借助在输送方向振动段对流动性的/软膏状的物料进行加工的机器.pdf

本发明涉及一种用于对可输送的材料，特别是对流动性的或软膏状的物料或疏松物料进行处理或加工的机器，其中所述机器具有至少一个通道段(2、21；47、48)，所述通道段具有至少一个通道(2a、21a；47、48)，有待处理或加工的可输送的材料(M)穿过所述通道被沿输送方向(F)输送，其特征在于，至少一个通道段(2、21、47、48)至少构成机器的通道(1)的至少一个部分并相对于机器的通道(1)运动设置，其中至少一个通道段(2、21、47、48)与至少一个振动源(6、7、8、9)耦合连接，所述振动源使通道段相对于机器的通道(1)处于机械振动状态。

1.  一种用于对可输送的材料，特别是对流动性的或软膏状的物料或疏松物料进行处理或加工的机器，其中所述机器具有至少一个通道段(2、21；47、48)，所述通道段具有至少一个通道(2a、21a；47、48)，有待处理或加工的可输送的材料(M)穿过所述通道被沿输送方向(F)输送，其特征在于，至少一个通道段(2、21、47、48)至少构成机器的通道(1)的至少一个部分并相对于机器的通道(1)运动设置，其中至少一个通道段(2、21、47、48)与至少一个振动源(6、7、8、9)耦合连接，所述振动源使通道段相对于机器的通道(1)处于机械振动状态。

2.  按照权利要求1所述的机器，其特征在于，至少一个通道段(2、21；47、48)借助弹性件(4)与机器的通道相对设置。

3.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，在至少一个通道段(2、21、47、48)与机器的通道(1)之间设置有减振机构，其中特别是可输送的材料起着减振机构的作用。

4.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少通道段(2、21、47、48)和机器的通道(1)以振动方式被去耦。

5.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个通道段(2、21、47、48)被至少一个振动源(6、7、8、9)置于振动状态，所述振动具有相对于面向被输送的材料(M)的至少一个通道(2a、21a、47、48)的内表面(5)的正切分量和/或法向分量(T，N)。

6.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，多个通道段(2、21；47、48)在机器的通道(1)的至少部分内沿通道的输送方向(F)顺序设置。

7.  按照权利要求6所述的机器，其特征在于，多个顺序的通道段(2、47、48)中的至少几个通道段沿输送方向(F)间隔设置。

8.  按照权利要求6或7所述的机器，其特征在于，多个通道段彼此相同。

9.  按照权利要求6或7所述的机器，其特征在于，多个通道段(47、48)中的至少几个通道段相互不同。

10.  按照权利要求6至9中任一项所述的机器，其特征在于，多个通道段被置于彼此相同的振动状态。

11.  按照权利要求6至9中任一项所述的机器，其特征在于，多个通道段(2、47、48)中至少几个通道段被置于相互不同的振动状态。

12.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个机械振动源(6、7、8、9)是振动器和所述机械振动是至少一个通道段(2、21、47、48)的经缓冲的强制的振动。

13.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个机械振动源(6、7、8、9)是冲击装置和机械振动是至少一个通道段(2、21、47、48)被缓冲的冲击激励。

14.  按照权利要求12或13所述的机器，其特征在于，所述机器具有多个机械振动源(6、7、8、9)。

15.  按照权利要求12至14中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个机械振动源(6、7、8、9)与机器的工作状态无关被控制。

16.  按照权利要求14或15所述的机器，其特征在于，多个振动源(6、7、8、9)被相互不同地专门控制。

17.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个用于检测被输送的材料的流变特性的第一装置(10)设置在相应的通道段(2、21；47、48)的下游侧，用于在第一信号输出端(11)上产生第一信号，所述第一信号反映通道段(2、21；47、48)下游侧的材料(M)的物理-化学特性，特别是流变特性。

18.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，至少一个用于检测被输送的材料的流变特性的第二装置(10)设置在相应的通道段(2、21；47、48)的上游侧，用于在第二信号输出端(13)上产生第二信号，所述第二信号反映通道段(2、21、47、48)上游侧的材料(M)的物理-化学特性，特别是流变特性。

19.  按照权利要求17或18所述的机器，其特征在于，第一和/或第二信号输出端(11、13)上的信号分别与反映特定的流变特性的基准信号进行比较，其中根据信号的比较结果在一调节回路内实现反馈，用于对至少一个机械振动源(6、7、8、9)进行控制。

20.  按照权利要求17、18或19所述的机器，其特征在于，第一和第二信号输出端(11、13)的信号相互进行比较，其中根据信号的比较结果在调节回路内实现反馈，用于对至少一个机械振动源(6、7、8、9)进行控制。

21.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，机器的通道(1)和通道段(2、21、47、48)的至少一个通道(2a、21a、47、48)垂直分布。

22.  按照权利要求1至20中任一项所述的机器，其特征在于，机器的通道(1)和通道段(2、21、47、48)的至少一个通道(2a、21a、47、48)水平分布。

23.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述机器是挤压机(20)和至少一个通道段(2)是一个嘴，特别是挤压机的挤压嘴。

24.  按照上述权利要求中任一项所述的机器，其特征在于，所述机器是挤压机(20)和至少一个通道段(2)是挤压机的熔融物过滤器(21)。

25.  按照权利要求1至22中任一项所述的机器，其特征在于，所述机器是压铸机(20)和至少一个通道段(2)是压铸机的恒温调节室。

26.  按照权利要求1至22中任一项所述的机器，其特征在于，机器的通道(1)内的至少一个通道段(47、48)是一个用可振动的碰撞体(41、42)充填的通道(1)的容积段。

27.  按照权利要求26所述的机器，其特征在于，碰撞体(41、42)形成尽可能密的充填物(47、48)，所述充填物具有在相互接触的碰撞体之间的空隙。

28.  按照权利要求26或27所述的机器，其特征在于，碰撞体(41、42)具有不同的大小和/或不同的形状。

29.  按照权利要求26至28中任一项所述的机器，其特征在于，碰撞体(41、42)具有下述的至少一种形状：球形、多面形、棒形，特别是圆柱形或棱柱形。

30.  按照权利要求26至29中任一项所述的机器，其特征在于，至少碰撞体(41、42)的一部分由一种导电的材料构成和振动源(6、7、8、9)是电磁振动源，其中导电的碰撞体被产生的交变的电磁场激励，产生机械振动和/或运动。

借助在输送方向振动段对流动性的/软膏状的物料进行加工的机器
技术领域
本发明涉及一种对可输送的材料，特别是对流动性的或软膏状的物料或疏松物料进行处理或加工的机器，其中所述机器具有至少一个通道段，所述通道段具有至少一个通道，有待处理或加工的可输送的材料穿过所述通道被沿输送方向输送。
背景技术
在这类机器中材料被输送和处理或加工。对于粘稠或软膏状的物料，例如巧克力、面团或热塑塑料/弹性体例如利用挤压机进行输送。分别根据材料的不同在搅拌器、碾压机、磨或挤压机中进行处理或加工。其中对材料进行剪切和/或延伸和随之的充分混合。在进行乳化(例如对巧克力)或悬浮(湿式磨碎)时，实现对乳化的或悬浮的颗粒的粉碎。在大多数情况下例如通过改变乳化的或悬浮的颗粒的分布、结构的交联度或分子的平均长度，力求或多或少地持续改变对材料的流变特性。通过机械的、热的、化学的或发酵的作用实现这种改变。
对粘稠的或软膏状的物料的输送和处理/加工，而且也包括对输送物料的输送需要很大的能量和在部分情况下需要相应较大的机械。
发明内容
本发明的目的在于在机器中进行处理/加工粘稠的或粘稠弹性的、软膏状的物料时，特别是在输送时节省机器能耗和/或减小机器的尺寸。
本发明目的是这样实现的，在上述的机器中至少一个通道段(“振动通道”、“振动段”)形成机器的通道的至少一个部分和所述通道段相对于所述通道可运动地设置，其中至少一个通道段与至少一个振动源耦合，通过所述振动源使得通道段相对于机器通道机械振动。
除了主要导致材料持续变化的机械的、热的、化学的或发酵的作用外，在通过形成机器至少一个部分的通道段输送材料时，本发明的机器也可以对材料施加影响。通过被置于机械振动下的机器的通道段使被输送的通过通道的材料同样被置于振动状态，通过所述振动至少在机械振动的过程中材料的流变特性被改变。
例如通过机器输送的和有待加工的材料的振动可以降低在振动过程中材料的有效的(“表面的”)粘稠度，从而可以节省必要的输送功率或泵功率。另外对材料的振动也有助于对材料中乳化的或悬浮的颗粒的去凝聚。所述作用至少在振动时产生和所述作用需要时还可以持续到振动之后。
优选至少一个通道段借助弹性机构与机器的通道相对设置。此点实现了整个通道段相对于机器的通道的其余部分地振动。如果选择的振动的通道段的重量只占其余相互固定连接的机器部分重量的一小部分，则振动的通道段的振幅相应是包括机壳的整个机器的振幅的几倍。
为了在通道段振动时使其余的机器组成部分的共振保持在很小的程度，可以在至少一个通道段和机器的通道之间设置缓冲的介质，其中特别是液体可以起着缓冲的作用。
在一特别有益的设计中至少一个通道段和机器的通道以振动方式去耦。为此例如将通道段分成至少两个滑动设置在机器其余部分上具有相同重量的半件，在两个半件之间分别设置有一个机械振动源并分别与通道段的半件刚性连接。这样两个半件相互反相振动，并且所有的被通道段的振动部分传递给机器的其余部分的力被中和。
优选至少一个通道段被至少一个振动源被置于振动状态，所述振动具有相对于面向输送材料的至少一个通道的表面的正切分量和/或法向分量。正切分量降低了通道与被输送的材料之间的临界面上的摩擦，此点一方面可以节能和另一方面可以在通道段内材料的停留时间的统一化(从抛物线状的图形至栓塞状的图形)。法向分量将纵波加在材料上和特别适用于影响材料的体积特性。
也可以在机器通道的至少一个部分内沿通道的输送方向顺序设置多个通道段，其中根据需要至少多个顺序的通道段中的至少几个通道段在输送方向上间隔设置。此点实现了在材料穿过机器的输送路径上对材料的多级振动处理，必要时包括其它的处理/加工步骤，例如用于添加或去除材料成分、能量等(定量加料、脱气、加热、冷却)的步骤。
如上所述，多个通道段相同。由于实际上没有振动传递到机架上，最好反相激励振动。
必要时通道段中至少几个通道段相互不同。此点实现了在相应的通道段内对材料的不同的振动处理。
可以将多个通道段置于彼此相同振动或相互不同的振动，其中至少一个机械振动源例如是振动器，所述振动器产生至少一个通道段的缓冲的强制振动。强制振动可以是一个或多个通道段的往复移动和/或可以是分布在通道段的整个容积的振动。另外可以用唯一一个或少许几个有针对性的频率，优选分别以大的振幅进行振动，以便在有待处理的材料内实现例如对材料特有的作用。另一方面也可以在大的频率范围上实现激励。为此至少一个机械振动源是冲击装置，所述冲击装置产生至少一个通道段的缓冲的冲击激励。
本发明的机器也可以在多个位置上具有机械振动源。此点可以实现将完全有针对性的三维的，必要时位置变化的振动-干涉图形或驻波加在被输送的通过机器的材料上，此点对有针对性的影响流变特性是有益的或绝对必要的。例如可以通过由多个振动源产生的振动的同相叠加可以在有待处理的材料的一个位置上产生足够大的振幅，以便在该位置上实现颗粒的去凝聚。就此而言用谐振频率对颗粒的激励是特别有益的。
最好至少一个机械振动源不受机器的工作状态的影响被控制，其中优选多个机械振动源相互不同专门控制。通过改变多个振动源振动的相对相位可以移动特别强化的振动位置，即具有高振幅的“焦点、焦线和焦面”的三维干涉图形且材料贯穿的整个容积并对材料进行振动处理。
最好在本发明的机器中至少一个用于检测被输送的材料的流变特性的第一装置设置在相应的通道段的下游侧，用于在第一信号输出端上产生第一信号，所述第一信号反映通道段下游侧的材料的物理-化学特性，特别是流变特性。另外最好至少一个用于检测被输送的材料的流变特性的第二装置设置在相应的通道段的上游侧，用于在第二信号输出端上产生第二信号，所述第二信号反映通道段上游侧的材料的物理-化学特性，特别是流变特性。此点实现了第一和/或第二信号输出端的流变信号与相应的说明特定的流变特性的流变基准信号的比较，和/或第一和第二信号输出端的流变信号的相互比较，其中根据在调节回路内信号的比较结果实现反馈，对至少一个机械振动源进行控制。因此在对材料的处理/加工时始终对材料的流变特性(流体特性和材料特性)进行监视并保持恒定。
在一特殊的实施方式中机器的通道和通道段的至少一个通道垂直或水平分布。
所述机器例如是挤压机和至少一个通道段是一个嘴，特别是挤压机的挤压嘴。振动的嘴同样有助于影响材料的流变特性和有助于减少嘴的流阻。
机器也可以是挤压机和至少一个通道段是挤压机的熔融物过滤器。熔融物过滤器的振动用于避免过滤器被堵塞。
在另一特殊的情况下机器是压铸机和至少一个通道段是压铸机的调节室。通过调节室的振动可以对有待浇铸的熔融物内的点式结晶施加影响(晶核和/或晶粒的浓度和/或数量分布)。
根据本发明机器的另一有益的实施方式，在机器的通道内的至少一个通道段是充填有振动的碰撞体的通道容积段。所述容积段形成碰撞体-充填空间，在所述充填空间内或多或少紧密地充填有碰撞体。与碰撞体-充填空间耦合的振动源通过充填空间的壁将冲击传递给充填空间内的碰撞体并使碰撞体置于振动状态。对在通道段内被输送穿过碰撞体之间的材料通过碰撞体的移动主要以两种方式进行处理，一方面碰撞体之间的冲击促使材料的乳化的或悬浮的正好在相互撞击的碰撞体之间的颗粒的分散或去凝聚；另一方面相邻的碰撞体的(未撞击的)相对移动产生剪切率和因此产生材料的剪切和/或延伸，从而减小其粘稠度。
最好碰撞体形成尽可能密的充填物，所述充填物具有在相互接触的碰撞体之间的空隙，其中碰撞体特别具有不同的尺寸和/或不同的形状。在该实施方式中一方面在充填空间内有多个碰撞体，所述碰撞体产生大的冲击；另一方面相邻的碰撞体的平均间隔很小，因此在冲击能量给定的情况下存在大的剪切率和延伸率。
分别根据需要碰撞体具有下述形状中至少一种形状：球形、多面形、棒形、特别是圆柱形或棱形。在碰撞体是球形时，可以实现非常高的点作用的冲击力，通过所述冲击力也可以实现非常牢固的凝聚的粉碎，当然击中凝聚的概率相对很小。多面体可以实现相对较弱的平面或棱作用的冲击力，其中击中凝聚的概率要高于球形。另外剪切作用要高于球形。在碰撞体是棒形时，振动以优选方向加入到碰撞体充填空间内。例如棒形碰撞体在充填空间内相互平行设置和以如下方式实现冲击激励，棒形的碰撞体主要沿棒的方向往复移动。与棒形之间的冲击作用相比，采用此方式棒形之间的剪切作用占主导地位。在具有同样垂直设置的棒形碰撞体的对通道的垂直设置时，优选采用棱形，而在对通道的水平设置时优选采用圆柱形。
优选至少一部分碰撞体由导电的材料构成，振动源是电磁振动源，其中导电的碰撞体通过产生的交变电磁场激励机械振动和/或运动。本实施方式可以实现振动源与碰撞体特别完美的无接触的感应耦合。
附图说明
下面将对照附图根据下述的不起限定在作用的实施例对本发明的进一步的优点、特征和应用加以详细说明，其中所述说明对本发明不起限定作用。图中示出：
图1A为根据第一实施例的本发明的机器的与本发明相关的部分的基本结构的纵剖面示意图；
图1B为图1A所示的部分的沿X-X平面的与本发明相关的部分的基本结构的示意图；
图2为本发明的机器的与本发明相关的部分的第二实施例的示意图；
图3为本发明的机器的与本发明相关的部分的第三实施例的示意图，和
图4为本发明的机器的与本发明相关的部分的第四实施例的示意图。
具体实施方式
图1A为根据第一实施例的本发明的机器的与本发明相关的部分的基本结构纵剖面示意图。所述机器具有一个机壳G，一个通道1在所述机壳内延伸。由通道段2构成通道1的部分，所述通道段2具有一个中间的通道2a。在本实施例中所述通道段2是挤压机或注塑机的嘴。有待处理或加工的被输送的材料M沿输送F方向移动穿过所述机器。通道段或嘴2相对于机壳既可在径向上，即垂直于输送方向F，又可在轴向上，即平行于输送方向F可移动地设置。另外总共设置有四个机械振动源6、7、8、9。振动源6和7(见图1B)设置在机壳G上和分别将径向振动分量传递给通道段2。所述径向振动分量导致产生在通道2a的内表面5上的法向分量N。振动源8和9同样设置在机壳G上和将轴向振动分量传递给通道段2。所述轴向振动分量构成在通道2a的内表面上振动的正切分量T。通道段2本身也可以是振动源，特别是一个压电件。
为了对材料M的流动特性形象地加以说明，在通道1上标示有速度图形P。
图1B为图1A所示的与本发明相关的部分的基本结构的沿X-X平面的横剖面示意图。在图1B可以看出四个在圆周上均匀分布的弹性件4，所述通道段2通过弹性件4设置在机壳G上。
整个振动源6、7、8、9分别根据对各个振动源的控制可以实现任意调整的振动图形加入到穿过通道2a的材料M上。例如在材料M内产生在开始部分内所述的干涉图形或具有很大的振幅的驻波。从而可以有针对性地影响材料M的流变特性。这种影响例如是对悬浮液或乳液内的悬浮的或乳化的颗粒去凝聚或是对熔融物内的晶核结构施加的影响。
图2为本发明的机器的与本发明相关的部分的第二实施例的示意图。所述实施例涉及一种具有机壳G的挤压机20，其中挤压机蜗杆22设置在通道1的振动的熔融物过滤器21的上游侧。挤压机蜗杆22具有蜗杆片23以及蜗旋头24。振动的熔融物过滤器21例如是一个聚合物过滤器并具有多个通道21a。利用弹簧4聚合物过滤器21弹性地设置在机壳G内。另外具有两个振动源8、9，所述振动源设置在机壳G内并与聚合物过滤器21接触。在本实施例中振动源8、9的设计应使它们可以将正切于通道21a的内表面的振动分量传递给聚合物过滤器21。此点可以避免对聚合物过滤器21的通道21a的堵塞。
图3示意示出本发明的机器的与发明相关的部分的第三实施例。所述实施例涉及一种铸造机30的一部分，其中力求对结晶施加影响，以便影响熔融物内的晶核的结构、尺寸和数量。铸造机例如是用于由熔融的巧克力制造巧克力筒的机器，或也可以是用于由铝或铝/锰-合金制造铸件的压铸机。而且在此通道1在机壳G内部延伸，所述通道1具有由多个部分2a、2b和2c构成的通道。通道的一沿输送方向F成锥形收聚的部分2b位于通道段2的上游侧，而通道的一沿输送方向F成锥形扩散的部分2c位于通道段2的下游侧。收聚的部分2b和扩散的部分2c的两个锥尖通过一个圆柱形的部分2a相互连通。为对层流的流动特性加以形象地说明，在通道1的多个位置上分别绘制出速度图形P1、P2和P3。在通道1内的箭头同样说明了流动特性。总共设置有三个振动源6、8和9。振动源6产生机械波，所述机械波主要覆盖通道的圆柱形的部分2a。振动源8和9促使产生通道段2的正切的振动分量T。所以在圆柱形的通道2a的内表面上法向的以及正切的振动分量相互叠加。通过对相应的振动源6、8和9的相位和振幅的分别单独的调整可以在穿过通道段2的圆柱形的部分2a移动的材料M内产生无数的振动状态(例如干涉图形、驻波)。本实施例除了进行振动处理操作外还产生了在通道段2的上游侧的呈锥形收聚的部分2b内的收缩流。因此本实施例也适用于在悬浮液或乳化液中悬浮的或乳化的颗粒的去凝聚。所以本实施例最益于在铸造过程前准备恒温的巧克力。这种恒温的巧克力的“恒温调节室”因此可以实现膨胀/压缩流(通道段2的部分2b、2c)、剪切流(通道段2的部分2a)和振动场(主要是通道段的部分2a)的任意组合。在膨胀/压缩流范围内首先对悬浮的或乳化的颗粒去凝聚，而在剪切流的范围内主要对晶核结构施加影响。
在通道段2另外还设有两个压力传感器31和32。第一传感器31在圆柱形的部分2a的上游端，而第二传感器32在圆柱形的部分2a的下游端。两个压力传感器31和32检测通道段2的圆柱形部分2a的上游侧端和下游侧端之间的压差，由此确定出壁-剪切应力。在采用有关材料的体积流量速度的信息的情况下可以计算出壁-剪切速度。因此实现了在圆柱形的部分2a的流变在线测量。所述测量实现了对剪切粘稠度的连续监视。此点例如对巧克力或铝结晶过程是重要的。
除了提及的在第二实施例的通道1分别具有圆形截面的圆柱对称的几何形状外，也可以采用具有矩形截面的几何形状，其中一个矩形侧很大和另一矩形侧很小。采用此方式在圆柱形的部分2a位置上获得一个缝隙状的部分2a，其中同样可以产生非常高的剪切斜率。
图4示意示出本发明的机器的与本发明相关的部分的第四个实施例。而且在此机壳G环围通道1，材料M穿过所述通道沿输送方向F被泵送。通道1的本发明相关的部分具有三个格栅43、44、45，所述格栅沿输送方向F相互间隔固定设置在通道1内。采用此方式在格栅43和44之间构成第一区域47，同时在格栅44和45之间构成第二区域48。在第一区域47的内部设置有棒状的碰撞体41，同时在第二区域48的内部设置有球状的碰撞体42。通过一个在图中未示出的振动源整个机壳G被振动，从而使分别在区域47和48内含有的碰撞体(棒或球)被置于迅速的往复运动状态。
在具有棒状的碰撞体41的第一区域47内起作用的主要是剪切作用，同时在具有球状碰撞体42的第二区域48内起作用的主要是冲击作用。所以通过分别在区域47或48内的碰撞体41和42的尺寸、形状和数量与激励振动的频率相结合建立在输送材料通过两个区域47和48时对某种有待处理/加工的材料M的与要求吻合的处理条件。
在本第四实施例中由通道1的第一区域47(降低粘稠度的剪切范围)和第二区域48(具有分散和分布作用的冲击部分)构成通道段。在通道1内的格栅45的下游侧设有用于检测材料被剪切处理和冲击处理后的流变特性的第一装置10。在格栅43的上游侧设置有用于检测材料被剪切处理和冲击处前的流变特性的第二装置12。第一检测装置10与第一信号输出端11连接，同时第二检测装置12与第二信号输出端13连接。在输出端11和13上产生的信号分别反映对材料通过剪切和/或通过剪切和/或膨胀/压缩和冲击作用的对材料处理的下游侧或上游侧的材料的物理-化学特性，特别是流变特性。借助一个在图中未示出的调节回路检测出的材料处理后或处理前的流变特性的比较对至少一个振动源(图中未示出)进行控制。
也可以将电磁振动源无接触的感应耦合到碰撞体41和42上，以替代将机械振动源(图中未示出)与机壳G的直接机械耦合对具有在其内部含有的碰撞体41和42的机壳G的振动激励。但为此的前提条件是，至少一部分碰撞体41或碰撞体42是导电的。这种碰撞体41或42的振动的完美的方式的优点在于，机壳G本身并不振动。