") of the surface of the viscoelastic product strands emerging from the nozzle channels 2 can be avoided, as they practically always occur with a sharp-edged outlet opening 4 at a cylindrical outlet region 2c (see FIG. 1).
  • the axial length of the relaxation areas shown in FIG. 1 and in FIG. 3, which are essentially formed by the axial length L s of the cutting edge 5a and by the axial length L A of the outlet area 2c, and the maximum flow velocity v F along the viscoelastic mass of the product conveying direction F are preferably adapted to the relaxation time TRELAX of the product material in such a way that the material has sufficient time when passing through the respective relaxation areas in order to reduce the voltages previously built up in it, ie VF X TRELAX ⁇ L s or V F X TRELAX ⁇ L A.
  • nozzle channels 2 with the conical inlet area 2a and the bell-like outlet area 2c of FIG. 3 are used in the nozzle arrangement 1 equipped with cutting edges 5a, this not only enables a lower pressure drop in the product along the nozzle arrangement 1 and a practically complete “deletion” of the Volume shape memory in the emerging partial strands of the product, but also a “deletion” of the surface shape memory of these product strands.
  • bell-like outlet area 2c of the nozzle channels has a smooth transition from the flow with a parabolic speed profile inside the nozzle channels 2 to the "flow" with a constant speed profile outside the nozzle channels 2, i.e. enables the moving strand. Crack formation on the surface of the strands emerging from the nozzle channels 2 can thus be prevented.
  • FIG. 4 is a sectional view through a further nozzle channel 2 according to the invention, which is also specially designed for dough for noodle production, along the axial product conveying direction F.
  • the inlet area 2a of the nozzle channel 2 adjoining the inlet opening 3 is bell-shaped, while the outlet area 2c is cylindrical ,
  • the radius of curvature R E of the inlet widening is smallest at the inlet opening 3 and increases with increasing depth of penetration along the nozzle channel 2 in order to pass tangentially into the cylindrical outlet region 2c.
  • the bell-shaped inlet area 2a contributes to a gentle treatment of the product. Abrupt changes in speed, which usually lead to cracks in the product, are avoided by the gentle acceleration of the product in the bell-shaped inflow area 2a, so that here too a smooth transition from a flow with a constant speed profile upstream from the nozzle channels 2 to a flow with a parabolic speed profile takes place inside the nozzle channels 2.
  • 5 is a sectional view through a nozzle channel 2 of the prior art along the axial product conveying direction F.
  • the nozzle channel is designed as a cylinder with a constant radius R 1 from its inlet opening 3 to its outlet opening 4.
  • FIG. 6 is a sectional view through a further nozzle channel 2 of the prior art along the axial product conveying direction F.
  • the inlet area 2a has a much larger expansion angle ⁇ than the invention and has a much shorter length L E than in the invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of one half of the first embodiment of the nozzle arrangement according to the invention shown in FIGS. 1 and 2.
  • a flat shoulder surface extends perpendicular to the conveying direction F between the inlet openings 3 of the nozzle channels 2 and the dividing walls 5 with their respective cutting edges 5a.
  • the flow resistance caused by the flat shoulder surface 8 is significantly reduced by the cutting edges 5a running obliquely to the conveying direction F.
  • the embodiment shown in FIG. 7 can be produced particularly advantageously by machining with rotating tools.
  • FIG. 8 is a perspective view corresponding to FIG. 7 of a second embodiment of the nozzle arrangement according to the invention. However, it differs from the first embodiment in FIG. 7 in that the inlet opening 3 of the nozzle channel 2 and the flat shoulder surface 8 of the first embodiment in FIG. 7 are formed by a simply curved transition surface 9. This contributes to a further reduction in the flow resistance of the nozzle arrangement according to this second embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view corresponding to FIG. 7 and FIG. 8 of a third embodiment of the nozzle arrangement according to the invention.
  • a double-curved transition surface 10 by which the flat shoulder surface 8 and the inlet opening 3 of the nozzle channel 2 of the embodiment of FIG. 7 are replaced.
  • the single-curved transition surface 9 or the double-curved transition surface 10 becomes one further reduction in flow resistance compared to the embodiment shown in Fig. 7 achieved.
  • the embodiment of FIG. 7 is preferably produced by machining with rotating tools
  • the embodiments of FIGS. 8 and 9 can preferably be produced by casting processes.
  • the partition walls 5 with their cutting edges 5a are subsequently inserted into the nozzle body produced by machining in the embodiment of FIG. 7.
  • the partition walls 5 can already be produced when the nozzle body is being cast, so that they are integral with the nozzle body, or they can be retrofitted, as in the embodiment of FIG. 7, into those produced by casting Nozzle body can be used.
  • Preferred materials for the nozzle body are metal or plastics, in particular materials coated with Teflon on the inside, while the partition walls are preferably made of metal.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung (1) zur Strangbildung für viskoelastische Massen, insbesondere Polymere, Teigmassen etc, mit mehreren zueinander parallel angeordneten gleichartigen Düsenkanälen (2), die sich jeweils entlang der axialen Förderrichtung (F) der Masse durch die Düsenanordnung (1) erstrecken. Erfindungsgemäss ist am stromaufseitigen Ende des Düsenkörpers (1) jeweils zwischen zwei benachbarten Einlauföffnungen (3) eine parallel zur axialen Förderrichtung (F) verlaufende Trennwand (5) angeordnet, die an ihrem stromaufseitigen Ende eine Schneidkante (5a) aufweist.

Description

Düse zur Strangfoil ung für viskoelastische Materialien
Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung bzw. ein Verfahren zur Strangbildung für viskoelastische Massen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. dem Oberbegriff von Anspruch 17.
Düsenanordnungen zur Strangbildung für viskoelastische Massen, insbesondere Polymere, Teigmassen etc., sind an sich bekannt. In der Regel sind sie mit mehreren zueinander parallel angeordneten gleichartigen Düsenkanälen ausgestattet, die sich durch die Düse von jeweils einer Einlauföffnung zu jeweils einer Auslauföffnung erstrecken, wobei die jeweiligen Düsenkanäle jeweils entlang der axialen Förderrichtung der Masse einen Einlaufbereich am stromaufseitigen Ende des Düsenkanals und einen Auslaufbereich am stromabseitigen Ende des Düsenkanals aufweisen. Die Einlauföffnungen sind zueinander benachbart angeordnet.
Bei der Strangbildung viskoelastischer Materialien, wie z.B. Teigmassen, Polymere, werden diese Materialien umgeformt. Die Umformung erfordert aber ein Fliessen des Materials. An bestimmten Stellen kann das Material auch reissen. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des viskoelastischen Materials treten bei Verformungen und bei der Rissbildung in einem derartigen viskoelastischen Material auch mechanische Materialspannungen auf, die sich in das umgeformte Material fortpflanzen. Dies kann dann nach der Umformung in dem umgeformten Material zu weiteren, scheinbar spontanen Verformungen führen. In diesem Zusammenhang redet man häufig von "Formgedächtnis", weil das aus der Umformvorrichtung austretende Material mit seinen 'mechanischen Materialspannungen den Eindruck erweckt, sich an eine vorherige Form zu "erinnern" und in diese zurückkehren will. Bei der Strangbildung von Teigwaren oder Polymeren mittels Düsenanordnungen kann dies zu einer Kräuselung der aus den einzelnen Düsenkanälen austretenden Stränge führen. Die Spannungen werden dabei einerseits bei der Aufteilung und Verteilung des Materials auf die verschiedenen Düsenkanäle und andererseits bei der Dehnung des Materials innerhalb der Düsenkanäle in das Material eingetragen. Die aufgrund der Aufteilung und Zerteilung des Materials in dem Material auftretenden Spannungen dürften aufgrund ihrer Asymmetrie bezüglich der gebildeten Stränge den grössten störenden Einfluss haben. Doch kann aufgrund der Materialspannungen und der dadurch vorhandenen Tendenz der Stränge zur Richtungsänderung in den Düsenkanälen auch eine asymmetrische Wandreibung auftreten, die diese Materialspannungen unter Umständen noch verstärkt. Wie dem auch sei, neigen derartige Stränge aus viskoelastischen Materialien bei ihrem Austritt aus der Düsenanordnung zu der erwähnten Kräuselung.
Ausserdem muss bei der Strangbildung aus viskoelastischen Materialien relativ viel Energie bzw. eine hohe Druckdifferenz an der Düsenanordnung aufgewendet werden, um das Material zu zerteilen, auf die formgebenden Düsenkanäle zu verteilen und schliesslich durch die formgebenden Düsenkanäle zu pressen, wobei das Material gedehnt wird. Mit anderen Worten haben die üblichen Düsenanordnungen zur Umformung viskoelastischer Materialien einen relativ hohen Düsenwiderstand für derartige Materialien. Besonders problematisch ist dies bei Teigmassen, da hier - im Gegensatz zu klassischen Polymeren wie Polyestem oder Kautschuk - nur begrenzt die Möglichkeit besteht, durch eine zumindest lokale, wenn auch vorwiegend nur auf die Oberfläche des Materials begrenzte Temperaturerhöhung in der Düsenanordnung deren Düsenwiderstand und die in das Material eingetragenen Spannungen zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Materialspannungen in viskoelastischen Materialien bei deren Umformung zu Materialsträngen zu minimieren sowie den für die Strangbildung nötigen Energieaufwand bzw. die hierfür nötige Druckdifferenz, d.h. den Düsenwiderstand, zu senken.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Düsenanordnung erfindungsge- mäss dadurch gelöst, dass am stromaufseitigen Ende des Düsenkörpers jeweils zwischen zwei benachbarten Einlauföffnungen eine parallel zur axialen Förderrichtung F verlaufende Trennwand angeordnet ist, die an ihrem stromaufseitigen Ende eine Schneidkante aufweist. Wenn ein viskoelastisches Material, wie z.B. ein Polymermaterial oder eine Teigmasse, etc, auf die erfindungsgemässe Düsenanordnung auftrifft, wird der in dem Gehäuse entlang der Förderrichtung F herangeführte Produktstrom in mehrere Teilströme aufgeteilt, von denen jeweils einer durch einen der mehreren Düsenkanäle strömt. Durch die scharfen Schneidkanten wird der an die Düsenanordnung herangeführte Produktstrom schon seinem Eintritt in die mehreren Düsenkanäle in mehrere Teilströme zerschnitten. Da jede der Schneidkanten nur eine sehr kleine Angriffsfläche für das Produkt darstellt, wirkt an der Schneidkante lokal eine sehr grosse Kraft auf das auftreffende viskoelastische Produkt ein. Entlang der Schneidkanten entsteht somit eine lokal konzentrierte Scherkraft, welche das Produkt zerteilt. Bevor aber das an die Schneidkanten herangeführte viskoelastische Produkt an den Schneidkanten abreisst, verformt es sich bis zum Erreichen seiner Bruchspannung und seiner Bruchdehnung, wobei in dem viskoelastischen Material potentielle Energie gespeichert wird, die an die mehreren Teilströme weitergegeben wird. Insgesamt sind aber die bei der Zerteilung und der Verteilung des viskoelastischen Materials mittels Schneidkanten auf die mehreren Düsenkanäle in das Material eingetragenen Spannungen deutlich geringer als bei einer herkömmlichen Düsenanordnung ohne scharfe Schneidkanten, so dass schon beim Verteilen des an die erfindungsgemässe Düsenanordnung herangeführten viskoelastischen Materials auf mehrer Teilstränge viel weniger Inhalt in das Formgedächtnis des viskoelastischen Materials gelangt, wodurch die Verformungsneigung der Produktstränge (Kräuselung, etc) beim Austritt aus den Düsenkanäien sowie der Düsenwiderstand wesentlich verringert wird. Besonders ausgeprägt sind diese positiven Auswirkungen bei Teigwaren- Düsenanordnungen.
Vorzugsweise ist der stromaufseitig vom Einlaufbereich jeder der benachbarten Ein- lauföffnungen angeordnete Bereich vollständig von sich parallel zur axialen Förderrichtung erstreckenden Trennwänden umgeben, deren stromaufseitiges Ende jeweils als Schneidkante ausgebildet ist. Dadurch wird das in die jeweiligen Düsenkanäle eintretende Material praktisch überall geschnitten, wo es noch zerteilt werden muss, so dass äusserst wenig Spannungen in das Material eingetragen werden.
Die Schneidkanten können einen von 90° verschiedenen Winkel zur axialen Förderrichtung des Materials bilden. Sie können z.B. schräg mit einem Winkel von etwa 30 bis 60° zur Förderrichtung des Materials verlaufen. Ein spitzer Winkel wird jedoch bevorzugt. Je spitzer nämlich der Winkel zur Förderrichtung ist, desto grösser ist die entlang der Förderrichtung gemessene Länge l_s des Bereichs, in dem das Schneiden des Materials in radialer Richtung senkrecht zur Förderrichtung, z.B. von radial aussen nach radial innen, erfolgt. Die radial aussen strömenden Bereiche des Materials werden dann z.B. zuerst geschnitten, während die radial innen strömenden Bereich des Materials später geschnitten werden. Dann haben aber die radial äusseren Bereiche schon Zeit gehabt, ihre beim Schneiden ins Material eingetragenen Spannungen abzubauen. Durch den Schneidvorgang werden somit insgesamt nochmals weniger Spannungen in das auf die Düsenkanäle verteilte Material eingetragen als dies bei rechtwinklig zur Strömungsrichtung verlaufenden Schneidkanten (einfaches "Ausstecher"-Prinzip) der Fall wäre.
Vorteilhafterweise ist der Auslaufbereich vom Düsenkanal-Innenbereich zur Auslauföffnung hin über eine Länge LA entlang der axialen Förderrichtung F glockenartig aufgeweitet, wobei vorzugsweise der zwischen der axialen Förderrichtung und der Innenwand des Kanal-Auslaufbereichs gemessene Aufweitungswinkel der Auslauf-Aufweitung entlang der axialen Förderrichtung stetig zunimmt. Insbesondere kann die Zunahme des Aufweitungswinkels entlang der axialen Förderrichtung stetig zunehmen, wobei z.B. der Aufweitungswinkel von 0° im Innern der Düse bis auf 90° am stromabseitigen Ende des Düsenkörpers zunimmt. Hierbei kann die Aufweitung im Längsschnitt z.B. einem Kreisbogen folgen, dessen Krümmungsradius RA grösser als der Radius R|<des Düsenkanal-Innenbereichs ist. Dieser gekrümmt aufgeweitete Auslauf bereich ersetzt die Kante herkömmlicher Auslauföffnungen durch einen gekrümmten kontinuierlichen Übergang von einer vertikalen Tangente im Innenbereich des Düsenkanals zu einer gegenüber der Vertikalen schräg verlaufenden, im Extremfall horizontalen, Tangente am stromabseitigen Ende des Auslaufbereichs.
Wenn ein viskoelastisches Material, wie z.B. ein Polymermaterial oder eine Teigmasse, etc, auf den Düsenkanal der erfindungsgemässen Düsenanordnung auftrifft, wird der in mehrere Teilströme aufgeteilte Produktstrom durch die mehreren Düsenkanäle ge- presst. In dem Material treten beim Eintritt in den Düsenkanal und während der Umformung im Einlaufbereich Spannungen auf. Während des Schneidens an den Schneidkanten und/oder während eines Dehnens in den Düsenkanälen aufgebaute und noch nicht relaxierte Spannungen in dem Material werden dann in dem sich aufweitenden Auslaufbereich praktisch vollständig relaxiert. Somit verlassen bei dieser Düsengeometrie die mehreren kleinen Produktstränge praktisch spannungsfrei die jeweiligen Düsenkanäle. Der aufgeweitete Auslaufbereich ermöglicht eine Relaxation des Produktes sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Dadurch werden Riffelungen ("Haifischhaut") der Oberfläche der aus den Düsenkanälen austretenden viskoelastischen Produktstränge vermieden.
Bei einer speziellen Ausführung kann die Düsenkanal-Innenwand im Auslaufbereich über eine Länge LR entlang der axialen Förderrichtung eine höhere Oberflächen- Rauhigkeit als der Rest der Düsenkanal-Innenwand aufweisen. Dadurch lässt sich die Oberfläche des Produktes durch die Wahl der Rauhigkeit und/oder des Materials des aufgerauhten Bereichs gezielt beeinflussen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Einlaufbereich der Düsenkanäle vom Innenbereich zur Einlauföffnung hin entgegengesetzt zur axialen Förderrichtung F entlang einer Länge LE aufgeweitet ist, wobei der zwischen der axialen Förderrichtung und der Innenwand des Kanal-Einlaufbereichs gemessene Aufweitungswinkel der Einlauf-Aufweitung im Bereich von 5° bis 45°, vorzugsweise aber im Bereich von 8° bis 25° liegt. Fertigungstechnisch besonders einfach ist es, wenn der Aufweitungswinkel vom Innenbereich zur Einlauföffnung konstant ist, d.h., wenn eine konusartige Einlauf-Aufweitung vorliegt. So kann selbst bei relativ hohen Fördergeschwindigkeiten des Materials durch die Düsenanordnung eine "sanfte", d.h. für das viskoelastische Material ausreichend langsame Dehnung erreicht werden, dass also die Relaxationszeit des viskoelastischen Materials kleiner die Zeitdauer der Dehnung des Materials in der Einlauf-Aufweitung ist.
Zwβckmässigerweise ist die Düsenanordnung so ausgebildet, dass der Düsenkanal entlang seiner gesamten Länge einen kreisförmigen Querschnitt hat. Damit herrschen überall gleiche Randbedingungen an den Wänden, was zu einer einheitlichen, möglichst symmetrischen Dehnung führt. Eine kompakte Bauweise der Düsenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die axiale Länge des Kanal-Einlaufbereichs zwischen 50% und 80% der Gesamtlänge des Düsenkanals beträgt.
Die Innenwände des Düsenkanals bestehen zumindest in Teilbereichen aus Teflon oder ähnlichem Material, um das Anhaften des viskoelastischen Materials an den Innenwänden und die Gleitreibung daran zu minimieren.
Bei dem Verfahren zur Strangbildung für die genannten viskoelastische Massen, insbesondere Polymere, Teigmassen etc, unter Verwendung der oben beschriebenen Düsenanordnung wird die viskoelastische Masse mittels eines Druckgefälles Δp zwischen dem stromaufseitigen Ende und dem stromabseitigen Ende der Düsenanordnung durch diese hindurchgepresst. Erfindungsgemäss wird dabei das Druckgefälle Δp derart gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit vpder viskoelastischen Masse entlang der Förderrichtung F in einem jeweiligen axialen Teilbereich der Düsenanordnung, in dem zumindest ein Teil der für die Strangbildung erforderlichen Material-Umformung stattfindet, die Bedingung vF < L / TREI_AX erfüllt, wobei TRELAX die Relaxationszeit der viskoelastischen Masse und L (= Ls, LE, LA) die axiale Länge des jeweiligen axialen Teilbereichs der Düsenanordnung ist.
Dadurch wird gewährleistet, dass in den zur Strangbildung notwendigen einzelnen Umformungsschritten des viskoelastischen Materials, wie z.B. dem Schneiden entlang einer Länge Ls an den Schneidkanten, dem Dehnen entlang einer Länge LE der Einlauf- Aufweitung und dem endgültigen Relaxieren entlang der Länge LA der Auslauf-Aufweitung, dem Material immer genug Zeit zum Relaxieren bleibt, so dass das Material bei seinem Austritt am Ende der erfindungsgemässen Düsenanordnung praktisch keine Spannungen mehr aufweist.
Um den weiter oben erwähnten aufgerauhten axialen Teilbereich optimal zu nutzen, wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Strömungsgeschwindigkeit vF der viskoelastischen Masse entlang der Förderrichtung F mit der Länge LR des aufgerauhten axialen Teilbereichs der Düsenanordnung derart abgestimmt, dass die Bedingung VF > LR / TRELAX erfüllt ist, wobei TRELAX die Relaxationszeit der viskoelastischen Masse und LR die axiale Länge des aufgerauhten Teilbereichs ist. Dadurch lässt sich, wie schon weiter oben erwähnt, die Oberfläche des Produktes durch die Wahl der Rauhigkeit und/oder des Materials des aufgerauhten Bereichs gezielt beeinflussen.
Die axiale Länge LR des rauhen Bereichs ist also vorzugsweise kleiner als die axiale Länge LA der Auslauf-Aufweitung, kleiner als die axiale Länge LE der Einlauf-Aufweitung und kleiner als die axiale Länge Ls der Schneidkanten.
Es ist jedoch auch vorteilhaft, über grosse axiale Teilbereiche der Düsenkanäle mehrere aufeinanderfolgende aufgerauhte Bereiche vorzusehen, die jeweils die Bedingung vF LR / TREI_AX erfüllen. Auf diese Weise kann dass Wechselspiel von Wandhaftung und Wandgleitung (Haft/Gleit-Effekt) beeinflusst werden. So lassen sich durch die Periodizi- tät bzw. durch die räumliche Frequenz der rauhen axialen Wandabschnitte der Länge LR sowie durch die Strömungsgeschwindigkeit mehr Wandabrisse pro Zeiteinheit gezielt auslösen, d.h. es wird "künstlich" durch die abwechselnden relativ rauhen und relativ glatten Wandabschnitte ein höherfrequenter Haft/Gleit-Effekt erzwungen. Dies hat den Vorteil, dass sich keine so hohen Materialspannungen aufbauen können und somit kleinere oder gar keine Risse am Produkt auftreten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung nicht einschränkend aufzufassender bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemässe Düsenanordnung entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Düsenanordnung von Fig. 1 entlang der Produkt-Förderrichtung F ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemässen Düsenkanal entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F ist; Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen weiteren erfindungsgemässen Düsenkanal entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Düsenkanal des Stands der Technik entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F ist; und
Fig. 6 eine Schnittansicht durch einen weiteren Düsenkanal des Stands der Technik entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F ist;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer Hälfte in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten erfindungsgemässen Düsenanordnung ist;
Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Perspektivansicht einer zweiten erfindungsgemässen Düsenanordnung ist; und
Fig. 9 eine der Fig. 7 und Fig. 8 entsprechende Perspektivansicht einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Düsenanordnung ist.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch eine speziell für Teig zur Nudelherstellung ausgelegte erfindungsgemässe Düsenanordnung 1 entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F. Die insgesamt vier Düsenkanäle 2 aufweisende Düsenanordnung 1 (siehe Fig. 2) ist in einem zylindrischen Gehäuse 7 untergebracht. Eine Einlauföffnung 3 befindet sich am stromaufseitigen Ende jedes Düsenkanals 2, und eine Auslauföffnung 4 befindet sich am stromabseitigen Ende jedes Düsenkanals 2. Der sich an die Einlauföffnung 3 anschliessende Einlaufbereich 2a jedes Düsenkanals 2 ist konusartig aufgeweitet, während der Auslaufbereich 2c zylindrisch ausgebildet ist. Der Aufweitungswinkel α (siehe Fig. 3) beträgt etwa 10-20°. Am stromaufseitigen Ende der Düsenanordnung 1 befinden sich vier Trennwände 5 (siehe Fig. 2), die parallel zur axialen Förderrichtung F verlaufen und den Bereich stromauf von den Einlauföffnungen 3 in vier Teilbereiche unterteilen, die sich jeweils stromauf von einer Einlauföffnung 3 befinden. Die entgegengesetzt zur axialen Förderrichtung F weisenden Kanten der Trennwände 5 sind jeweils als schräg verlaufende Schneidkante 5a ausgebildet, die sich von der Innenwand des Gehäuses 7 sowohl radial einwärts als auch in der Förderrichtung F erstreckt. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Düsenanordnung 1 von Fig. 1 entlang der Produkt-Förderrichtung F (siehe Fig. 1). Man erkennt die vier Düsenkanäle 2 mit ihrem jeweiligen konusartig aufgeweiteten Einlaufbereich 2a sowie die sich von dem zylindrischen Gehäuse 7 radial nach innen erstreckenden Trennwände 5, die den Bereich oberhalb der Düsenanordnung 1 in vier Teilbereiche unterteilt. Die vier scharfen Schneidkanten 5a erstrecken sich schräg entgegengesetzt zur Förderrichtung F.
Wenn nun, wie in Fig. 1 mit dem Strömungsprofil V(r) schematisch angedeutet, ein viskoelastisches Material, wie z.B. ein Polymermaterial oder eine Teigmasse, etc, auf die erfindungsgemässe Düsenanordnung 1 auftrifft, wird der in dem Gehäuse 7 entlang der Förderrichtung F herangeführte Produktstrom in vier Teilströme aufgeteilt, von denen jeweils einer durch einen der vier Düsenkanäle 2 strömt. Durch die scharfen Schneidkanten 5a wird der an die Düsenanordnung 1 herangeführte Produktstrom schon vor dem Eintritt in die vier Düsenkanäle 2 in vier Teilströme zerschnitten. Da jede der Schneidkanten 5a nur eine sehr kleine Angriffsfläche an das Produkt entgegengesetzt zur Förderrichtung F darstellt, wirkt an der Schneidkante 5a lokal eine sehr grosse Kraft auf das auf die Schneidkante 5a auftreffende viskoelastische Produkt ein. Entlang der Schneidkanten 5a entsteht eine lokal konzentrierte Scherkraft, welche das Produkt zerteilt. Bevor aber das an die Schneidkanten 5a herangeführte viskoelastische Produkt an der Schneidkante abreisst, verformt es sich bis zum Erreichen seiner Bruchspannung, wobei in dem viskoelastischen Material potentielle Energie gespeichert wird, die an die vier Teilströme weitergegeben wird und in diesen vier Teilströmen zu einer partiellen Relaxation führt, bevor eine weitere Verformung bzw. Umformung des viskoelastischen Materials in den vier Produkt-Teilströmen stattfindet, wenn das Material in die jeweiligen Düsenkanäle 2 eintritt. Auch hier treten in dem Material beim Eintritt in die Düsenkanäle 2 und während der Umformung in den jeweiligen Einlaufbereichen 2a Spannungen auf. Diese sind jedoch geringer als an den Schneidkanten 5a und führen zu keinem Produkt-Abriss.
Gegenüber herkömmlichen Düsenanordnungen ohne Schneidkanten und ohne konusartige Aufweitung mit einem erfindungsgemässen Aufweitungswinkel von etwa 10-20° verringert die erfindungsgemässe Auslegung der Schneidkanten 5a der Trennwände 5 und der Einlaufbereiche 2a der Düsenkanäle 2 das Ausmass der in dem durch die erfindungsgemässe Düsenanordnung 1 beförderten und in ihr umgeformten Material entstehenden Spannungen sowie den Strömungswiderstand der Düsenanordnung 1.
Bei der erfindungsgemässen Düsenanordnung 1 erfolgt nämlich die mit einem Aufbau von Materialspannungen verbundene Umformung von einem grossen in vier kleine Produktstränge im wesentlichen in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird der grosse Produktstrang an den Schneidkanten 5a in vier kleine Teilstränge zerschnitten. In einem zweiten Schritt werden die vier Teilstränge dann in den konischen Einlaufbereichen 2a gedehnt. Sofort nach dem ersten Schritt (Schneiden an den Schneidkanten 5a) und noch vor dem zweiten Schritt (Dehnen in dem Einlaufbereich 2a) erfolgt eine zumindest partielle Relaxation (Spannungsabbau, Abbau potentieller Energie) in dem Material während es an den Trennwänden 5 entlang gleitet. Wenn das Produkt dann in den konischen Einlaufbereichen 2a gedehnt wird, bauen sich ebenfalls Materialspannungen auf, woraufhin in den sich anschliessenden zylindrischen Auslaufbereichen 2c wiederum eine zumindest partielle Relaxation erfolgt. Somit verlässt das in vier kleine Produktstränge aufgeteilte viskoelastische Material praktisch spannungsfrei die Auslauföffnungen 4 der Düsenkanäle 2, so dass es zu keinen nennenswerten Verformungen (z.B. Kräuselungen) der vier austretenden Produktstränge kommt. Da aufgrund der Schneidkanten ein Produkt-Abriss schon bei viel geringeren Produkt-Schubkräften erfolgt, wird auch der Strömungswiderstand der erfindungsgemässen Düsenanordnung 1 deutlich verringert.
Die erfindungsgemässe Düsenanordnung 1 ermöglicht somit den Betrieb mit einer gegenüber herkömmlichen Düsenanordnungen geringeren Druckdifferenz, d.h. einem geringeren Druckgefälle im Produkt entlang der Düsenanordnung 1 und mit einer praktisch vollständigen "Löschung" des Formgedächtnisses bei den austretenden Teilsträngen des Produktes.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch einen ebenfalls speziell für Teig zur Nudelherstellung ausgelegten erfindungsgemässen Düsenkanal 2 entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F. Dieser Düsenkanal 2 kann als Ersatz für die in Fig. 1 gezeigten Düsenkanäle 2 verwendet werden. Anstelle des zylindrischen Auslaufbereichs 2c des Düsenkanals 2 der Fig. 1 schliesst sich hier stromabseitig von dem Einlaufbereich 2a zunächst ein relativ kurzer zylindrischer Innenbereich 2b und dann ein glockenartig aufgeweiterter Auslaufbereich 2c an. Dieser Auslaufbereich 2c ersetzt die Kante der Auslauföffnung 4 (siehe Fig. 1) durch einen gekrümmten kontinuierlichen Übergang von einer vertikalen Tangente im Innenbereich 2b des Düsenkanals 2 zu einer horizontalen Tangente am stromabseitigen Ende des Auslaufbereichs 2c. Der Krümmungsradius RA der Auslauf- Aufweitung nimmt zur Auslauföffnung 4 hin kontinuierlich ab, d.h., es liegt eine glockenartige Aufweitung mit zur Auslauföffnung 4 abnehmender Krümmung vor.
Wenn nun, wie in Fig. 1 beschrieben, ein viskoelastisches Material, wie z.B. ein Polymermaterial oder eine Teigmasse, etc, auf den Düsenkanal 2 der erfindungsgemässen Düsenanordnung 1 auftrifft, wird der in vier Teilströme aufgeteilte Produktstrom durch die vier Düsenkanäle 2 gepresst (siehe Fig. 1 und 2). Wie in Fig. 1 treten auch hier in dem Material beim Eintritt in den Düsenkanal 2 und während der Umformung im Einlaufbereich 2a Spannungen auf. Während des ersten Schritts (Schneiden an den Schneidkanten 5a) und/oder während des zweiten Schritts (Dehnen in dem Einlaufbereich 2a) aufgebaute und noch nicht relaxierte Spannungen in dem Material werden auch hier in dem sich aufweitenden Auslaufbereich 2c praktisch vollständig relaxiert. Somit verlassen auch bei dieser Düsengeometrie die vier kleinen Produktstränge praktisch spannungsfrei die Düsenkanäle 2. Ein besonderer Vorteil des aufgeweiteten Auslaufbereichs 2c besteht aber nun darin, dass er eine Relaxation des Produktes sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ermöglicht. Dadurch lassen sich Riffelungen ("Haifischhaut") der Oberfläche der aus den Düsenkanälen 2 austretenden viskoelastischen Produktstränge vermeiden, wie sie bei einer scharfkantigen Auslauföffnung 4 an einem zylindrischen Auslaufbereich 2c (siehe Fig. 1) praktisch immer auftreten.
Die axiale Länge der in Fig. 1 und in Fig. 3 dargestellten Relaxationsbereiche, die im wesentlichen durch die axiale Länge Ls der Schneidkante 5a sowie durch die axiale Länge LA des Auslaufbereichs 2c gebildet werden und die maximale Strömungsgeschwindigkeit vF der viskoelastischen Masse entlang der Produkt-Förderrichtung F werden vorzugsweise derart an die Relaxationszeit TRELAX des Produktmaterials angepasst, dass das Material beim Durchlaufen der jeweiligen Relaxationsbereiche genügend Zeit hat, um die in ihm zuvor aufgebauten Spannungen abzubauen, d.h. VF X TRELAX < Ls oder VF X TRELAX < LA.
Wenn die Düsenkanäle 2 mit dem konischen Einlaufbereich 2a und dem glockenartigen Auslaufbereich 2c der Fig. 3 in der mit Schneidkanten 5a ausgestatteten Düsenanordnung 1 verwendet werden, ermöglicht dies nicht nur ein geringeres Druckgefälle im Produkt entlang der Düsenanordnung 1 und eine praktisch vollständige "Löschung" des Volumen-Formgedächtnisses bei den austretenden Teilsträngen des Produktes, sondern auch eine "Löschung" des Oberflächen-Formgedächtnisses dieser Produktstränge.
Ein weiterer Vorteil des glockenartigen Auslaufbereichs 2c der Düsenkanäle besteht darin, dass er einen sanften Übergang von der im Innern der Düsenkanäle 2 vorliegenden Strömung mit parabelförmigem Geschwindigkeitsprofil zu der ausserhalb der Düsenkanäle 2 vorliegenden "Strömung" mit konstantem Geschwindigkeitsprofil, d.h. dem bewegten Strang ermöglicht. Somit kann einer Rissbildung an der Oberfläche der aus den Düsenkanälen 2 austretenden Stränge vorgebeugt werden.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht durch einen weiteren ebenfalls speziell für Teig zur Nudelherstellung ausgelegten erfindungsgemässen Düsenkanal 2 entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F. Der sich an die Einlauföffnung 3 anschliessende Einlaufbereich 2a des Düsenkanals 2 ist glockenartig aufgeweitet, während der Auslaufbereich 2c zylindrisch ausgebildet ist. Der Krümmungsradius RE der Einlauf-Aufweitung ist an der Einlauföffnung 3 am kleinsten und nimmt mit zunehmender Eindringtiefe entlang des Düsenkanals 2 zu, um tangential in den zylindrischen Auslaufbereich 2c überzugehen.
Ähnlich wie der glockenartige Auslaufbereich trägt der glockenartig aufgeweitete Einlaufbereich 2a zu einer schonenden Behandlung des Produktes bei. Abrupte Geschwindigkeitsänderungen, die meist zu Rissen im Produkt führen, werden vermieden durch die schonende Beschleunigung des Produktes in dem glockenartig aufgeweiteten Einlaufbereich 2a, so dass auch hier ein sanfter Übergang von einer Strömung mit konstantem Geschwindigkeitsprofil stromauf von den Düsenkanälen 2 zu einer Strömung mit parabelförmigem Geschwindigkeitsprofil im Innern der Düsenkanäle 2 erfolgt. Fig. 5 ist eine Schnittansicht durch einen Düsenkanal 2 des Stands der Technik entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F. Der Düsenkanal ist von seiner Einlauföffnung 3 bis zu seiner Auslauföffnung 4 als Zylinder mit konstantem Radius R« ausgebildet.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch einen weiteren Düsenkanal 2 des Stands der Technik entlang der axialen Produkt-Förderrichtung F. Der Einlaufbereich 2a weist einen gegenüber der Erfindung viel grösseren Aufweitungswinkel α auf und hat eine wesentlich kürzere Länge LE als bei der Erfindung.
Fig. 7 ist eine Perspektivansicht einer Hälfte der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten ersten Ausführung der erfindungsgemässen Düsenanordnung. Zwischen den Einlauföffnungen 3 der Düsenkanäle 2 und den Trennwänden 5 mit ihren jeweiligen Schneidkanten 5a erstreckt sich eine ebene Schulterfläche senkrecht zur Förderrichtung F. Durch die zur Förderrichtung F schräg verlaufenden Schneidkanten 5a wird der durch die ebene Schulterfläche 8 hervorgerufene Strömungswiderstand signifikant verringert. Die in Fig. 7 gezeigte Ausführung lässt sich durch spananhebende Bearbeitung mit rotierenden Werkzeugen besonders vorteilhaft herstellen.
Fig. 8 ist eine der Fig. 7 entsprechende Perspektivansicht einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Düsenanordnung. Sie unterscheidet sich jedoch gegenüber der ersten Ausführung in Fig. 7, dass die Einlauföffnung 3 des Düsenkanals 2 und die ebene Schulterfläche 8 der ersten Ausführung in Fig. 7 durch eine einfach gekrümmte Übergangsfläche 9 gebildet wird. Dies trägt zu einer weiteren Verringerung des Strömungswiderstands der Düsenanordnung gemäss dieser zweiten Ausführung bei.
Fig. 9 ist eine der Fig. 7 und Fig. 8 entsprechende Perspektivansicht einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Düsenanordnung. Anstelle der einfach gekrümmten Übergangsfläche 9 in Fig. 8 liegt hier eine doppelt gekrümmte Übergangsfläche 10 vor, durch die die ebene Schulterfläche 8 und die Einlauföffnung 3 des Düsenkanals 2 der Ausführung von Fig. 7 ersetzt ist.
Je nach Art des zu verarbeitenden viskoelastischen Materials wird durch die einfach gekrümmte Übergangsfläche 9 oder die doppelt gekrümmte Übergangsfläche 10 eine weitere Verringerung des Strömungswiderstands gegenüber der in Fig. 7 gezeigten Ausführung erzielt. Während die Ausführung der Fig. 7 vorzugsweise durch spanabhebende Bearbeitung mit rotierenden Werkzeugen gefertigt wird, lassen sich die Ausführungen der Fig. 8 und Fig. 9 vorzugsweise durch Giessverfahren herstellen. Die Trennwände 5 mit ihren Schneidkanten 5a werden bei der Ausführung von Fig. 7 nachträglich in den durch spanabhebende Bearbeitung gefertigten Düsenkörper eingesetzt. Bei den Ausführungen der Fig. 8 und Fig. 9 können die Trennwände 5 schon beim Giessen des Düsenkörpers erzeugt werden, so dass sie mit dem Düsenkörper einstückig sind, oder sie können ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 7 nachträglich in den durch Giessen gefertigten Düsenkörper eingesetzt werden.
Bevorzugte Materialien für den Düsenkörper sind Metall oder Kunststoffe, insbesondere mit Teflon innen beschichtete Materialien, während die Trennwände vorzugsweise aus Metall gefertigt sind.
Be∑ugszeichen
1 Düsenanordnung
2 Düsenkanal
2a Einlaufbereich des Düsenkanals
2b Innenbereich des Düsenkanals
2c Auslaufbereich des Düsenkanals
3 Einlauföffnung des Düsenkanals
4 Auslauföffnung des Düsenkanals
5 Trennwand 5a Schneidkante
7 Gehäuse
8 ebene Schulterfläche
9 einfach gekrümmte Übergangsfläche
10 doppelt gekrümmte Übergangsfläche F Förderrichtung
Ls axiale Ausdehnung der Schneidkante
LE axiale Ausdehnung der Einlauf-Aufweitung
LA axiale Ausdehnung der Auslauf-Aufweitung
RK Krümmungsradius des Düsenkanal-Querschnitts
RE Krümmungsradius der Einlauf-Aufweitung
RA Krümmungsradius der Auslauf-Aufweitung vF Strömungsgeschwindigkeit des viskoelastischen Materials α Aufweitungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Düsenanordnung (1) zur Strangbildung für viskoelastische Massen, insbesondere Polymere, Teigmassen etc, mit mehreren zueinander parallel angeordneten gleichartigen Düsenkanälen (2), die sich durch die Düsenanordnung (1) von jeweils einer Einlauföffnung (3) zu jeweils einer Auslauföffnung (4) erstrecken, wobei die jeweiligen Düsenkanäle (2) jeweils entlang der axialen Förderrichtung F der Masse durch den Düsenkanal einen Einlaufbereich (2a) am stromaufseitigen Ende des Düsenkanals (2) und einen Auslaufbereich (2c) am stromabseitigen Ende des Düsenkanals (2) aufweisen, und wobei die Einlauföffnungen (3) zueinander benachbart angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass am stromaufseitigen Ende des Düsenkörpers (1) jeweils zwischen zwei benachbarten Einlauföffnungen (3) eine parallel zur axialen Förderrichtung F verlaufende Trennwand (5) angeordnet ist, die an ihrem stromaufseitigen Ende eine Schneidkante (5a) aufweist.
2. Düsenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der stromauf- seitig vom Einlaufbereich (2a) jeder der benachbarten Einlauföffnungen (3) angeordnete Bereich vollständig von sich parallel zur axialen Förderrichtung erstreckenden Trennwänden (5) umgeben ist, deren stromaufseitiges Ende jeweils als eine Schneidkante (5a) ausgebildet ist.
3. Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (5a) einen von 90° verschiedenen Winkel zur axialen Förderrichtung F bilden.
4. Düsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslaufbereich (2c) vom Düsenkanal-Innenbereich zur Auslauföffnung hin über eine Länge LA entlang der axialen Förderrichtung F glockenartig aufgeweitet ist.
5. Düsenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der axialen Förderrichtung F und der Innenwand des Kanal-Auslaufbereichs gemessene Aufweitungswinkel der Auslauf-Aufweitung entlang der axialen Förderrichtung F stetig zunimmt.
6. Düsenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunahme des Aufweitungswinkels entlang der axialen Förderrichtung F stetig zunimmt.
7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitungswinkel von 0° im Innern der Düse bis auf 90° am stromabseitigen Ende des Düsenkörpers (1 ) zunimmt.
8. Düsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung im Längsschnitt einem Kreisbogen folgt.
9. Düsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius RA des Kreisbogens der Aufweitung grösser als der Radius Rι<des Düsenkanal-Innenbereichs ist.
10. Düsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkanal-Innenwand im Auslaufbereich (2c) über eine Länge LR entlang der axialen Förderrichtung eine höhere Oberflächen-Rauhigkeit als der Rest der Düsenkanal-Innenwand aufweist.
11. Düsenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge LR des rauhen Bereichs kleiner als die axiale Länge LA des Auslaufs und kleiner als die axiale Länge LE des Einlaufs ist.
12. Düsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (2a) vom Innenbereich zur Einlauföffnung (3) hin entgegengesetzt zur axialen Förderrichtung F entlang einer Länge LE aufgeweitet ist, wobei der zwischen der axialen Förderrichtung F und der Innenwand des Ka- nal-Einlaufbereichs (2a) gemessene Aufweitungswinkel der Einlauf-Aufweitung im Bereich von 5° bis 45°, insbesondere im Bereich von 8° bis 25° liegt.
13. Düsenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitungswinkel vom Innenbereich zur Einlauföffnung (3) konstant ist und eine konusartige Aufweitung bildet.
14. Düsenanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (2) entlang seiner gesamten Länge einen kreisförmigen Querschnitt hat.
15. Düsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge LE des Kanal-Einlaufbereichs zwischen 50% und 80% der Gesamtlänge des Düsenkanals (2) beträgt.
16. Düsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände des Düsenkanals (2) zumindest in Teilbereichen aus Teflon bestehen.
17. Verfahren zur Strangbildung für viskoelastische Massen, insbesondere Polymere, Teigmassen etc, unter Verwendung einer Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die viskoelastische Masse mittels eines Druckgefälles Δp zwischen dem stromaufseitigen Ende und dem stromabseitigen Ende der Düsenanordnung durch diese hindurchgepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgefälle Δp mit der Geometrie der Düsenanordnung (1) derart abgestimmt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit vFder viskoelastischen Masse entlang der Förderrichtung F in einem jeweiligen axialen Teilbereich (5, 2a, 2c) der Düsenanordnung (1), in dem zumindest ein Teil der für die Strangbildung erforderlichen Material-Umformung stattfindet, die Bedingung vF < L / TRELAX erfüllt, wobei TRELAX die Relaxationszeit der viskoelastischen Masse und L (= Ls, LE, LA) die axiale Länge des jeweiligen axialen Teilbereichs der Düsenanordnung (1) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit vF der viskoelastischen Masse entlang der Förderrichtung F im Innenbereich eines Düsenkanals die Bedingung vF > LR / TRELAX erfüllt, wobei TRELAX die Relaxationszeit der viskoelastischen Masse und LR die axiale Länge des rauhen Bereichs ist.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006041301A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-06 Bühler AG Vorrichtung und Verfahren zur Extrusion viskoelastischer Materialien
US8366433B2 (en) * 2008-09-03 2013-02-05 The Quaker Oats Company Extrusion die and process for forming cereal flakes
DE102008053799A1 (de) * 2008-10-29 2010-05-06 Bayer Materialscience Ag Extrusionsdüse für Polymere
ITMI20090184A1 (it) * 2009-02-12 2010-08-13 Dominioni Punto & Pasta S A S Dispositivo formatore, dispositivo alimentatore e metodo per la produzione di pasta alimentare
US8709315B2 (en) 2009-08-18 2014-04-29 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Process for making thermoplastic polymer pellets
US20120319322A1 (en) * 2010-12-20 2012-12-20 Shell Oil Company Particle extrusion
US8835516B2 (en) * 2010-12-20 2014-09-16 Shell Oil Company Fischer Tropsch process using improved extrudates
CN103009600B (zh) * 2012-12-12 2016-02-10 金发科技股份有限公司 一种组合式口模
EP2931051B1 (de) 2012-12-17 2018-03-14 Koninklijke Philips N.V. Vorrichtung und verfahren zur herstellung extrudierbarer nahrungsmittelprodukte
AT513947A1 (de) * 2013-01-15 2014-08-15 Haas Food Equipment Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bildung langgestreckter, bandförmiger Körper und zur Herstellung von Backprodukten
FR3015313B1 (fr) * 2013-12-20 2017-02-24 Bostik Sa Bec d'extrusion avec un volume de relaxation, buse et installation d'encollage correspondantes, procede d'encollage en continu
KR101791448B1 (ko) * 2015-10-07 2017-11-02 (주)코스모스제과 반죽 성형 장치
KR101832563B1 (ko) * 2015-10-07 2018-02-28 (주)코스모스제과 반죽 성형 유닛 및 이를 구비하는 반죽 성형 장치
CN108582721A (zh) * 2018-03-06 2018-09-28 嘉兴希卡姆复合材料有限公司 一种聚丙烯复合材料专用挤出设备
KR102387746B1 (ko) * 2021-09-08 2022-04-18 이경진 면발의 굵기가 상이한 실린더형 제면기
KR102387738B1 (ko) * 2021-09-08 2022-04-18 이경진 면발의 굵기가 상이한 롤러형 제면기
CN117144491B (zh) * 2023-09-08 2026-02-06 东华大学 一种适用于弹性体材料的喷丝板及其应用于制备弹性纤维

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR893153A (fr) * 1942-12-18 1944-06-01 Perfectionnements aux machines boudineuses pour agglomérés
US2403476A (en) * 1944-08-08 1946-07-09 Du Pont Extrusion apparatus
GB857808A (en) * 1958-11-26 1961-01-04 Nat Res Dev Extrusion apparatus
US3210451A (en) * 1960-12-01 1965-10-05 Celanese Corp Spinnerettes
US3574889A (en) * 1968-11-18 1971-04-13 Charles H Hire Multiport extruding die
US3938925A (en) * 1974-09-11 1976-02-17 Allied Chemical Corporation Spin pack assembly
IT1027074B (it) * 1974-12-16 1978-11-20 Porrplastic Di Luigi Porro Procedimento per la preparazione di granuli di materie termoplastiche a bassa densita quali polientilene e polipropilene, e macchina
US4056597A (en) * 1975-04-03 1977-11-01 Phillips Petroleum Company Process and die for extrusion of a resinous material
DE2934077A1 (de) * 1979-08-23 1981-03-26 Hebenstreit GmbH, 64546 Mörfelden-Walldorf Verfahren und vorrichtung zur herstellung von blockfoermigen nahrungsmittelprodukten
US4376747A (en) * 1980-12-11 1983-03-15 Union Carbide Corporation Process for controlling the cross-sectional structure of mesophase pitch derived fibers
US4822546A (en) * 1987-08-06 1989-04-18 Exxon Chemical Patents Inc. Die design for underwater pelletization of high flow rate polymers
US5192543A (en) * 1990-06-18 1993-03-09 Borden, Inc. Heated die plate for making extruded pasta shapes
US5458836B1 (en) * 1994-03-11 1998-08-04 Du Pont Polymer extrusion die and use thereof
US20020098255A1 (en) * 1995-04-17 2002-07-25 Ajwad Ayash Auger for a dough transport device
DE59800008D1 (de) * 1998-04-16 1999-08-12 Lihotzky Vaupel Wolfram Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Teigprodukten

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004080692A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1758998A (zh) 2006-04-12
CN100475487C (zh) 2009-04-08
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JP2006523441A (ja) 2006-10-19
DE10355347A1 (de) 2004-09-23
US7866973B2 (en) 2011-01-11

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