УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCTION OF FOOD PRODUCTS

Область изобретения
Данное изобретение относится к устройству и способам для производства продуктов с начинкой посредством экструзии. Данное изобретение в частности, но не только, относится к средствам для экструзии пищевых продуктов с начинкой, особенно кондитерских продуктов, таких как плитки шоколада.
Уровень техники
В области потребительских продуктов желательна возможность производства продуктов, которые имеют привлекательный и иногда необычный вид, привлекательный для потребителей. Также желательно производить продукты, имеющие необычный вкус и комбинации текстур, также привлекательные для потребителей. Эта последняя необходимость привела к разработке продуктов с начинкой, в которых начинка содержится в наружной оболочке, выполненной из другого материала.
Известно производство пищевых продуктов, включающих наружную оболочку, выполненную из первого пищевого материала, включающую начинку из второго пищевого материала. Широкий ряд пищевых продуктов производится таким образом из ряда пищевых материалов. Часто наружная оболочка выполняется из пищевого материала, по существу твердого при нормальной комнатной температуре (20-25 градусов Цельсия) и давлении, но материал может быть нагрет или иначе обработан для его приведения в текучее, пластичное или подобное глине состояние с целью придания материалу формы. После придания формы материал может затвердеть для удержания формы и вмещения материала начинки. Пищевой материал такого рода будет обозначен здесь по существу как «способный к затвердению», и термины «способный к затвердению пищевой материал» и «способный к затвердению кондитерский материал» следует толковать соответственно.
Ряд пищевых материалов может быть использован как начинка, включая способные к затвердению пищевые материалы. Однако материалы, которые остаются в текучем состоянии при нормальной комнатной температуре и давлении, часто используются как начинка. Они включают без ограничения жидкие и полужидкие начинки, мягкий центр и более вязкие материалы, которые будут удерживать форму, но податливые к касанию, как смола. Пищевой материал, который остается в текучем состоянии при комнатной температуре, будет обозначен здесь по существу как «текучий», и термины, такие как «текучий материал», «текучий пищевой материал» и «текучий кондитерский материал» следует толковать соответственно. Термин «текучий», используемый здесь, может включать растворы, суспензии, эмульсии, полутвердые материалы, кремы, гели и т.д., которые могут не быть жидкими в полном смысле. Как используется здесь, термин «жидкий» относится к веществам, которые будут легко протекать или сохранять текучесть при комнатной температуре и давлении.
Кондитерские продукты с начинкой особенно популярны и производятся с оболочками, выполненными из широкого ряда кондитерских материалов, включающих без ограничения конфеты на основе сахара и жиросодержащие кондитерские материалы, такие как шоколад. Шоколад - это кондитерский продукт, обычно выполненный из одного или более компонентов какао бобов. В частности, шоколад обычно выполняется из сухих веществ какао бобов, включая жиры, такие как масло какао, и подсластителя, такого как сахар. Вкус шоколада обычно образуется количеством и видом присутствующего жира и подсластителя, также как и присутствием других ингредиентов, таких как ароматизаторы. Обычный коммерческий темный шоколад обычно включает обезжиренные сухие вещества какао, жир, сахар и, если требуется, эмульгатор. Обычный коммерческий молочный шоколад обычно включает обезжиренные сухие вещества из какао, жир, сухое молоко, сахар и, если требуется, эмульгатор. Обычный коммерческий белый шоколад обычно включает сухое молоко, масло какао или другой жир, сахар и, если требуется, эмульгатор.
Примеры обычных материалов, используемых как начинка в кондитерских продуктах, включают: ликеры, мед, ирис, карамель, крем, помадки, пралине, фадж, гель, кондитерские эмульсии, желе, джем и тому подобные.
Кондитерские продукты с начинкой производятся в разнообразных формах и размерах, с использованием различных способов. Однако обычно кондитерские продукты, с начинкой из текучего кондитерского материала, производят формованием, таким как литье оболочки или литье «книжки», или так называемым «однократным наполнением» центра оболочки.
Удобным способом производства продолговатых продуктов является экструдирование. В известных способах материал подается через экструзионную головку в текучем, пластичном или глиноподобном состоянии для образования экструдированного корпуса, имеющего по существу постоянное сечение вдоль длины. Последующий корпус экструдата разрезают по длине и могут подвергать дальнейшей обработке.
Один подход в производстве продолговатых шоколадных кондитерских продуктов с начинкой посредством экструзии раскрыт в GB 223 362. В описанном способе трубчатая оболочка шоколада выполнена экструзией. После формирования, трубка разрезается на отрезки и конец каждого отрезка закрывается. Начинка вводится через открытый конец каждого отрезка перед закрыванием второго конца. Устройство и способ, описанные в Патенте Великобритании 223 362 относительно сложны, включая несколько различных этапов процесса, которые должны быть предприняты для производства окончательного продукта с начинкой.
В ЕР 1 166 640 А1 раскрыт коэкструдированный кондитерский продукт, в котором жиросодержащий кондитерский материал, такой как шоколад, экструдирован для образования полой или трубчатой формы, окружающей начинку другого кондитерского материала. Однако раскрытый способ подходит только для использования в случаях, когда материал начинки не вытекает после разрезания корпуса экструдата.
Продукты питания имеют тенденцию к более сложному экструдированию, чем непищевые и, особенно, пластик и резины/эластомеры. Обработка пищевых продуктов вызывает сложности, благодаря, частично, необходимости убедиться, что они не загрязнены, а также в том, что сам процесс не повлияет неблагоприятно на вкус и/или текстуру материала. Например, пока многие непищевые материалы могут быть обработаны при повышенных температурах, это может быть невозможным относительно определенных пищевых продуктов. Пищевые материалы могут также иметь неравномерную текстуру и/или различие в вязкости в одной и той же серии продукта. Напротив, непищевые материалы могут обычно быть обработаны перед экструзией для обеспечения равномерной и консистентной текстуры и/или вязкости. Эти аспекты вызывают особые проблемы при попытках экструдировать пищевые материалы, не встречаемые при экструзии непищевых материалов. Соответственно, устройство и способы, используемые для экструдирования непищевых материалов, таких как пластик или резины/эластомеры часто не подходят для экструдирования пищевых материалов. Экструдирование шоколада особенно проблематично и редко проводится на практике из-за его низкой вязкости в жидком состоянии. При повышенных температурах масло какао в шоколаде плавится и легко течет. Если жидкий шоколад экструдирован, его по существу слишком жидкое состояние не позволяет удерживать форму, в отличие от более вязких материалов, таких как мясо или тесто. Вышеупомянутые проблемы означают, что следует использовать другие, менее эффективные, процессы, такие как формование, когда форма продукта не подходит для производства с применением известного устройства и способов экструзии, или экструдированный продукт должен быть подвержен дальнейшим процессам, придающим форму. Попытки коэкструдирования кондитерских продуктов и других пищевых продуктов с текучей начинкой оказались особенно сложными из-за склонности начинки к вытеканию из концов, когда экструдат разрезают. Даже когда материал начинки нетекучий, результаты коэкструдирования не всегда удовлетворительны, поскольку материал начинки видим на концах продукта. Когда это нежелательно, продукт должен подвергаться дальнейшей обработке для нанесения покрытия на концы разрезанных частей или иного их покрывания.
Продукты, отличные от пищевых продуктов, могут также производиться посредством коэкструдирования для выполнения наружной оболочки из первого материала, которая содержит начинку из второго материала, и возникают проблемы, сходные с ранее описанными, особенно, когда второй материал - текучий материал.
Следовательно, существует потребность в улучшенных способах и устройстве для производства продуктов с начинкой, которые преодолевают или, по меньшей мере, смягчают некоторые или все ограничения ранее известного устройства и способов.
Существует, в частности, потребность в улучшенных способах и устройстве для производства продуктов с начинкой и, в частности, кондитерских продуктов с начинкой, которые преодолеют или, по меньшей мере, сократят ограничения ранее известных устройств и способов.
В соответствии с первым объектом изобретения, обеспечен способ производства кондитерских продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого кондитерского материала и включает по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым кондитерским материалом, способ включает экструдирование указанного первого материала через экструзионную головку для образования экструдата и подачу второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды в экструзионной головке для формирования по меньшей мере одной камеры, наполненной вторым материалом, в экструдате, при этом способ включает периодическое и моментальное изменение экструзионного процесса для производства части экструдата, не имеющего камер, наполненных вторым материалом.
Использование способа по первому варианту выполнения изобретения позволяет производить кондитерский продукт с начинкой, имеющий области продольных концевых колпачков, по существу подходящие к внешнему виду сторон продукта и/или герметично закрывающие концы внутренней камеры, производимой посредством экструзии, без обязательного применения дополнительных стадий процесса для покрывания и/или герметичного закрывания концов.
Для большей ясности, термин «периодически и моментально», как используется здесь, следует понимать как ссылку на что-либо, возникающее через постоянные интервалы и на ограниченное время. Таким образом, в способе по первому объекту изобретения процесс производства может пониматься как многофазный процесс, в котором во время одной фазы, которая может обозначаться как наполняющая фаза, устройство выполняется для экструдирования длины экструдата, содержащего наполненную камеру (наполненную часть), и в котором во время дополнительной фазы, которая может обозначаться как ненаполняющая фаза, устройство выполняется для экструдирования длины экструдата, в котором нет наполненных камер (промежуточная часть), процесс многократно чередующийся между наполняющей и ненаполняющей фазами. Продолжительность времени, потраченного на каждую фазу, образует общую длину конечного продукта, длину промежуточных частей и длину наполненных частей. Ожидается, что в большем числе применений наполняющая фаза будет дольше, чем ненаполняющая фаза, так что наполненные части будут длиннее, чем промежуточные части. Процесс не должен быть постоянным во время каждой из наполняющей и ненаполняющей фаз и может быть подвергнут изменениям во время каждой фазы для создания дополнительных экструзионных эффектов на продукте. Например, расходы первого и/или второго материалов могут быть изменены во время наполняющей фазы для изменения поперечного профиля продукта во время производства наполненных начинкой камер.
В первом варианте выполнения способ по первому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды в экструзионной головке, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и стадия периодического и моментального изменения экструзионного процесса для образования части экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом, включает периодическое и моментальное увеличение объема пути подачи второго материала для временного уменьшения потока второго материала в экструдат от по меньшей мере одного выпуска для текучей среды.
Способ по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или по второму объекту изобретения, обозначенному ниже, может включать увеличение объема пути подачи второго материала для по существу остановки потока второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды для образования участка экструдата без начинки. Объем пути подачи второго материала может быть быстро увеличен для резкой задержки второго материала из по меньшей мере одного выпуска для текучей среды в экструдат. Способ может включать быстрое увеличение объема пути подачи второго материала для втягивания или всасывания назад второго материала из выпуска для текучей среды в путь подачи второго материала. В этом варианте выполнения способ также включает последующее уменьшение объема пути подачи второго материала для возобновления потока второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды в экструдат.
Способ по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или второго объекта изобретения может также включать периодическое или моментальное увеличение или вброс потока первого материала через экструзионную головку. Поток первого материала может быть увеличен или вброшен во время по меньшей мере части периода времени, когда поток второго материала в экструдат через по меньшей мере один выпуск для текучей среды уменьшен. Стадия периодического и моментального увеличения или вброса потока первого материала через экструзионную головку может проводиться периодическим и моментальным уменьшением объема пути подачи первого материала для вызывания увеличенного потока первого материала через экструзионную головку. В этом случае способ включает последующее увеличение объема пути подачи первого материала.
Для использования в способе по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или способе по второму объекту изобретения, устройство может включать перемещаемый элемент, по меньшей мере частично расположенный на пути подачи второго материала, и перемещаемый между по меньшей мере первым и вторым положением для изменения объема пути подачи второго материала, расположение таково, что перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению увеличивает объем пути подачи второго материала, и это перемещение перемещаемого элемента в направлении от второго положения к первому положению уменьшает объем пути подачи второго материала, и способ может включать периодическое перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению и последующее перемещение элемента в направлении от второго положения к первому положению для периодического и моментального уменьшения потока второго материала в экструдат через по меньшей мере один выпуск для текучей среды.
Для использования в способе по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или способе по второму объекту изобретения, устройство может также включать перемещаемый элемент, по меньшей мере частично расположенный на пути подачи первого материала, и перемещаемый между по меньшей мере первым положением и вторым положением для изменения объема пути подачи первого материала, причем конструкция такова, что перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению сокращает объем пути подачи первого материала, и это перемещение перемещаемого элемента в направлении от второго положения к первому положению увеличивает объем пути подачи первого материала, в этом случае способ может включать периодическое перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению и последующее перемещение элемента в направлении от второго положения к первому положению для периодического и моментального увеличения потока первого материала через экструзионную головку.
Способ по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или способ по второму объекту изобретения может включать перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению при первой средней скорости и последующее перемещение элемента в направлении от второго положения к первому положению при второй средней скорости, более низкой, чем первая. Способ может включать быстрое перемещение перемещаемого элемента на пути подачи второго материала в направлении от второго положения к первому положению во время начальной стадии перемещения для возобновления потока второго материала в экструдат и перемещение элемента при более низкой средней скорости во время остальной части его движения во второе положение.
В одном варианте выполнения единственный перемещаемый элемент частично принимается в путь подачи второго материала и частично принимается в путь подачи первого материала, причем конструкция такова, что перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению увеличивает объем пути подачи второго материала и сокращает объем пути подачи первого материала и наоборот.
Когда устройство включает перемещаемый элемент в каждом из путей подачи первого материала и второго материала, способ по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или второго объекта изобретения может включать независимое приведение в действие каждого из перемещаемых элементов для независимого изменения объемных расходов первого материала через экструзионную головку и второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды. Способ может включать использование программируемой системы управления для независимого приведения в действие каждого из перемещаемых элементов.
Способ по первому варианту выполнения первого объекта изобретения или второго объекта изобретения может включать изменения расхода потока по меньшей мере одного из первого материала и второго материала во время формирования наполненной части экструдата и может включать поддержание поперечных областей экструзионного отверстия и по меньшей мере одного выпуска для текучей среды постоянными во время всего экструзионного процесса.
Во втором варианте выполнения способ по первому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и включает устройство подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала из источника к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды и периодического и моментального изменения экструзионного процесса для образования участка экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом, включает управление устройством подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды пульсирующим потоком.
Во втором варианте выполнения способ может включать периодическое и моментальное уменьшение производительности устройства подачи второго материала для пульсации потока второго материала. Когда устройство подачи второго материала включает насос, способ может включать периодическое и моментальное замедление или остановку насоса для создания пульсирующего потока второго материала. Альтернативно, устройство подачи второго материала может включать возвратно-поступательный толкатель, выполненный для подачи второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды пульсирующим потоком, пока происходит экструзия. Способ может также включать периодическое и моментальное увеличение или вброс потока первого материала через экструзионную головку. Способ может включать периодическое и моментальное увеличение или вброс потока первого материала через экструзионную головку по меньшей мере во время по меньшей мере части периода времени, когда поток второго материала в экструдат через по меньшей мере один выпуск для текучей среды уменьшен.
Третий вариант выполнения способа по первому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере с одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, по меньшей мере один выпуск для текучей среды, перемещаемый в экструзионной головке, и периодическое и моментальное изменение экструзионного процесса для образования части экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом, включает периодическое и моментальное перемещение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды, пока происходит экструзия, для перемешивания второго и первого материалов в экструдате для образования части экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом. Головка может иметь наружную часть и внутреннюю часть, вращаемую вокруг продольной оси экструзионной головки относительно наружной части, причем по меньшей мере один выпуск для текучей среды расположен во внутренней части экструзионной головки, смещенно от продольной оси, в этом случае стадия периодического и моментального перемещения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды может включать периодическое и моментальное вращение внутренней части экструзионной головки.
В четвертом варианте выполнения способ по первому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство включает путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и периодическое и моментальное изменение экструзионного процесса для образования части экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом, включает деформирование первого материала в экструдате для формирования части в экструдате, в котором нет камер, наполненных вторым материалом, расположенных в экструдате. Четвертый вариант выполнения способа по первому объекту изобретения может включать приложение давления к наружной поверхности экструдата для деформирования первого материала радиально внутрь. Способ может включать применение кольца текучей среды под давлением, такой как воздух, к экструдату для обжатия корпуса. Альтернативно способ может включать обжимающий узел для прикладывания давления на внешнюю поверхность экструдата. Экструдат может быть обжат внутри или возле (проксимально) экструзионной головке, или может быть обжат в положении перед экструзионной головкой. Кольцо текучей среды под давлением может также быть использовано для разделения экструдат на отдельные длины. Далее альтернативно, в случае, если по меньшей мере один выпуск текучей среды расположен смещенным от центральной продольной оси экструзионной головки и экструдата, способ может включать деформирование первого материала радиально наружу от центральной области экструдата. В этом случае экструдер может включать механический толкатель, который может быть по выбору перемещен в и отведен от центральной области экструдата, и этап смещения первого материала в центральную область экструдата радиально наружу может проводиться выдвиганием толкателя аксиально в центральную область экструдата. Способ может включать уменьшение или остановку потока второго материала при деформации экструдата.
В пятом варианте выполнения способ по пятому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и периодическое и моментальное изменение экструзионного процесса для образования области экструдата без камеры, наполненной вторым материалом, включает периодическое соединение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником первого материала и последующее повторное соединение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником второго материала.
В шестом варианте выполнения способ по первому объекту изобретения выполняется с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и периодическое и моментальное изменение экструзионного процесса для образования участка экструдата без камеры с начинкой из второго материала включает периодическое и моментальное закрывание пути подачи второго материала для образования части экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом.
Подходящие первые кондитерские материалы для использования в способе по первому объекту изобретения включают без ограничения: леденцы, жвачку, тоффи, шоколад, фадж и жевательные конфеты.
Подходящие вторые кондитерские материалы включают без ограничения: ликер, мед, тоффи, карамель, крем, помадную массу, пралине, фадж, гель, кондитерские эмульсии, желе, джем и тому подобные. Второй материал может быть газом, таким как воздух. Газ может содержать аромат и/или привкус. Второй материал может альтернативно или дополнительно включать материал, независимо выбранный из списка первых кондитерских материалов.
В соответствии со вторым объектом изобретения, обеспечен способ производства продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, осуществляемый с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, способ включает:
а. экструдирование первого материала через экструзионное отверстие для формирование экструдата и подачу второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды для формирования камеры, наполненной вторым материалом, в экструдате;
b. периодическое и моментальное увеличение объема пути подачи второго материала для временного уменьшения потока второго материала в экструдат из по меньшей мере одного выпуска для текучей среды для образования части экструдата, не имеющего камеры с начинкой из второго материала.
Способ в соответствии со вторым объектом изобретения может включать любое из свойств по выбору первого варианта выполнения способа в соответствии с первым объектом изобретения, как обозначено ранее, кроме включения, в частности, любой из конструкций для изменения объема путей подачи первого и/или второго материалов для изменения расходов соответствующих материалов через экструзионную головку и выпуски для текучей среды.
В соответствии с третьим объектом изобретения, обеспечен способ производства продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, осуществляемый с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и включает устройство подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, способ включает управление устройством подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды пульсирующим потоком для попеременного образования частей экструдата, включающих по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, и частей экструдата, в которых нет камер, наполненных вторым материалом.
Способ по третьему объекту изобретения может включать периодическое и моментальное уменьшение производительности устройства подачи второго материала для пульсации потока второго материала. Когда устройство подачи второго материала включает насос, способ может включать периодическое и моментальное замедление или остановку насоса для создания пульсирующего потока второго материала. Альтернативно, устройство подачи второго материала может включать возвратно-поступательный толкатель, выполненный для продвижения второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды пульсирующим потоком во время проведения экструзии. Способ может включать периодическое и моментальное увеличение или вброс потока первого материала через экструзионную головку. Способ может также включать периодическое и моментальное увеличение или вброс потока первого материала через экструзионную головку в по меньшей мере отрезок времени, когда поток второго материала в экструдат через по меньшей мере один выпуск для текучей среды уменьшен.
В соответствии с четвертым объектом изобретения, обеспечен способ производства продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, осуществляемый с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, при этом устройство включает конструкцию для селективной регулировки положения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды в экструзионной головке, и способ включает периодическое и моментальное перемещение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды во время экструзии для перемешивания первого и второго материалов в экструдате для создания участка экструдата, не имеющего камеры, наполненной вторым материалом. Головка может иметь наружную часть и внутреннюю часть, вращаемую вокруг продольной оси экструзионной головки относительно наружной части, при этом по меньшей мере один выпуск для текучей среды расположен во внутренней части экструзионной головки смещенно от продольной оси, в этом случае стадия периодического и моментального перемещения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды может включать периодическое и моментальное вращение внутренней части экструзионной головки.
В соответствии с пятым объектом изобретения, обеспечен способ производства продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, осуществляемый с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, устройство образует путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, способ включает периодическое деформирование первого материала в экструдате для образования в экструдате участка без камеры, наполненной вторым материалом. Способ может включать приложение давления к наружной поверхности экструдата для деформирования первого материала радиально внутрь. Способ может включать обжатие экструдата подверганием наружной поверхности экструдата под действием кольца текучей среды под давлением, такой как воздух. Альтернативно, способ может включать использование обжимающего узла для прикладывания давления на наружную поверхность экструдата. Экструдат может быть обжат внутри или проксимально экструзионной головки, или может быть обжат на расстоянии после экструзионной головки. Кольцо текучей среды под давлением может также использоваться для разделения экструдата на отдельные длины. Альтернативно, когда по меньшей мере один выпуск для текучей среды смещен от центральной продольной оси экструзионной головки, способ может включать деформирование первого материала радиально наружу от центральной области экструдата. В этой конструкции экструдер может включать механический толкатель, который может быть по выбору перемещен в и втянут из центральной области экструдата. Стадия смещения первого материала в центральной области экструдата радиально наружно может выполняться периодическим и моментальным выдвижением толкателя аксиально в центральную область экструдата. Способ может включать уменьшение или остановку потока второго материала, когда экструдат обжимается.
В соответствии с шестым объектом изобретения обеспечен способ производства продуктов, каждый продукт включает наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, осуществляемый с использованием устройства, включающего экструзионную головку с экструзиооным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, определяющего путь подачи первого материала, по которому первый материал протекает к головке, и путь подачи второго материала, по которому второй материал протекает к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, способ включает периодическое соединение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником первого материала и последующее повторное соединение по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником второго материала для образования части экструдата без камеры, наполненной вторым материалом.
Способ по любому из шести объектов изобретения может включать подачу второго материала через множество выпусков для текучей среды в экструзионной головке для образования соответствующего количества камер, наполненных вторым материалом в каждом из участков экструдата с начинкой.
Способ по любому из первого-шестого объектов изобретения может включать производство продолговатого экструдата, имеющего множество частей с начинкой, содержащего по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, разделенную промежуточными ненаполненными частями без камер, наполненных вторым материалом, причем способ включает разделение продолговатого экструдата на отрезки, причем каждое разделение выполняется через один из промежуточных участков. Стадия разделения экструдата на отрезки может включать разделение каждой соответствующей промежуточной части на две части, при этом каждая часть формирует концевой колпачок для покрывания конца смежной части с начинкой экструдата. Каждая соответствующая промежуточная часть может быть разделена по существу пополам. Первый материал может быть способным к затвердению материалом, и стадия разделения экструдата на отрезки может проводиться после того, как материал в промежуточных частях затвердел достаточно, чтобы указанные части могли герметично закрывать продольный конец соответствующей камеры после разрезания. Стадия периодического и моментального изменения экструзионного процесса может проводиться с по существу постоянными интервалами для образования экструдата, включающего множество промежуточных частей, по существу равноразнесенных по экструдату. Способ может быть выполнен для производства промежуточных частей, имеющих длину от 0,1 мм до 200 мм, в частности, от 2 мм до 20 мм, так что область концевого колпачка на каждом конце разделенных длин имеет толщину от 0,05 мм до 100 мм, в частности, от 1 мм до 10 мм. Способ может быть выполнен для производства продуктов, имеющих общую длину от 10 мм до 500 мм, в частности, от 20 мм до 250 мм, хотя также возможно производство более длинных продуктов.
Способ по любому из первого-шестого объектов изобретения может включать экструдирование экструдата на конвейерную ленту, движущуюся в направлении по существу выровненно продольной оси экструзионной головки. Способ может включать быстрое увеличение объема пути подачи первого материала во время выполнения участка экструдата без начинки для, по существу, остановки потока первого материала через экструзионную головку и отделения сформированного экструдата на ленте от первого материала в экструзионной головке.
В способе по любому от первого до шестого объектов изобретения устройство может включать один или более выпуск для второго материала, выполненный для образования соответствующего количества камер, наполненных вторым материалом в экструдате, размер выпусков соответственен для выполнения камер, имеющих диаметр/ширину не более 50 мм, 30 мм, 25 мм, 20 мм, 15 мм, 10 мм, 5 мм, 3 мм. Указанный или каждый выпуск для текучей среды может иметь размер для выполнения камеры в экструдате, имеющей диаметр/ширину от 3 мм до 30 мм или от 5 мм до 20 мм или от 7 мм до 15 мм.
В способе по любому от первого до шестого объектов изобретения устройство может включать множество выпусков для второго материала, выполненных для образования соответствующего количества камер, наполненных вторым материалом, в экструдате, выпуски имеют размер для выполнения камер, имеющих диаметр/ширину не более 3 мм, 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм, 100 микрон, 50 мкм или 10 мкм или менее.
Способ по любому от первого до шестого объектов изобретения может быть приспособлен для производства продолговатых продуктов. В этом случае указанная или каждая камера с начинкой может быть продолговатой, продолжающейся в продольном направлении продукта.
В способе по любому от первого до шестого объектов изобретения первый материал может быть способным к затвердению материалом, и способ может включать подачу первого материала к экструзионной головке под давлением в пластифицированном состоянии. Способ может включать темперирование первого материала для подачи к экструзионной головке под давлением в текучем и/или глиноподобном состоянии. Первый материал может быть пищевым материалом. Первый материал может быть способным к затвердению жиросодержащим кондитерским продуктом, таким как шоколад. Возможно более одного первого материала и/или первый материал может быть смесью более одного компонента.
Способ по любому от первого до шестого объекта изобретения может включать экструдирование первого материала в холодном экструзионном процессе.
Второй материал может быть текучим материалом. Второй материал может быть жидким материалом. Более одного второго материала может быть введено в экструдат. Различные вторые материалы могут быть введены в различные камеры через отдельные выпуски для текучей среды. Альтернативно, указанная или каждая камера может быть наполнена двумя или более вторыми материалами. По меньшей мере одна камера может быть наполнена первым из вторых материалов, способным к затвердению, для формирования пористой структуры и дополнительным текучим вторым материалом, который вводится в поры в первом из вторых продуктов. Второй материал может быть газом, таким как воздух. Газ может включать аромат и/или привкус.
В соответствии с седьмым объектом изобретения, обеспечено устройство для производства кондитерского продукта, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним внутренним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого кондитерского материла в текучем состоянии в экструзионное отверстие головки под давлением для производства экструдата.
Система подачи второго материала для подачи второго кондитерского материала в текучем состоянии под давлением в по меньшей мере один внутренний выпуск для текучей среды для введения в экструдат для формирования камеры, наполненной вторым материалом, в экструдате, устройство имеет систему контроля, выполненную для периодического и моментального изменения экструзионного процесса для образования в экструдате участка без камер с начинкой. Устройство по седьмому варианту выполнения изобретения может использоваться для производства кондитерского продукта, имеющего продольные области концевых колпачков, которые по существу подходят к внешнему виду сторон продукта и/или герметично закрывают концы внутренней камеры.
В первом варианте выполнения устройства по седьмому объекту изобретения или в устройстве по восьмому объекту изобретения, как обозначено далее, система подачи второго материала образует путь подачи второго материала, по которому второй материал может протекать к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, система управления включает механизм управления второго материала на пути подачи второго материала, механизм управления потока второго материала эффективен для изменения объема пути подачи второго материала для изменения расхода потока второго материала через по меньшей мере один используемый выпуск для текучей среды.
Механизм управления второго материала может быть эффективен в использовании для увеличения объема пути подачи второго материала, пока продолжается экструзия, для уменьшения потока второго материала через по меньшей мере один выпуск для текучей среды, пока продолжается экструзия первого материала, для образования участка экструдата без начинки. Механизм управления потока второго материала может быть выполнен для увеличения объема пути подачи второго материала для по существу остановки потока второго материала через по меньшей мере один используемый выпуск для текучей среды. Механизм управления потока второго материала может быть эффективным для увеличения объема пути подачи второго материала для втягивания или всасывания назад второго материала из по меньшей мере одного используемого выпуска для текучей среды.
Система подачи второго материала включает устройство подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала, и механизм управления потока второго материала может быть расположен на пути подачи второго материала между устройством подачи второго материала и экструзионной головкой.
Система управления может включать механизм управления потока первого материала для изменения расхода потока первого материала через экструзионную головку, пока происходит экструзия. Система подачи первого материала образует путь подачи первого материала, по которому первый материал может протекать к головке, и механизм управления потока первого материала может быть эффективен для изменения объема пути подачи первого материала для изменения расхода потока первого материала через используемое экструзионное отверстие. Система подачи первого материала включает устройство подачи первого материала для вызывания потока первого материала по пути подачи первого материала, и механизм управления потока первого материала может быть расположен на пути подачи первого материала между устройством подачи первого материала и экструзионной головкой.
Механизм управления потока второго материала может включать перемещаемый элемент, по меньшей мере частично принятый в путь подачи второго материала и перемещаемый между по меньшей мере первым положением и вторым положением для изменения объема пути подачи второго материала, причем конструкция такова, что перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению увеличивает объем пути подачи второго материала, и перемещение элемента в направлении от второго положения к первому положению сокращает объем пути подачи второго материала, механизм управления потока второго материала содержит привод для перемещения элемента между первым и вторым положением.
При наличии, механизм управления потока первого материала может включать перемещаемый элемент, по меньшей мере частично принятый в путь подачи первого материала и перемещаемый между по меньшей мере первым положением и вторым положением для изменения объема пути подачи первого материала, причем конструкция такова, что перемещение элемента в направлении от первого положения к второму положению сокращает объем пути подачи первого материала, и перемещение элемента в направлении от второго положения к первому положению увеличивает объем пути подачи первого материала, механизм управления потока первого материала содержит привод для перемещения элемента между первым и вторым положением.
В любом из механизмов управления потока первого и второго материалов гибкий элемент может быть в форме гибкого элемента, расположенного в соответствующем пути подачи и наклоненный к одному из первого и второго положений, расположение привода включает приводную систему на текучей среде для деформирования элемента к другому из первого и второго положений против усилия наклона. Гибкий элемент может быть выполнен из упруго деформируемого материала и выполнен так, что свойственная упругость материала наклоняет элемент в одно из первого и второго положения.
В одной конструкции соответствующий путь подачи включает канал, через который соответствующий материал может протекать, гибкий трубчатый элемент, расположенной вокруг приводного элемента, расположенного в канале, так что путь потока соответствующего материала расположен между наружной поверхностью трубчатого элемента и каналом, камера для текучей среды расположена между приводным элементом и трубчатым элементом, трубчатый элемент упруго смещен к приводному элементу, система управления включает приводную систему на текучей среде для селективного введения объема текучей среды в камеру для расширения трубчатого элемента радиально наружу против усилия наклона. Приводная система на текучей среде может быть эффективна для по меньшей мере частичного освобождения камеры от текучей среды, так что усилие наклона перемещает трубчатый элемент радиально внутрь к приводному элементу.
В альтернативной конструкции соответствующий путь подачи включает канал, через который соответствующий материал может протекать, гибкий трубчатый элемент, расположенный вокруг внутренней поверхности канала, так что путь потока для соответствующего материала образуется через трубчатый элемент, трубчатый элемент упруго смещен радиально наружу к внутренней поверхности канала, камера для текучей среды расположена между каналом и трубчатым элементом и система управления включает приводную систему на текучей среде для селективного введения объема текучей среды в камеру для деформирования трубчатого элемента радиально внутрь. Приводная система на текучей среде может быть эффективной для по выбору по меньшей мере частичного освобождения камеры от текучей среды, так что усилие наклона перемещает трубчатый элемент радиально наружу.
В еще одной дополнительной конструкции устройство включает внутренний канал, внутренняя часть которого образует часть пути подачи второго материала, и наружный канал, окружающий внутренний канал на расстоянии от него, проход второго потока, определенный между внутренним и наружным каналами, формирует часть пути подачи первого материала, система управления включает первый кольцевой, упруго гибкий элемент, расположенный около внутренней поверхности внутреннего канала, так что внутренняя часть элемента образует часть пути подачи второго материала, камера первой текучей среды эффективно соединена с первым элементом, и приводную систему на текучей среде которая соединена с камерой для селективного введения объема текучей среды в первую камеру для деформирования по меньшей мере части первого элемента радиально внутрь от исходного упруго смещенного состояния для уменьшения объема пути подачи второго материала, система управления также включает второй кольцевой, упруго гибкий элемент, расположенный около наружной поверхности внутреннего канала, так что часть пути подачи первого материала расположена между вторым элементом и наружным каналом, вторая камера для текучей среды эффективно соединена со вторым элементом, приводная система на текучей среде соединена со второй камерой текучей среды для селективного введения объема текучей среды во вторую камеру для деформирования по меньшей мере части второго элемента радиально наружу от исходного упруго смещенного состояния для уменьшения объема пути подачи второго материала.
Любой из механизмов управления потока первого и второго материалов может включать модуль управления потока для размещения в соответствующем пути подачи первого и второго материала. Когда устройство имеет механизм управления потока как для первого, так и для второго материала, механизм может быть расположен в областях путей подачи первого и второго материала, определенный посредством раздельных (например, неконцентрически расположенных) каналов до головки.
В любом из ранее изложенных конструкций, в которых перемещаемый элемент представляет собой гибкий элемент, гибкий элемент может быть эластичной мембраной, и текучая среда может быть несжимаемой жидкостью, такой как гидравлическая жидкость.
Система управления может быть выполнена для приведения в действие каждого их механизмов управления потока первого и второго материалов независимо друг от друга. Система управления может включать программируемый электронный орган управления, включающий процессор и память.
Перемещаемый элемент может формировать часть механизма управления объединенного потока как для первого, так и для второго материала, в этом случае элемент частично принимается в путь подачи второго материала и частично принимается в путь подачи первого материала, причем конструкция такова, что перемещение элемента в направлении от первого ко второму положению увеличивает объем пути подачи второго материала и сокращает объем пути подачи первого материала, и наоборот.
В одной такой конструкции, где перемещаемый элемент формирует часть механизма управления объединенного потока и первого и второго материалов, устройство включает внутренний канал, внутренняя часть которого формирует часть пути подачи второго материала, и наружный канал, окружающий внутренний канал на расстоянии от него, проход потока образуется между внутренним и наружным каналами, формируя часть пути подачи первого материала, внутренний канал включает первую часть канала и смежную вторую часть канала, коаксиальную, но отделенную от первой части канала, вторая часть канала имеет внутренний диаметр, больший, чем наружный диаметр первой части канала, перемещаемый элемент включает цилиндрический трубчатый челнок, расположенный между наружной поверхностью первой части канала и внутренней поверхностью второй части канала для перемещения в аксиальном направлении между первым и вторым положением.
В дополнительной возможной конструкции, где перемещаемый элемент образует часть механизма управления объединенного потока первого и второго материалов, устройство включает внутренний канал, внутренняя часть которого образует часть пути подачи второго материала, и наружный канал, окружающий внутренний канал на расстоянии от него, проход потока образован между внутренним и наружным каналами, образуя часть пути подачи первого материала, внутренний канал включает первую часть канала и смежную вторую часть канала, коаксиальную с, но отделенную от первой части канала, первая и вторая части канала имеют противоположные концы, разнесенные в аксиальном направлении от частей внутреннего канала, перемещаемый элемент включает трубчатый челнок, расположенный коаксиально между разнесенных концов первой и второй частей канала для перемещения в аксиальном направлении между первым и вторым положением, челнок соединен с первой частью канала первым гибким уплотнительным элементом и соединен со второй частью канала вторым гибким уплотнительным элементом, уплотнительные элементы аксиально расширяемые и сжимаемые для вмещения указанного аксиального перемещения челнока, и внутренняя часть уплотнительных элементов определяют часть пути подачи для второго материала, один из уплотнительных элементов имеют больший средний диаметр, чем другие уплотнительные элементы, так что перемещение челнока в направлении от первого положения к второму положению действует как увеличивающее длину указанного одного из уплотнительных элементов с большим средним диаметром и как сокращающее длину другого из уплотнительных элементов, вызывая общее увеличение общего объема внутренней части двух уплотнительных элементов.
В любой из предыдущих конструкций конструкция привода для перемещения по выбору челнока между первым и вторым положением может включать первый магнит, физически соединенный с челноком, расположенным внутри канала, второй магнит расположен снаружи канала и магнитно соединен с первым магнитом, так что перемещение второго магнита в аксиальном направлении канала вызывает соответствующее аксиальное перемещение первого магнита и челнока, и приводом для перемещения второго магнита.
Во втором варианте выполнения устройство по седьмому объекту изобретения система подачи второго материала образует путь подачи второго материала, по которому второй материал может протекать к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и включает устройство подачи второго материала для вызывания течения второго материала по пути подачи второго материала, и система управления может быть выполнена для управления устройством подачи второго материала для изменения расхода второго материала по пути подачи второго материала для поочередного формирования частей в экструдате с по меньшей мере одной камерой с начинкой и частей без наполненных камер. Система управления может быть выполнена для периодического и моментального уменьшения производительности устройства подачи второго материала для пульсации потока второго материала. Устройство подачи второго материала может быть насосом, и система управления может быть выполнена для периодической и моментальной остановки насоса для создания пульсирующего потока второго материала. В альтернативной конструкции, устройство подачи второго материала включает толкатель для продвижения второго материала по пути подачи второго материала пульсирующим потоком. Устройство может также включать устройство управления потоком первого материала для селективного увеличения или вброса потока первого материала через экструзионную головку моментально, пока происходит экструзия.
В соответствии с третьим вариантом выполнения седьмого объекта изобретения, по меньшей мере один выпуск для текучей среды образован в части экструзионной головки, перемещаемой относительно по меньшей мере одной другой части экструзионной головки, и устройство содержит привод, по выбору перемещающую по меньшей мере один выпуск для текучей среды, пока продолжается экструзия, система управления выполнена для периодического и моментального управления приводной конструкцией для перемещения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды, пока продукт экструдируется, для образования промежуточных частей в экструдате, в котором первый и второй материалы смешаны и нет камер с начинкой из второго материала внутри экструдата.
В соответствии с четвертым вариантом выполнения седьмого объекта изобретения, устройство включает механизм деформации первого материала в экструдате, система управления выполнена для управления механизмом периодически для образования в экструдате участка без камеры с начинкой из второго материала в используемом экструдате. Устройство может включать конструкцию для прикладывания давления на наружную поверхность экструдата для деформирования первого материала радиально внутрь экструдата. Устройство может включать кольцевое сопло для окружения экструдата и приводную систему на текучей среде под давлением для направления текучей среды под давлением через сопло для подвергания наружной поверхности экструдата под действие кольца текучей среды под давлением, такой как воздух. Кольцевое сопло может быть расположено в или проксимально экструзионной головке или может быть расположено в положении на расстоянии после экструзионной головки. Альтернативно, устройство может включать обжимающий узел и привод для селективного приведения обжимающего узла в контакт с экструдатом для обжатия экструдата. В дополнительной альтернативной конструкции устройство может включать механизм для смещения первого материала экструдата в центральную область экструдата радиально наружу. Механизм может включать толкатель, селективно перемещаемый в аксиальном направлении через центр головки между выдвинутым положением, в котором верхняя часть толкателя расположена для размещения в центральной области экструдата, и втянутым положением, система управления имеет приводную конструкцию для селективного перемещения толкателя между выдвинутым и втянутым положением.
В соответствии с пятым вариантом выполнения седьмого объекта изобретения, система управления эффективна, в то время как происходит экструзия, для соединения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником первого материала и последующего повторного соединения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником второго материала для выполнения части экструдата без камер, наполненных вторым материалом. Система управления может включать клапанную конструкцию для селективного соединения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником первого и второго материалов.
В соответствии с восьмым объектом изобретения, обеспечено устройство для производства продукта, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого материала в текучем состоянии к экструзионному отверстию в экструзионной головке под давлением для образования экструдата из первого материала, систему подачи второго материала, определяющую путь подачи второго материала, по которому может протекать второй материал к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, устройство имеет систему управления, включающую механизм управления потока второго материала на пути подачи второго материала, механизм управления потока второго материала эффективен для периодического и моментального увеличения объема пути подачи второго материала для периодического и моментального уменьшения потока второго материала через по меньшей мере один используемый выпуск для текучей среды.
Устройство по восьмому объекту изобретения может включать любые селективные свойства устройства по первому варианту выполнения седьмого объекта изобретения, обозначенные ранее, включая, в частности, любые конструкции для изменения объема путей подачи первого и/или второго материала для изменения расхода соответствующих материалов через экструзионную головку и выпуски для текучей среды.
В соответствии с девятым объектом изобретения, обеспечено устройство для производства продукта, включающего наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру с начинкой из второго материала, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним внутренним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого материала в текучем состоянии к экструзионному отверстию в экструзионной головке под давлением для образования экструдата из первого материала, систему подачи второго материала для подачи второго материала в текучем состоянии под давлением к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды для введения в экструдат для формирования камеры с начинкой из второго материала внутри экструдата, система подачи второго материала определят путь подачи второго материала, по которому второй материал может протекать к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, и включает устройство подачи второго материала для вызывания потока второго материала по пути подачи второго материала к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды, устройство подачи второго материала выполнено для пульсации потока второго материала по пути потока второго материала.
Устройство может иметь систему управления, выполненную для периодического и моментального уменьшения производительности устройства подачи второго материала для пульсации потока второго материала. Устройство подачи второго материала может быть насосом, и система управления может быть выполнена для периодического и моментального замедления или остановки насоса для создания пульсирующего потока второго материала. В альтернативной конструкции устройство подачи второго материала включает толкатель для продвижения второго материала по пути подачи второго материала пульсирующим потоком. Устройство может включать устройство управления потоком первого материала для селективного увеличения или вброса потока первого материала через экструзионную головку моментально.
В устройстве по любому от первого до девятого объектов изобретения по меньшей мере один выпуск для текучей среды может быть перемещаемым, и устройство может включать приводную конструкцию для перемещения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды между по меньшей мере первым и вторым положением.
В соответствии с десятым объектом изобретения, обеспечено устройство для производства продукта, включающего наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого материала в текучем состоянии к экструзионному отверстию в экструзионной головке под давлением для образования экструдата из первого материала, систему подачи второго материала для подачи второго материала в текучем состоянии под давлением к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды для введения в экструдат для образования камеры с начинкой из второго материала внутри экструдата, при этом по меньшей мере один выпуск для текучей среды расположен в перемещаемой части экструзионной головки, и устройство содержит привод, селективно перемещающий выпуски для текучей среды, пока происходит экструзия.
Устройство может включать систему управления, выполненную для периодического и моментального управления приводной конструкцией для перемещения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды, пока продукт экструдируется, для образования промежуточных частей в экструдате, в которых смешаны первый и второй материалы и нет камер с начинкой из второго материала внутри экструдата.
В устройстве по любому от седьмого до десятого объекта изобретения, в котором по меньшей мере один выпуск для текучей среды перемещаемый, головка может включать наружную часть головки и внутреннюю часть головки, расположенную для вращения в наружной части экструзионной головки вокруг центральной продольной оси экструзионной головки, внутренняя часть головки образует по меньшей мере один выпуск текучей среды, радиально смещенный относительно продольной оси, устройство имеет приводную конструкцию для вращения по выбору внутренней части экструзионной головки вокруг оси. Приводная конструкция может быть эффективной для вращения внутренней части экструзионной головки между двух отдельных вращательных ориентаций. Альтернативно приводная конструкция может быть эффективной для вращения внутренней части экструзионной головки непрерывно в течение определенного времени.
В соответствии с одиннадцатым объектом изобретения обеспечено устройство для производства продукта, включающего наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру, наполненную вторым материалом, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого материала в текучем состоянии к экструзионному отверстию головки под давлением для образования экструдата из первого материала, систему подачи второго материала для подачи второго материала в текучем состоянии под давлением к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды для введения в экструдат для образования камеры, наполненной вторым материалом, в экструдате, система управления и устройство работают под контролем системы управления для периодического деформирования первого материала в экструдате для образования в экструдате участка без камеры, наполненной вторым материалом, в экструдате. Устройство может включать конструкцию для прикладывания давления на наружную поверхность экструдата для деформирования первого материала радиально внутрь. Устройство может включать кольцевое сопло для окружения экструдата и приводную систему на текучей среде под давлением для подачи текучей среды под давлением через сопло для воздействия на наружную поверхность экструдата кольцом текучей среды под давлением, такой как воздух. Кольцевое сопло может быть расположено в или проксимально экструзионной головке или в положении на расстоянии после экструзионной головки. Альтернативно, устройство может включать обжимающий узел и привод для приведения по выбору обжимающего узла в контакт с экструдатом для обжатия экструдата. В дополнительной альтернативной конструкции устройство может включать механизм для смещения первого материала экструдата в центральную область экструдата радиально наружу. Механизм может включать толкатель, по выбору перемещаемый в аксиальном направлении через центр головки между выдвинутым положением, в котором верхняя часть толкателя расположена для размещения в центральной области экструдированного корпуса, и втянутым положением, система управления имеет конструкцию привода для перемещения по выбору толкателя между выдвинутым и втянутым положением.
В соответствии с двенадцатым объектом изобретения, обеспечено устройство для производства продукта, включающего наружную оболочку из первого материала, содержащую по меньшей мере одну камеру с начинкой из второго материала, устройство включает экструзионную головку с экструзионным отверстием и по меньшей мере одним внутренним выпуском для текучей среды, систему подачи первого материала для подачи первого материала в текучем состоянии к экструзионному отверстию головки под давлением для образования экструдата из первого материала, систему подачи второго материала для подачи второго материала в текучем состоянии под давлением к по меньшей мере одному выпуску для текучей среды для введения в экструдат для образования камеры с начинкой из второго материала внутри экструдата, устройство включает систему управления, эффективную, пока происходит экструзия, для соединения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником первого материала и последовательного повторого соединения по меньшей мере одного выпуска для текучей среды с источником второго материала для образования участка экструдата без камеры с начинкой из второго материала.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения головка может включать главный участок корпуса, определяющий одно или более отверстий, через которые вытекает первый материал из пути подачи первого материала, кожух, выступающий аксиально в направлении за наружный (дальний) конец главного участка корпуса, кожух образует центральное экструзионное отверстие, в которое первый материал подается для формирования экструдата. Кожух может быть съемно расположен на главном участке корпуса. Головка может иметь конструкцию сопла, расположенную по центру главного участка корпуса, конструкция сопла образует одно или более отверстий, находящихся в текучем контакте с путем потока второго материала, одно или несколько отверстий включают по меньшей мере один внутренний выпуск для текучей среды. Максимальное боковое измерение (то есть, ширина или диаметр) по меньшей мере одного отверстия в конструкции сопла может быть меньше, чем максимальное боковое измерение (то есть, ширина или диаметр) пути подачи второго материала, непосредственно до конструкции сопла. Кожух может продолжаться в аксиальном направлении головки за наружный дальний конец конструкции сопла. Конструкция сопла может быть отсоединяемо расположена на главном участке корпуса головки. Главный участок корпуса головки может включать пластину с отверстиями, пластина с отверстиями образует центральное отверстие в текучей коммуникации с путем подачи второго материала и по меньшей мере одним дополнительным отверстием, расположенным на расстоянии радиально наружу от центрального отверстия, по меньшей мере одно дополнительное отверстие находится в текучей коммуникации с путем подачи первого материала. Конструкция сопла может быть расположена на плите отверстия, по меньшей мере одно отверстие сопла находится в текучей коммуникации с путем подачи второго материала. Конструкция сопла может включать или иметь расположенный на ней по существу конический участок корпуса, вершина которого по существу выровнена с продольной осью головки с дальнего конца корпуса. По меньшей мере один выпуск текучей среды может быть расположен смежно основанию конического участка корпуса и может быть выровнен для подачи второго материала по существу радиально наружу около наружной поверхности конического участка корпуса.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может включать множество внутренних выпусков для текучей среды, выполненных для образования соответствующего числа камер с начинкой из второго материала, когда второй материал вводится в экструдат через используемые выпуски. Указанный или каждый выпуск для текучей среды образован посредством части, образующей инжектор, узла экструзионной головки.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может включать перемещающуюся ленту конвейера, расположенную смежно выпуску головки, на которую экструдируют экструдат, лента перемещается в направлении, по существу параллельном продольной оси экструзионной головки.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может включать механизм разделения экструдата на отрезки, разделяющий механизм приспособлен для выполнения каждого разделения экструдата по соответствующей одной из ненаполненных промежуточных частей. Механизм для разделения экструдата на отрезки может включать резец для разрезания экструдата. Резец может быть синхронизирован с действием системы управления, так что перемещение резца синхронизировано для разделения экструдата в промежуточной части. Механизм для разделения экструдата на отрезки может включать сенсорную конструкцию для различения промежуточных частей в экструдате. Устройство может включать конструкцию для нанесения наружного знака на экструдат на или смежно головке для обозначения расположения промежуточной части, и сенсорная конструкция может включать датчик для распознавания наружного знака.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может быть выполнено для экструдирования первого материала, способного к затвердению. Система подачи первого материала может включать конструкцию для подачи первого материала к экструзионной головке под давлением в пластифицированном состоянии. Система подачи первого материала может включать устройство для темперирования первого материала для размещения его в глиноподобной консистенции и для подачи темперированного материала к экструзионной головке. Устройство может быть выполнено для экструдирования первого материала, который является пищевым материалом. Устройство может быть выполнено для экструдирования первого пищевого материала, способного к затвердению, в частности, способного к затвердению кондитерского материала. Устройство может быть выполнено для экструдирования первого пищевого материала, который является способным к затвердению жиросодержащим кондитерским материалом, такого как шоколад. Система подачи материала может быть выполнена для подачи более, чем одного первого материала к экструзионной головке.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может быть выполнено для экструдирования второго материала, который является текучим материалом. Устройство может быть выполнено для экструдирования второго материала, который является текучим материалом. Устройство может быть выполнено для экструдирования второго материала, который является пищевым материалом. Устройство может быть выполнено для экструдирования второго материала, который является текучим или жидким материалом. Устройство может быть выполнено для экструдирования второго материала, который является газом: который может иметь аромат и/или привкус.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения система подачи второго материала может быть выполнена для введения более чем одного второго материала в экструдат. Система подачи второго материала может включать множество внутренних выпусков для текучей среды для вторых материалов, по меньшей мере два из выпусков текучим образом соединяемы с подачами разных вторых материалов. Система подачи второго материала может включать конструкцию для соединения по выбору по меньшей мере одного из выпусков для текучей среды с источниками любого из двух или более различных вторых материалов.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может быть выполнено для образования экструдата, имеющего промежуточные части с длиной от 0,1 мм до 200 мм, в частности от 2 мм до 20 мм, так что область концевого колпачка на каждом конце разделенных длин имеет толщину от 0,05 мм до 100 мм, в частности от 1 мм до 10 мм. Устройство может быть выполнено для выполнения продуктов, имеющих общую длину от 10 мм до 500 мм, в частности, от 20 мм до 250 мм, хотя также возможно выполнение более длинных продуктов.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может включать один или более выпуск для второго материала, выполненный для образования соответствующего числа камер с начинкой из второго материала внутри экструдата, выпуски имеют размер для образования камер, имеющих диаметр/ширину не более 50 мм, 30 мм, 25 мм, 20 мм, 15 мм, 10 мм, 5 мм, 3 мм.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения указанный или каждый выпуск для текучей среды может иметь размер для образования камеры в экструдате, имеющей диаметр/ширину от 3 мм до 30 мм, от 5 мм до 20 мм, от 7 мм до 15 мм. В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может включать множество выпусков для подачи второго материала в экструдат, выпуски имеют размер для выполнения камер в экструдате, имеющих диаметр/ширину не более 3 мм, 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм, 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм или менее.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения устройство может быть выполнено для образования продолговатых продуктов. Устройство может быть выполнено для производства продолговатых пищевых продуктов, включая продолговатые кондитерские продукты, такие как плитки шоколада с жидкой начинкой.
Устройство может быть выполнено для экструдирования первого материала в процессе холодного экструдирования.
В устройстве по любому от седьмого до двенадцатого объекта изобретения экструзия проводится по существу горизонтально.
Способ и устройство по различным объектам изобретения могут быть приспособлены для экструдирования ряда материалов, включая непищевые материалы, такие как пластик, резина, эластомеры и полимеры и тому подобные. Способы и устройство по различным объектам изобретения, хотя они в частности подходят для экструдирования пищевых материалов, включают:
а) кондитерские материалы, такие как: шоколад, фадж, тоффи, жевательная резинка, пралине, нуга, жевательные конфеты, леденцы, помадная масса, карамель;
b) кондитерские начинки, такие как: шоколад, пралине, карамель, тоффи, жевательная резинка, джем, желе, сиропы, крем, мед, ликеры, помадная масса, фадж, гель, эмульсии, йогурт;
c) пищевые продукты - сыр (особенно, обработанный сыр), тесто (печенье, бисквит, хлебное тесто и т.д.), крупы и злаки (рис, пшеница, кукуруза, овес, ячмень, измельченные или целые), мясо, рыба, пищевые пасты;
d. на основе жевательной резинки.
Способ и устройство по различным объектам изобретения особенно подходят для экструдирования пищевых материалов, включающих: кондитерские материалы, сыр (особенно обработанный сыр), тесто и крупы/злаки, но особенно кондитерских материалов, в частности, шоколада.
Для большей ясности, термин «экструзия» используется здесь для ссылки по существу на процесс, с помощью которого материал проталкивается или подается в текучем, пластичном или глинообразном состоянии через экструзионную головку, имеющую экструзионное отверстие, с целью производства экструдата, имеющего профиль сечения, определяемый по меньшей мере частично профилем сечения экструзионного отверстия. Термин «экструзия» не ограничен процессами или устройством, в котором материал доставляется к головке посредством шнекового экструдера, хотя это необязательно. Предпочтительнее ссылки на «экструзию» следует понимать как включающие любые подходящие средства для подачи материала к головке, что может включать единичный или двойной шнековый экструдер, насос или любые другие подходящие средства для течения материала через экструзионную головку, пока не ограничено ясным образом.
Подробное описание изобретения
Несколько вариантов выполнения изобретения теперь будет раскрыто исключительно путем примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный вид в сечении экструзионной головки и части экструдата, выполненного с использованием головки;
Фиг.2А - вид в сечении части экструдата, выполненного с использованием способов и устройства по настоящему изобретению;
Фиг.2В - вид в сечении продукта, выполненного разрезанием экструдата по Фиг.2А;
Фиг.3А-3С - ряд схематичных видов в сечении экструзионной головки, формирующей часть устройства по изобретению, и части экструдата, выполненного с использованием головки, демонстрирующий первую технологию по изобретению;
Фиг.4A-4D - ряд схематичных видов в сечении экструзионной головки, формирующей часть устройства по изобретению, и части экструдата, выполненного с использованием головки, демонстрирующий вторую технологию экструдирования по изобретению, при использовании в комбинации с первой технологией;
Фиг.5А-5Е - ряд схематичных видов в сечении экструзионной головки, формирующей часть устройства по изобретению, и части экструдата, выполненного с использованием головки, демонстрирующий альтернативную конструкцию для проведения комбинации первой и второй технологий по изобретению;
Фиг.6А-6В - схематичные виды в сечении части устройства по изобретению и части экструдата, выполненного с использованием устройства, демонстрирующие третью технологию по изобретению;
Фиг.7А-7С - ряд схематичных видов в сечении части устройства по изобретению и части экструдата, выполненного с использованием устройства, демонстрирующий четвертую технологию по изобретению;
Фиг.8 - схематичный вид в перспективе воздушного обжимающего кольца в положении около части экструдата, кольцо образует часть устройства по варианту выполнения изобретения для выполнения вариации четвертой технологии;
Фиг.9 - схематичный вид в перспективе внутренней части экструзионной головки, формирующей часть устройства по варианту выполнения изобретения, и части экструдата, демонстрирующий пятую технологию по изобретению;
Фиг.10А - вид, подобный виду на Фиг.9, но демонстрирующий альтернативный вариант выполнения устройства по изобретению, на котором выпуски для текучей среды для второго материала перемещаем между двух отдельных положений;
Фиг.10В - схематичный вид сбоку в сечении экструдата, выполненного с использованием устройства, показанного на Фиг.10А;
Фиг.11А-11D - ряд схематичных видов в сечении экструдата материала, демонстрирующий использование обжимающего узла для проведения шестой технологии по изобретению;
Фиг.12 - схематичный вид в сечении варианта выполнения устройства по изобретению, для выполнения первой технологии по изобретению;
Фиг.13А - схематичный вид в сечении части устройства по изобретению, демонстрирующий альтернативную конструкцию для выполнения первой технологии;
Фиг.13В - вид с торца экструзионной головки, образующей часть устройства по Фиг.13А;
Фиг.14 - схематичный вид в сечении дополнительного варианта выполнения устройства по изобретению, демонстрирующий еще дополнительную конструкцию для выполнения первой технологии по изобретению;
Фиг.15А и 15В - схематичные виды в сечении экструзионной головки, формирующую часть устройства по еще одному дополнительному варианту выполнения изобретения, демонстрирующие использование перемещающегося челнока для выполнения комбинации первой и второй технологий по изобретению;
Фиг.16А и 16В - схематичные виды в сечении экструзионной головки, формирующую часть устройства по еще одному дополнительному варианту выполнения изобретения, для выполнения второй технологии по изобретению;
Фиг.17А и 17В - схематичные виды в сечении экструзионной головки, формирующую часть устройства по другому варианту выполнения изобретения, для выполнения второй технологии по изобретению;
Фиг.18 - вид в перспективе в сечении верхней области головки устройства по варианту выполнения изобретения, устройство вмещает перемещающийся челнок, сходный с показанным на Фиг.15А и 15В;
Фиг.19 - вид в сечении части устройства по дополнительному варианту выполнения изобретения, устройство вмещает перемещающийся челнок, сходный с показанным на Фиг.18, но демонстрирующий альтернативную приводную конструкцию для перемещения челнока;
Фиг.20 - вид, сходный с видом по Фиг.19, но демонстрирующий дополнительный вариант выполнения устройства, имеющего еще одну дополнительную приводную конструкцию для перемещения челнока;
Фиг.21 - вид в сечении части устройства согласно дополнительному варианту выполнения изобретения, устройство вмещает альтернативную перемещающуюся конструкцию челнока;
Фиг.22 - вид в сечении части устройства по дополнительному варианту выполнения изобретения, устройство вмещает альтернативную конструкцию для выполнения комбинации первой и второй технологий по изобретению;
Фиг.23 - вид в сечении в перспективе еще одного дополнительного варианта выполнения устройства по изобретению, устройство имеет подающую конструкцию для вращения внутренней части экструзионной головки для использования в применении пятой технологии по изобретению;
Фиг.24 - вид, сходный с видом по Фиг.23, но демонстрирующий дополнительную подающую конструкцию для вращения внутренней части экструзионной головки для использования в применения пятой технологии по изобретению;
Фиг.25 - схематический вид еще одного дополнительного варианта выполнения устройства по изобретению, устройство вмещает дополнительную альтернативную конструкцию для выполнения комбинации первой и второй технологий и вмещает гидравлическую приводную систему;
Фиг.26 - график, показывающий перемещение относительно времени двух гидравлических цилиндров, формирующих часть гидравлической приводной системы по Фиг.25 для обычной экструзионной последовательности по изобретению;
Фиг.27 - продольный вид в сечении части устройства по еще одному дополнительному варианту выполнения, устройство вмещает альтернативную конструкцию для выполнения комбинации первой и второй экструзионных технологий по изобретению;
Фиг.28 - вид в сечении механизма управления потока, формирующего часть устройства по Фиг.27;
Фиг.29 - вид в перспективе внутреннего приводного элемента, формирующего часть механизма управления потока по Фиг.28;
Фиг.30 - схематичный вид в сечении верхней части экструзионной головки для использования устройства по изобретению; и
Фиг.31 и 32 - схематичные виды в сечении дополнительной верхней части экструзионной головки, имеющей альтернативное сопло, и демонстрирующие течение материалов вокруг сопла во время наполняющей и ненаполняющей фаз экструзионного процесса соответственно.
Далее последует описание ряда способов и устройств, которые могут быть использованы для производства продукта, включающего наружную оболочку, выполненную из первого материала, содержащего начинку из второго материала. Отдельные описываемые варианты выполнения, в частности, подходят для производства кондитерского продукта, такого как плитка шоколада, имеющая начинку, включающую второй кондитерский материал в текучей, в частности жидкой, форме. Однако описываемые способы и устройства могут быть приспособлены к производству широкого ряда кондитерских, пищевых и других продуктов, включая материалы, такие как пластик, полимеры, резина (натуральная и синтетическая) и тому подобные. Для легкости ссылки в последующем описании первый материал может быть обозначен как «шоколад», а второй материал как «жидкий материал для начинки», но следует понимать, что использование этих терминов в отдельном описании не ограничивает изобретение.
В последующем описании и формуле устройство будет обозначено как, по существу, «экструзионное устройство», а способ как «экструзия» или «коэкструзия» или тому подобное. Как указано ранее, термин «экструзия» и подобные термины, такие как «коэкструзия» используются здесь для обозначения по существу процесса, с помощью которого материал проталкивается или приводится в текучее, пластичное или глиноподобное состояние через экструзионную головку, имеющую экструзионное отверстие, с целью производства экструдата, имеющего профиль сечения, определяемый, по меньшей мере, частично, профилем сечения экструзионного отверстия. Следует понимать, следовательно, что эти термины не ограничивают устройство или способы, с помощью которых материал доставляется к головке посредством шнекового экструдера, хотя это возможно, если указано точно. Предпочтительнее, ссылки на «экструзию» и тому подобное следует понимать как подразумевающие устройство и способы, использующие любые подходящие средства для подачи материала к головке, что может включать единичный или двойной шнековый экструдер, насос или любое другое подходящее средство для вызывания течения материала через экструзионную головку, если точно не указано иначе.
На Фиг.1 показана схематично экструзионная головка 10, образующая часть устройства (обозначенного по существу позицией 11) для экструдирования первого материала 12, который в этом случае представляет собой шоколад 12, и второго материала 14, который в этом случае представляет собой жидкий кондитерский материал 14 начинки. Устройство выполнено для производства экструдата 16 из шоколада 12, в котором выполняется ряд непрерывных продольных камер 18, содержащих жидкий материал 14 начинки. В плоскости части, показанной на Фиг.1, находится две камеры 18, но возможны дополнительные камеры 18 в других плоскостях. Однако желательно, что число и расположение наполненных камер 18 может быть изменено по желанию и может включать одиночную центральную камеру и/или одну или более камеру, расположенную смещенно от центра, как показано.
Головка 10 включает наружную часть головки 19, имеющую экструзионное отверстие 20, через которое протекает шоколад 12. Форма экструзионного отверстия образует по меньшей мере частично наружный боковой профиль в сечении экструдата 16. В настоящем варианте выполнения экструзионное отверстие 20 по существу имеет форму звезды, но желательно, чтобы другие формы, например, круглая, квадратная, треугольная, прямоугольная или несимметричная, могли быть использованы в зависимости от желаемого профиля продукта. Экструдат 16 будет обычно экструдирован на перемещающуюся ленту конвейера (обозначена схематично позицией 17 на Фиг.6А), где шоколад 12 быстро застывает для удержания профиля, который ему придали, пока шоколад проходил через экструзионное отверстие 20. Лента конвейера обычно выровнен по существу горизонтально перед экструзионной головкой и перемещается в направлении по существу параллельно продольной оси А головки и экструдата.
В отверстии 20 расположен ряд инъекционных сопел 22, каждое из которых образует выпуск для текучей среды для введения жидкого материала 14 начинки в путь потока шоколада 12. Инжекторы 22 образуют часть внутренней части 24 головки 10 и могут выступать за поверхность 26 дальнего конца головки 10, как показано на Фиг.1. Альтернативно, инжекторы 22 могут заканчиваться на уровне с или до поверхности 26 конца головки 10.
Каждый инжектор 22 имеет аксиально продолжающееся отверстие 28, находящееся в текучей связи с подачей жидкого материала 14 начинки. Два инжектора 22 показаны на Фиг.1, соответствующих двум продолговатым камерам 18 в плоскости показанной части. Однако желательно, чтобы могли быть дополнительные инжекторы 22, расположенные в различных плоскостях, и чтобы число и положение инжекторов могло быть изменено в зависимости от числа и положения выполняемых наполненных камер 18. Наружный профиль инжекторов 22 образует форму сечения наполненных камер 18 и может быть выбран по желанию. Например, инжекторы 22 могут быть круглыми, квадратными, треугольными, иметь форму звезды или любую другую подходящую форму. Внутренняя часть 24 головки имеет отверстия 25, что позволяет первому кондитерскому материалу 12 протекать между инжекторов 22, так что каждая из камер в экструдате 16 окружена непрерывными, то есть, неперфорированными, наружными периферическими стенками шоколада 12.
Устройство 11, как до настоящего времени описано, может быть выполнен свободно в соответствии с обучением в патенте США № 4834635, полное содержание которого включено здесь по ссылке. В устройстве, раскрытом в патенте США № 4834635, инжекторы соединены с подачей воздуха под давлением, и конструкция используется для экструдирования кондитерского продукта, имеющего множество полых продольных проходов. Однако соединением инжекторной конструкции а патенте США № 4834635 с подачей жидкого материала начинки вместо воздуха конструкция может быть приспособлена с целью производства продукта, имеющего множество камер, наполненных жидким материалом 14.
В традиционном экструзионном процессе расход материала, доставляемого и проходящего через экструзионную головку, поддерживается по существу в постоянной номинальной величине для наполнения экструзионного отверстия и производства экструдата с по существу постоянным профилем в сечении, как определено экструзионным отверстием, что обычно является задачей процесса. Однако, как описано более подробно далее, заявители обнаружили, что профиль в сечении экструдата может быть изменен по длине изменением объемного расхода материала через экструзионное отверстие во время экструзионного процесса. Например, если расход уменьшен от номинальной величины, материал не полностью заполнит экструзионное отверстие, и область уменьшенной площади поперечного сечения может быть выполнена в экструдате. Альтернативно, расход может быть увеличен от номинальной величины для образования выступа в экструдате. Пока такие изменения в профиле сечения экструдата нежелательны в применении, при производстве пищевых продуктов и, в частности, кондитерских продуктов, эти и другие экструзионные эффекты могут использоваться для производства продуктов, имеющих форму и структуру, непривычную и потенциально привлекательную для потребителей.
Как описано, устройство 11 подходит для производства продукта, в котором материал 14 начинки способен к затвердению, так что он не вытекает, когда экструдат разрезается на отдельные длины, как описано в ЕР 1 166 640 А1. Однако, если камеры 18 наполнены текучим материалом начинки, материал начинки будет склонен к вытеканию из концов каждой длины, когда экструдат 16 разрезан. Кроме того, если способный к затвердению материал используется как начинка, то материал начинки будет открыт с надрезанных концов, что может быть нежелательным.
В соответствии с изобретением заявители установили, что устройство 11 может быть модифицирован и/или рабочие параметры способа производства могут быть изменены, так что экструдат 16 производится с продольно разнесенными, промежуточными участками через экструдат, в которых нет наполненных камер 18 и которые содержат, по существу, только первый материал 12 или смесь первого материала 12 и второго материала 14, как показано на Фиг.2А. Эти промежуточные части 30 выполнены периодически по длине экструдата 16 с наполненными частями 31 экструдата 16, содержащими одну или более наполненных камер между промежуточными участками 30. Промежуточные части 30 равномерно разнесены по экструдату, так что поле того, как экструдат достаточно затвердел, экструдат 16 может быть разрезан или иначе разделен посередине промежуточных частей 30, как показано линиями Х-Х для выполнения отдельных длин или продуктов 32, как показано на Фиг.2В. После разрезания каждый из продуктов 32 накрывается с любого продольного конца соответствующей частью 30А, 30В смежных промежуточных частей.
Когда материал 14 начинки находится в текучем состоянии, обычно будет необходимо производить концевые колпачки 30А, 30В, твердые для герметичного закрывания продольных концов камер 18 для предотвращения вытекания. Если первый материал 12 является способным к затвердению материалом, который проходит через экструзионную головку в текучем состоянии, таким как шоколад или тому подобные, материал будет склонен к сливанию, так что твердая промежуточная часть 30 выполняется, когда первый материал застывает. В некоторых случаях только области промежуточных частей 30, непосредственно смежные с наполненными частями, должны быть твердыми. Другими словами, концевые колпачки могут включать небольшие полости или окклюзии, что обеспечивает полную общую целостность концевых колпачков и невозможность вытекания материала начинки из концов камер 18.
Концевые колпачки 30А, 30В покрывают концы продукта так, что по существу подогнаны к сторонам продукта, так что продукт имеет по существу однородный внешний вид. Это эстетически привлекает потребителя и, таким образом, предпочтительно, даже если способный к затвердению материал используется в качестве начинки 14.
Настоящее изобретение также может иметь применение в производстве продуктов, в которых камеры наполнены газом, таким как воздух. В случае пищевых и кондитерских продуктов в частности, газ может иметь аромат или привкус. Если начинкой является газ, отличный от воздуха, и/или имеет аромат или привкус, области концевых колпачков выполняются для герметичного закрывания камер для предотвращения выхода газа. Когда камеры наполняются воздухом, может быть достаточно того, что области концевых колпачков покрывают концы продукта, так что по существу подогнаны к внешнему виду сторон продукта.
Толщина концевых колпачков 30А, 30В может быть выбрана по желанию, но в стандартной шоколадной плитке может составлять от 0,05 мм до 100 мм, в частности, от 1 мм до 10 мм. Общая длина отдельных продуктов, выполненных с использованием изобретенных способов и устройств, может также выбираться, если требуется, но в стандартной шоколадной плитке может составлять от 10 мм до 500 мм, в частности, от 20 мм до 250 мм.
В большем числе применений ожидается, что экструдат будет разрезан или иначе разделен на каждую промежуточную часть 30, так что каждый кондитерский продукт 32 имеет одну или более наполненную камеру, которая продолжается по существу по всей длине продукта, кроме областей концевых колпачков. Однако также возможно производить продукты, имеющие одну или более промежуточные части, разнесенные по их длине разделением экструдата по каждой следующей или каждой третьей промежуточной области 30, например.
Заявители установили ряд различных основных технологий, которые можно использовать для формирования промежуточных частей 30, некоторые из которых можно комбинировать. Каждую технологию и комбинацию технологий можно осуществить в ряду различных способов, как описано далее более подробно.
Первая технология, которая может быть обозначена как «пульсирующий поток начинки», показана схематично на Фиг.3А-3С. Технология пульсирующего потока начинки включает периодическую и моментальную остановку или по меньшей мере значительное уменьшение потока начинки 14 через инжекторы 22 в экструдат 16. На Фиг.3А показана экструзионная линия только после остановки потока жидкого материала 14 начинки. Без потока жидкого материала 14 начинки через инжекторы 22 камеры 18 разрушаются и шоколад образует твердую промежуточную часть 30, как показано стрелками. После установленного периода времени поток жидкого материала начинки продолжается, так что камеры 18 возобновляются в экструдате, как показано на Фиг.3С. Часть 30 экструдата 16, выполненная в отрезок времени, когда потока жидкого материала начинки остановлен или уменьшен, не имеет камер 18 и содержит в основном или только шоколад. Длина части 30 определена длиной времени, в которое поток жидкого материала начинки остановлен, и скоростью экструдирования шоколада. Предпочтительнее, чем просто остановка потока жидкого материала 14 начинки, отрицательное давление вакуума может быть приложено к пути подачи жидкого материала начинки для обеспечения быстрого отрезания жидкого материала начинки. Это может быть обозначено как всасывание назад или втягивание назад. Это сокращает вытекание жидкого материала начинки, когда поток остановлен, так что часть 30 содержит меньше или не содержит жидкого материала 14 начинки, и, таким образом, является более эффективным способом герметичного закрывания концов камер 18, когда материал застывает.
Когда поток жидкого материала 14 начинки остановлен или уменьшен, общий объем экструдированного материала сокращается. Поскольку шоколад 12 склонен к разрушению, закрывая внутрь камеры 18, происходит определенное количество наружной деформации экструдата 16, как показано на Фиг.3В. В зависимости от вида продукта и длины частей 30 деформация возможна в конечном продукте.
Вторая технология, которую можно использовать для формирования промежуточных частей 30, не имеющих промежуточных частей 18 в экструдате 16 для периодического и моментального увеличения количества шоколада 12, формирующего экструдат в верхней части 10 головки. Поскольку шоколад имеет большую вязкость, чем жидкий материал начинки, образование вброса шоколада при сохранении постоянного потока жидкого материала начинки вызовет смещение жидкого материала предпочтительно к шоколаду, вызывая экструдирование части 30 в экструдате без камер, наполненных жидкостью.
В то время как вторая технология может использоваться независимо от технологии пульсирующего потока, комбинация первой и второй технологий является предпочтительной, поскольку поток шоколада может быть увеличен для компенсации за уменьшение потока жидкого материала начинки для поддержания общего объема экструдируемого через экструзионную головку материала, как полностью, по существу, постоянного. Это сокращает или устраняет проблему наружной деформации экструдата.
Комбинация первой и второй технологий показана схематически на Фиг.4A-4D. Как показано на Фиг.4А, когда необходимо производство промежуточной части 30, поток жидкого материала 14 начинки остановлен или уменьшен, и в то же время поток шоколада 12 увеличен или вброшен для компенсации. Шоколад разрушается, закрывая внутри камеры 18 для выполнения промежуточной части 30, включающей только или, по меньшей мере, в основном шоколад. В этом случае, однако, увеличение расхода шоколада 13 поддерживает общий объем материала, экструдированного по существу постоянно, и не происходит или только уменьшена наружная деформация экструдата 16, который, следовательно, имеет по существу постоянное сечение по всей длине. После установленного части периода времени, в зависимости от желаемой длины промежуточной части 30, поток жидкого материала 14 начинки возобновляется, и поток шоколада 12 уменьшен до нормального или базового уровня, так что камеры 18, наполненные жидкостью, восстанавливаются в экструдате 16. Это показано на Фиг.4С.
В ранее описанной конструкции шоколад 12 продолжает протекать по его нормальному пути потока, но объемный поток временно увеличивается. В альтернативном варианте выполнения, показанном схематично на Фиг.5А-5Е, инжекторы 22 могут быть альтернативно соединены с подачей жидкого материала 14 начинки и подачей шоколада 12 для достижения сходного конечного результата. Таким образом, как показано на Фиг.5А, когда инжекторы 22 соединены с подачей жидкого материала 14 начинки, камеры 18, наполненные жидкостью, выполняются в экструдате 16. Периодически, как показано на Фиг.5В и 5С, инжекторы 22 переключаются для соединения с подачей шоколада 12 для образования промежуточных частей 30, не имеющих камер и содержащих исключительно или в основном шоколад. Поскольку дополнительный шоколад 12 подается через инжекторы, происходит небольшая потеря в общем объеме экструдированного материала, и существенной наружной деформации экструдата не происходит. Когда промежуточная часть 30 подходящей длины произведена, инжекторы 22 снова соединяются с подачей жидкого материала 14 начинки для восстановления камер 18, наполненных жидкостью, как показано на Фиг.5D и 5E.
Третья технология, которая может использоваться для выполнения промежуточных частей 30 в экструдате 16, включает смещение шоколадного экструдата радиально наружу от центральной части экструдата поблизости или непосредственно после экструзионной головки 10. Жидкий кондитерский материал, менее вязкий, чем шоколад, перемещается предпочтительно в шоколад, вызывая разрушение камер, наполненных жидкостью. Третья технология показана на Фиг.6А и 6В, на которых схематично показана конструкция, в которой устройство снабжено механическим толкателем 34, который может быть по выбору выдвинут приводной конструкцией в аксиальном направлении экструдера 11 через центральную область 38 головки 10 в центр эструдата 16. Верхняя часть толкателя 36 имеет форму конического клина, который толкает экструдат шоколада 12 радиально наружу, когда толкатель выдвинут в экструдат. Обычно толкатель 34 выдвигается относительно быстро, когда промежуточная часть должна быть выполнена, и затем втягивается более медленно. Любая подходящая приводная конструкция может использоваться для выдвижения и втягивания толкателя. Третья технология особенно предпочтительна, когда экструдат имеет одну или более камер 18, разнесенных вокруг центра шоколада 12. Третья технология может быть объединена с первой технологией пульсирующего потока начинки, так что поток начинки через выпускные инжекторы 22 временно сокращается или останавливается, когда толкатель 34 выдвинут. При использовании таким образом смещение шоколадного экструдата 12 радиально наружу от центра экструдата 16 предотвращает или сокращает наружную деформацию к экструдату 16, даже хотя общий объем экструдируемого материала уменьшен, пока каждая промежуточная часть 30 экструдируется.
Вместо использования механического толкателя 34, воздух под давлением или другая подходящая текучая среда под давлением может быть использована для смещения шоколадного экструдата радиально наружу от центра экструдата. В этой не показанной конструкции устройство снабжено центральной линией подачи с выпуском в центре головки 10, по выбору соединяемой с источником текучей среды под давлением, такой как воздух под давлением. Когда формируется промежуточная часть, текучая среда под давлением подается через дополнительную линию для формирования камеры с начинкой в центре экструдата, проталкивая шоколад радиально наружу для разрушения камер с жидкой начинкой. Подача текучей среды таким образом - простой способ поддержания экструдируемого объема для предотвращения наружной деформации экструдата, поскольку текучая среда не является вязкой и не блокирует. Подача текучей среды под давлением останавливается, когда производится промежуточная часть 30 желаемой длины. С другой стороны, эта технология может быть предпочтительно объединена с технологией пульсирующего потока начинки, в этом случае поток жидкого материала 14 начинки остановлен или уменьшен, когда текучая среда под давлением подается через центральную линию.
Вместо использования сжатой текучей среды внутри для смещения шоколадного экструдата радиально наружу, в четвертой технологии используется наружно воздух под давлением или другая подходящая текучая среда, для обжатия закрытых камер с жидкой начинкой, как показано на Фиг.7А-7С. В этой конструкции наружная часть 19 головки 10 продолжается за дальние концы инжекторов 22. Подача 40 воздуха под давлением по выбору соединяема с выпуском 42 кольцевой формы на внутреннем экструзионном отверстии в наружной части экструзионной головки для образования кольца сжатого воздуха, окружающего наружную поверхность экструдата 16 непосредственно после концов инжекторов 22. С целью образования промежуточной части 30 экструдата текучая среда под давлением подается в выпуск 42 для образования кольца текучей среды под давлением, которое прикладывает давление на наружную поверхность экструдата, направляя шоколад 12 внутрь для быстрого обжатия камер 18, наполненных жидкостью. Когда промежуточный участок 30 требуемой длины выполнен, подача 40 текучей среды под давлением отсоединена от выпуска 42, так что камеры 18, наполненные жидкостью, восстанавливаются.
Эта конструкция производит экструдат 16, имеющий ряд сжатых промежуточных частей 30 без камер, наполненных жидкостью, которые могут быть легко разрезаны для образования отдельный кондитерских продуктов. Эта четвертая технология может быть предпочтительно объединена с первой технологией пульсирующего потока начинки, так что кольцо текучей среды под давлением прикладывается, пока поток начинки 14 остановлен или по меньшей мере существенно уменьшен.
В некоторых применениях может быть желательно обжатие экструдата 16 в положении после головки 10, где шоколад частично затвердел. В этом случае кольцевая обжимающая конструкция 44 текучей среды под давлением может быть выполнена отдельно от головки 10. Эта конструкция показана схематично на Фиг.8, на которой стрелки 46 обозначают поток текучей среды под давлением.
Пятая технология для производства промежуточных частей 30 в экструдате, включает перемещение положения выпусков 22 для текучей среды во внутренней части экструзионной головки, и показана схематично на Фиг.9. На Фиг.9 показана только внутренняя часть 24 экструзионной головки, имеющей три выпускных инжектора 22 для жидкого материала начинки. В этом варианте выполнения внутренняя часть 24 головки, у которой периодически вызывают вращение, или постоянно вращающаяся с целью выполнения промежуточной части 30, не имеет наполненных камер 18. Постоянное вращение инжекторов 22 таким образом создает центральную дискообразную область 48 в экструдате, которая содержит смесь шоколада и жидкого материала начинки. Если внутренняя часть 24 головки вращается медленно, формируется тонкая спираль жидкого материала 14 начинки в шоколаде 12, в то время как вращение внутренней головки более быстро обеспечит более тщательную смесь шоколада и жидкой начинки. После выполнения части 30 желаемой длины, внутренняя головка 24 держится стационарно, так что камеры 18, содержащие жидкий материал 14 начинки снова выполняются в экструдате.
Когда материал начинки является текучим кондитерским материалом, необходимо убедиться, что смесь 48 шоколада 12 и материала 14 начинки может застывать достаточно для герметичного закрывания камер, и в части 30 нет значительных отверстий и несовершенств, что предотвратит герметичное закрывание концов камер 18, когда экструдат разрезан на отдельные длины.
Понятие смещения положения выпусков для текучей среды для материала начинки может также использоваться как часть первой технологии пульсирующего потока материала начинки, как показано на Фиг.10А и 10В. В этой конструкции внутренний участок 24 головки вращаем между двух угловых положений и смещен от одного к другому, в то время как поток жидкого материала начинки остановлен. Это вызывает формирование камер 18 в смежных наполненных частях 31, которые, образуя угол, смещены друг от друга, как обозначено 18А и 18В на Фиг.10В. В показанном варианте выполнения это достигается частично вращением части внутренней части 24 головки, в то время как поток жидкого материала начинки остановлен для альтернативного перемещения инжекторов между первым положением и вторым положением. Таким образом, с инжекторами 22 в первом положении, жидкий материал 14 начинки подается через инжекторы для формирования камер 18А, наполненных жидкостью, в первой наполненной части 31А экструдата. Когда производится промежуточная часть 30 эструдата, поток материала 12 начинки остановлен или уменьшен, как описано выше, в соответствии с первой технологией. В то время как поток начинки остановлен или уменьшен, внутренняя головка 24 частично вращается для перемещения инжекторов 22 во второе положение. Поток начинки 12 возобновляется с инжекторами во втором положении, так что камеры 18В выполняются во второй наполненной части 31В экструдата в положении, смещенном от камер 18А в первом участке. Когда производится следующая промежуточная часть 30, внутренняя часть 24 головки вращается для перемещения инжекторов 22 назад в первое положение, и процесс повторяется.
Смещение положения наполненных камер 18 в любую сторону от каждой промежуточной части 30 помогает сократить натягивание или перенос жидкого материала начинки, когда поток остановлен. Это образует концевые колпачки 30А, 30В, которые содержат меньше несовершенств, и которые лучше могут герметично закрывать камеры 18. Наружная часть головки 10, содержащей отверстие 20, не требует перемещения, так что внешний вид экструдата не подвергается влиянию. В показанном варианте выполнения экструдат 16 имеет наружный профиль в сечении в форме звезды и три инжектора 22, расположенных интегрально в форме треугольника. Однако желательно, чтобы число и расположение инжекторов и наружный профиль экструдата 16 могли быть изменены по желанию. Такой подход также может быть объединен с любой из второй и третьей технологий для предотвращения или уменьшения наружной деформации эструдата 16, в то время как поток жидкого материала 14 начинки остановлен или уменьшен.
Шестая технология, которая может считаться вариантом четвертой технологии, как показано на Фиг.11А-11D, и включает использование механического обжимающего элемента или узла 49 для наружного обжатия экструдата, направляя жидкую начинку по камерам 18 от концов отдельных длин экструдата. Обжимающий узел имеет закругленные края 50, так что он выполняет компрессию шоколада предпочтительнее, чем просто разрезает его. Эта операция может быть объединена с этапом разделения экструдата на отдельные длины, и обжимающий узел может быть объединен с втягиваемым лезвием 51, которое может продолжаться для разрезания сжатой области 52 шоколада после обжатия экструдата. Как показано на Фиг.11D, эта технология выполняет отдельные длины продуктов 32, имеющих тонкий конец 54, но поднимающий узел дополнительных обжимающих верхних частей может использоваться для придания формы концу продукта. Обжатие экструдата таким образом желательно проводить после головки, после частичного застывания шоколада 12. Эта технология может также быть объединена с первой технологией пульсирующего потока начини, так что экструдат 16 обжат в областях, не имеющих уменьшенного количества жидкой начинки.
Различные варианты выполнения для выполнения экструзионных технологий, по существу описанных выше, будут описаны далее более подробно.
Первая технология пульсирующего жидкого материала начинки может быть достигнут рядом способов. Когда жидкий материал начинки подается посредством насоса, насос может периодически останавливаться или замедляться с целью остановки или уменьшения потока материала начинки через инжекторы 22 или другие выпуски для текучей среды. В альтернативной конструкции, которая может использоваться вне зависимости от средств для подачи жидкого материала начинки в инжекторы 22, один или более клапан может быть обеспечен на пути подачи к инжекторам 22 с подходящим средством управления для периодического закрывания или частичного закрывания клапан(ов) с целью уменьшения или остановки потока материала начинки через инжекторы 22. Клапан может быть простым двухпозиционным клапаном или, как показано схематично на Фиг.12, клапан может быть клапаном отвода 56, расположенным для отвода жидкого материала начинки назад к расширителю 58 или другой конструкции хранения, в то время как поток жидкого материала через инжекторы 22 остановлен или уменьшен.
Дополнительная конструкция для пульсации потока начинки 14 показана схематично на Фиг.13А и 13В. Внутренняя часть 24 головки 10 включает задний или дальний вращаемый элемент 60 и передний или ближний статичный элемент 62. Статичный элемент 62 имеет одно или более отверстий 64, которые могут быть соединены по текучей среде с инжекторами или которые могут сами определять выпуски для текучей среды, через которые жидкий материал 12 начинки протекает в экструдат. Вращаемый задний элемент 60 имеет соответствующие отверстия 66, которые выровнены с отверстиями 64 в статичном элементе в одном или более вращательном положении заднего элемента для позволения жидкому материалу 14 начинки протекать через выпуски. Когда отверстия 64, 66 находятся вне выравнивания, поток наполнения останавливается. С такой конструкцией задний элемент 60 вращается для периодического открывания и закрывания пути потока через верхнюю часть головки для потока материала 14 начинки. Задний элемент 60 может быть постоянно вращаем в одном направлении для открывания и закрывания пути потока или может перемещаться пошагово или даже двунаправленно. В альтернативной конструкции передний элемент может быть вращаемым, а задний элемент - стационарным. Отверстия 64, 66 в двух элементах могут иметь один размер и форму или могут быть разными для создания образца особого потока. Отверстия 64 в переднем элементе 60 могут выполнены толкателем, например.
На Фиг.14 показано использование возвратно-поступательного толкателя для пульсации жидкого материала начинки по пути подачи материала начинки. В показанной конструкции жидкий материал начинки подается в инжекторы 22 посредством насоса (не показан) через первый канал 68 к центральному каналу или подающей трубе 70, которая расположена внутри части наружного канала или цилиндра 72 экструдера 11. Шоколад 12 доставляется к головке 10 через кольцевой промежуток между внутренней трубой 70 и наружным цилиндром 72. Возвратно-поступательный толкатель 74 расположен в линии тока текучей среды, и механизм обеспечен для движения толкателя обратно (влево, как показано) и вперед (вправо, как показано) между втянутым и выдвинутым положениями, как обозначено стрелкой 76. Перемещение толкателя 74 назад из начального положения во втянутое положение увеличивает объем линии потока текучей среды, временно останавливающий поток начинки 14 через инжекторы 22, так что промежуточная часть 30 экструдата не имеет экструдированных жидких камер. Когда часть 30 необходимой длины выполнена, толкатель 74 выдвигается назад в начальное положение для накачивания текучей среды через экструзионную головку и эструдирования камер, наполненных жидкостью, в экструдате. Многократное перемещение толкателя 74 между исходным и втянутым положениями с определенной скоростью образует экструдат, имеющий промежуточные части 30, разнесенные по длине без необходимости останавливать насос. Обычно толкатель 74 втягивается при более высокой скорости, чем выдвигается.
В альтернативной не показанной конструкции двунаправленный толкатель может периодически втягиваться для вытягивания начинки из подачи, такой как расширитель, и выдвигаться для подачи жидкого материала начинки к инжекторам 22 головки пульсирующим потоком. Односторонние обратные клапаны используются для требуемого управления потока жидкого материала начинки. Пульсирующий поток жидкого материала начинки также может быть обеспечен посредством отдельных толкателей или штифтов в каждом из инжекторов, которые перемещаются в двустороннем направлении для обеспечения пульсирующего потока.
На Фиг.15А и 15В показан дополнительный вариант выполнения для пульсации потока жидкой начинки 14, который использует устройство управления потока в форме возвратно-поступательного элемента 80 на пути потока текучей среды. На чертежах показана верхняя часть головки 10 и концевая часть внутренней трубки 70, через которую начинка подается во внутреннюю часть 24 головки и инжекторов 22. Внутренняя часть 24 головки 10 имеет выступающий назад кольцевой участок фланца 82, имеющий больший внутренний диаметр, чем наружный диаметр трубки 70, подающей текучая среда, и который наложен на небольшом расстоянии на концевую область трубки 70. Возвратно-поступательный элемент 80 имеет форму трубчатого челнока, который скользящим образом расположен вокруг наружного диаметра трубки 70 и внутри кольцевого участка 82 внутренней части 24 головки. Часть возвратно-поступательного элемента 80 расположена внутри кольцевого фланца 82 внутренней части экструзионной головки, который образует интегральную часть пути подачи текучей среды. Подходящие уплотнительные элемента обеспечены для предотвращения вытекания жидкого материала 14 начинки между возвратно-поступательным элементом 80 и трубкой 70 и между возвратно-поступательным элементом 80 и кольцевым участком 82 внутренней части 24 головки 10.
Возвратно-поступательный элемент 80 возвратно-поступательно перемещается по меньшей мере между номинальным выдвинутым положением (которое может быть обозначено как первое положение), как показано на Фиг.15А, и номинальным втянутым положением (которое может быть обозначено как второе положение), как показано на Фиг.15В. В выдвинутом положении большая часть возвратно-поступательного элемента 80 расположена в линии пути подачи текучей среды, чем во втянутом положении. Соответственно, перемещение возвратно-поступательного элемента 80 быстро из выдвинутого положения во втянутое положение во время экструзии вызовет резкое увеличение объема пути подачи текучей среды. Это временно останавливает поток жидкой начинки через инжекторы 22 и также может быть выполнено для вытягивания жидкого материала начинки из инжекторов 22 для быстрого отсечения потока. В то время как поток начинки остановлен, шоколад продолжает экструдирование для образования промежуточной части 30 в экструдате, который включает только или в основном шоколад. После периода времени увеличенный путь подачи текучей среды снова наполнится, и жидкий материал 14 начинки снова начнет протекать через инжекторы 22 для образования камер 18, наполненных жидкостью, в экструдате 16. Во время этого этапа экструзии возвратно-поступательный элемент 80 перемещается вперед медленно в выдвинутое положение, готовый к повторному втягиванию для образования следующей промежуточной области 30.
Во многих применениях предпочтительно иметь больший контроль при возобновлении потока материала начинки. В этих случаях поток материала начинки возобновляется выдвижением возвратно-поступательного элемента 80 перед достаточным повторным наполнением увеличенного пути подачи материалом начинки для повторного начала потока.
В этой конструкции необходимо убедиться, что перемещение возвратно-поступательного элемента во втянутое положение увеличивает объем второго пути подачи материала начинки достаточно для вмещения по меньшей мере объема материала 14 начинки, эквивалентного тому, что будет доставляться через инжекторы 22 во время периода, когда промежуточная часть экструдируется. Требуемое увеличение объема на пути подачи может изменяться в зависимости от вида материала начинки. Например, когда материал начинки вязкий как карамель, увеличение объема, возможно, должен быть значительно больше, чем объем материала начинки, который будет обычно доставляться через сопла во время экструдирования промежуточной части.
Контроль потока материала начинки изменением объема пути подачи второго материала 14 предпочтителен, поскольку контроль потока может проводиться близко к экструдирующей поверхности, и поток второго материала из источника к механизму управления потока не останавливается. Это предпочтительно из-за меньшего риска застывания материала на пути подачи или повреждения насоса или другого устройства подачи, которое используется для перемещения жидкого материала начинки по пути подачи. Кроме того, быстрое увеличение объема пути подачи второго материала может использоваться с целью или для вытягивания второго материала из выпусков 22 для текучей среды, как описано выше. В этом случае, однако, необходимо оставлять открытым путь потока от механизма управления потока к выпускам для текучей среды.
В устройстве управления потока, как показано на Фиг.15А и 15В, задний участок 80а возвратно-поступательного элемента 80 выполнен для выступания в путь подачи шоколада, по меньшей мере, когда возвратно-поступательный элемент находится во втянутом положении. Это показано на Фиг.15В, на которой шоколад подается к головке 10 по кольцевому проходу между внутренней трубкой 70 и наружным цилиндром 72. Это имеет преимущество в том, что втягивание возвратно-поступательного элемента 80 одновременно сокращает объем линии потока текучей среды, образуя вброс потока шоколада 12 через экструзионную головку, когда поток жидкого материала 14 начинки остановлен. При подходящей конструкции это может быть выполнено таким образом, что общий объем экструдируемого материала остается по существу постоянным для уменьшения или устранения наружной деформации экструдата 16.
Границы перемещения возвратно-поступательного элемента 80 могут быть регулируемыми. Это позволит использование того же устройства для производства ряда продуктов, имеющих области концевых колпачков отличающейся толщины и/или отличающейся общей длины. В дополнение, перемещение возвратно-поступательно элемента 80 может также использоваться во время наполняющего этапа для достижения различных экструзионных эффектов. Таким образом, возвратно-поступательный элемент 80 может использоваться для формирования промежуточных частей 30, а также для изменения сечения экструдата или камер по длине каждого отдельного продукта между промежуточных частей 30, например. Возвратно-поступательный элемент может быть выполнен для возможности выдвигания за номинальное выдвинутое первое положение для увеличения потока жидкого материала начинки и уменьшения потока шоколада для обеспечения особых экструзионных эффектов. Несколько вариантов выполнения устройства, вмещающего возвратно-наступательный элемент 80 как часть устройства управления потока, и их вариации будут описаны более детально ниже со ссылкой на Фиг.18-21.
Далее будет описано несколько конструкций для создания вброса шоколада в экструзионной головке. Когда шоколад подается насосом к головке 10, простой способ вброса для временного увеличения скорости подачи насосом для ускорения потока шоколада через экструзионную головку. Во время обычных экструзионных условий, пока выполняются камеры с жидкой начинкой, скорость ленты синхронизируется со скоростью экструзии, так что экструдат уносится от экструзионной головки без деформации. Если лента временно остановлена или ее скорость уменьшена, экструдат 16 не перемещается от головки, но шоколад продолжает подаваться через экструзионную головку при той же скорости. Это вызывает усиление или вброс потока шоколада в экструзионной головке, что разрушает камеры 18 для образования промежуточной части 30. По прошествии части периода времени лента 84 снова запущена или снова синхронизирована, и камеры 18 восстановлены. Поток жидкого материала начинки может быть остановлен или уменьшен, пока лента остановлена или уменьшена.
В конструкции, схематично показанной на Фиг.16А и 16В, возвратно-поступательный толкатель 94 расположен в линии потока шоколада 12. Для создания промежуточной части 30 толкатель 90 выдвигается быстро для увеличения расхода через экструзионную головку, как показано на Фиг.16В. После выполнения промежуточной части 30 подходящей длины, толкатель 90 медленно втягивается, и камеры 18, наполненные жидкостью, восстанавливаются в экструдате. Толкатель может также использоваться для вброса или уменьшения потока шоколада в другое время для достижения альтернативных экструзионных эффектов для экструдата.
Могут использоваться многие альтернативные конструкции для вброса потока шоколада. Например, конструкция для изменения по выбору сопротивления потоку шоколада может быть включена в линию потока. Периодическим и моментальным уменьшением сопротивляемости потоку создается временной вброс потока шоколада. Альтернативно, возможно обеспечение конструкции, в которой объем шоколада может увеличиваться в емкости близко к головке вместе с механизмом для смещения увеличения объема в экструзионной головке для образования вброса. Таким образом, во время обычной экструзии, когда камеры с жидкой начинкой выполняются в экструдате, объем шоколада накапливается близко к головке. Когда выполняется промежуточная часть экструдата, накопленный объем смещается в головку для создания требуемого вброса шоколада.
В другой не показанной альтернативной конструкции шоколад 12 подается в головку 10 под давлением шнекового насоса, который может по выбору перемещаться в аксиальном направлении в участке линии потока шоколада. Для образования вброса шоколада шнековый насос быстро выдвигается. Результирующее вброс шоколада вызывает разрушение камер с жидкой начинкой для выполнения промежуточной части 30, не имеющей камер. После остановки вброса шоколада камеры 18 с жидкостью в экструдате 16 восстанавливаются, и шнековый насос медленно втягиваются в начальное положение. Процесс периодически повторяются.
Во всех конструкциях, описанных ранее, шоколад продолжает протекать через тот же путь подачи или линии потока, как при его вбросе, так и без него. Поток шоколада, таким образом, пульсирует при изменении объемного расхода через путь подачи к головке. В альтернативных конструкциях дополнительная линия потока или путь подачи может использоваться для увеличения или вброса шоколада в верхней части экструзионной головки.
Далее будет описана конструкция для поочередной подачи материала 14 начинки и шоколада 12 в инжекторы 22, как описано ранее по Фиг.5А-5Е.
На Фиг.17А и 17В показано устройство, в котором жидкий материал начинки подается во внутреннюю часть головки 24 посредством внутренней трубки 100 с шоколадом, подаваемым к головке через кольцевой проход между внутренней трубкой 100 и наружной трубкой 102. Внутренняя трубка 100 имеет возможность аксиального перемещения между выдвинутым положением, как показано на Фиг.17А, и втянутым положением, как показано на Фиг.17В. Когда внутренняя трубка 100 находится в выдвинутом положении, передний конец трубки зацеплен с внутренней частью 24 головки, и материал 14 начинки подается в инжекторные сопла 22 для образования камер 18, наполненных жидкостью, в экструдированном экструдате 16. Когда внутренняя трубка 100 втянута, ее передний конец частично или полностью разъединяется с внутренней частью 24 головки для открывания пути потока, посредством которого шоколад может входить во внутреннюю часть головки для экструдирования через инжекторы 22. С втянутой внутренней трубкой 100 экструдируется промежуточная часть 30 эструдата без камер 18, наполненных жидкостью, и включающая по существу только шоколад 12. Подача жидкого материала начинки по внутренней трубке 100 обычно останавливается, когда внутренняя трубка втянута. Внутренняя трубка 100 не требует полного разъединения с внутренней частью 24 головки, при условии, что втягивание внутренней трубки открывает путь потока шоколада к инжекторам 22. Например, впускные отверстия могут быть выполнены вокруг внутренней головки, через которые шоколад может протекать к инжекторам 22, когда внутренняя трубка 100 втянута без разъединения внутренней трубки с головкой. Поток шоколада по пути подачи может быть увеличен, когда промежуточные части экструдированы, и шоколад направлен через инжекторы 22.
Различные другие конструкции могут использоваться для поочередного направления шоколада 12 и жидкого материала 14 начинки через инжекторы 22. Это может включать вращательные конструкции головки, в которых инжекторы 22 поочередно соединяются с линиями подачи для жидкого материала начинки и шоколада. Альтернативно, внутренняя часть головки может быть выполнена может быть выполнена для линейного перемещения в аксиальном направлении или другого передающего перемещения для поочередного соединения инжекторов 22 с линиями подачи для жидкого материала начинки и шоколада. В дополнительной альтернативной конструкции один или более клапан может использоваться для поочередного соединения инжекторов 22 с линиями подачи жидкого материала начинки и шоколада.
Более подробный вариант выполнения устройства 11 по изобретению, включающего устройство управления потока, включающий конструкцию возвратно-поступательного челночного элемента вида, описанного выше со ссылкой на Фиг.15А и 15В, показан на Фиг.18.
Устройство 11 включает другую трубку подачи или канал 120 в форме экструзионного цилиндра. Экструзионный цилиндр 120 включает ряд цилиндрических частей 120А, 120В, собранных вместе известным образом. Экструзионная головка 10 расположена на переднем или дальнем конце цилиндра 120. Экструзионная головка 10 включает кольцевую наружную часть 19 головки, имеющую центральное экструзионное отверстие 20. Отверстие 20 в этом варианте выполнения по существу круглое с числом радиально наружу выступающих выемок 122, разнесенных равномерно вокруг ее периферии. Наружная часть 19 головки может быть расположена в экструзионном цилиндре с использованием любой подходящей конструкции, как известно в уровне техники. В настоящем варианте выполнения, показанном схематично на Фиг.18, наружная часть 19 головки имеет участок 124 основного корпуса, от которого радиальный фланец 126 выступает наружу для размещения за выступающим внутрь фланцем 128 на дальнем конце цилиндра 120.
Головка 10 далее включает внутреннюю часть головки 24, включающую множество разнесенных инжекторов 22, расположенных в отверстии 20. Инжекторы 22 имеют сегментированную форму с внутренними краями, расположенными на наклонной окружности, помещенной в центре оси отверстия 20, так что они разнесены вокруг центроформирующего пространства. Инжекторы 22 продолжаются аксиально от наружной поверхности пластины 130 с отверстиями. Пластина 130 с отверстиями образована на одном конце цилиндрического корпуса 132. Наружный край пластины 130 имеет круглую форму и расположен в круглой выемке 133 в наружной части 19 головки, соответствующие состыкованные поверхности которой по существу закрыты для обеспечения эффективного герметичного закрывания против прохода между ними экструдируемого материала. В настоящем варианте выполнения внутренняя часть 24 головки стационарна относительно наружной части 19 головки. Однако в альтернативных вариантах выполнения наружный край поддерживающей пластины 130 может быть выполнен для действия как несущей поверхности для наружной части 19 головки, точно подогнанной скользящим образом, так что допускается относительное вращение между поддерживающей пластиной 130 и наружной части 19 головки. Поддерживающий корпус 132 плотно закреплен с коллектором 134. Трубы 136 продолжаются в разнесенном соотношении между коллектором 134 и поддерживающей пластиной 130 и служат для соединения отверстий 138 в коллекторе с соответствующими инжекторами 22.
Цилиндрический кольцевой фланец 140 выступает назад от коллектора 134 в цилиндре 120. Внутренняя труба 70 для жидкого материала 14 начинки расположена концентрически в цилиндре 120 и имеет передний конец, выступающий внутрь цилиндрического кольцевого фланца 140 коллектора на короткое расстояние. Внутренняя трубка 70 и кольцевой фланец 144 может рассматриваться как часть, формирующая первую и вторую части внутреннего канала пути подачи для подачи второго жидкого материала начинки к верхней части экструзионной головки 10. Наружный диаметр внутренней трубки 70 меньше, чем внутренний диаметр круглого кольцевого фланца, так что между ними находится кольцевой промежуток. Цилиндрический трубчатый челночный элемент 80 скользящим образом расположен в кольцевом промежутке между внутренней трубкой 70 и кольцевым фланцем 140. Укупорочные средства 142 расположены вокруг переднего конца внутренней трубки 70 и внутри цилиндрического кольцевого фланца 140 для предотвращения прохождения экструдируемого материала между челночным элементом 80 и внутренней трубкой и между челночным элементом 80 и кольцевым фланцем 140. Несущие элементы 144 также обеспечены на наружной поверхности внутренней трубки 70 и внутренней поверхности кольцевого фланца 140 для скользящей поддержки челночного элемента. Передний конец внутренней трубки 70 поддерживается стержнем 146, который выступает назад от коллектора 134. Кольцевой фланец 148 на заднем конце поддерживающего стержня 146 контактирует с внутренней поверхностью внутренней трубки 70. Отверстия кольцевого фланца позволяют проход потока жидкого материала 14 начинки мимо фланца.
Внутренняя часть внутренней трубки 70, внутренняя часть кольцевого фланца 10, отверстия 138 в коллекторе и трубы 136 образуют части пути 152 подачи второго материала, по которому жидкий материал 14 начинки доставляется к инжекторам 22 внутренней части 24 головки. Кольцевой проход, расположенный между цилиндром 120 и наружными поверхностями внутренней трубки 70, кольцевой фланец 140 и коллектор 134 образуют часть пути 154 подачи первого материала, по которому шоколад подается к головке 10. Перед коллектором шоколад 12 протекает через отверстия 156 в корпусе и через отверстия 158 в пластинке 130 для прохода через центральное экструзионное отверстие 20 в наружной части 19 головки между инжекторами 22 и в центральную область во внутренних перифериях инжекторов.
Челночный элемент 80 скользящим образом перемещается в аксиальном направлении цилиндра 120 между номинальным выдвинутым первым положением, как показано на Фиг.18, и номинальным втянутым вторым положением. Находясь в выдвинутом положении, передняя концевая часть челнока выступает внутрь кольцевого фланца 140 за передний конец внутренней трубки 70 для занятия первого объема пути подачи второго материала. В настоящем варианте выполнения задняя концевая область челночного элемента также выступает за дальний конец кольцевого фланца 140 вокруг внутренней трубки 70 для занятия первого объема пути подачи первого материала. Перемещение челночного элемента назад во второе втянутое положение сокращает протяженность, на которую челнок выступает в путь подачи второго материала, в то же время увеличивая расстояние, на которое он выступает в путь подачи первого материала. Таким образом, перемещение челночного элемента 80 из первого выдвинутого положения во второе втянутое положение одновременно увеличивает эффективный объем пути 152 подачи второго материала и сокращает эффективный объем пути 154 подачи второго материала.
В действии, с челноком 80 в номинальном первом выдвинутом положении, шоколад экструдируется через экструзионную головку 10 для формирования экструдата, и жидкий материал начинки экструдируется через инжекторы 22 для образования камер, наполненных жидкостью, в экструдате. Когда промежуточная часть 30 должна быть экструдирована, челночный элемент 80 быстро перемещается из первого номинального выдвинутого положения во второго номинальное втянутое положение. Итоговое быстрое увеличение объема пути 150 подачи второго материала сокращает давление жидкого материала 14 начинки на инжекторы 22, так что подача жидкого материала начинки через инжекторы 22 в экструдат временно останавливается или по меньшей мере значительно сокращается. В то же время, быстрое уменьшение объема пути подачи первого материала увеличивает давление шоколада в экструзионной головке, что вызывает вброс объема экструдируемого шоколада. В то время как поток материала 14 начинки через инжекторы 22 остановлен, экструдируется промежуточная часть 30 экструдата, не имеющая камер 18 и содержащая по существу только шоколад. Конструкция челночного элемента может быть выполнена так, что вброс в экструдировании шоколада уравновешивает уменьшение экструзии жидкого материала начинки, так что общий объем экструдируемого материала остается по существу постоянным.
Когда промежуточная часть желаемой длины экструдирована, челночный элемент 80 перемещается назад к первому номинальному выдвинутому положению для возобновления формирования камер с жидкой начинкой в экструдате. Челночный элемент 80 обычно перемещается назад к первому выдвинутому положению более медленно, чем втягивается, с целью не влиять значительно на давление шоколада на пути подачи первого материала. Челночный элемент не требует перемещения между первым и вторым положением при постоянной скорости, но темп движения может быть изменен при необходимости. Также желательно, что челночный элемент 80 может быть в постоянном движении от первого положения во второе положение и затем обратно в первое положение во время одного экструзионного цикла и не требует удерживания.
Скорость и расстояние, на которые челночный элемент 80 перемещается между выдвинутым и втянутым положениями, а также толщина челночного элемента могут быть предусмотрены для экструдирования промежуточных частей 30 требуемой длины. В одном примере, в котором требуется приблизительно 4 секунды для экструдирования отдельной длины кондитерской плитки экструдата (например, от середины одной промежуточной части до середины следующей промежуточной части), челночный элемент 80 имеет толщину примерно 2 мм и перемещается на 80 мм от номинального выдвинутого положения в номинальное втянутое положение за время около 0,1-0,4 секунды. Челночный элемент перемещается назад в выдвинутое положение за остаток времени четырехсекундного цикла. Эти выполненные промежуточные части 30 примерно составляют 10 мм в длину, так что, когда экструдат разделен, концевые колпачки на любом конце каждой плитки примерно составляют 5 мм в толщину.
Желательно, чтобы различные модификации описанного выше устройства были возможны, при функционировании, по существу, как описано выше. Например, внутренняя трубка 70 и кольцевой фланец 140 не требуют наложения, при условии, что челночный элемент 80 в достаточной мере поддерживается и герметично закрыт. Кроме того, находясь в выдвинутом положении, челночный элемент 80 не требует выступания за ближний конец кольцевого фланца в путь подачи первого материала, и, находясь во втянутом положении, не требует выступания за дальний конец внутренней трубки 70 в путь подачи второго материала.
Любая подходящая приводная конструкция может использоваться для перемещения челночного элемента 80 между выдвинутым и втянутым положениями. В варианте выполнения, показанном на Фиг.18, используется конструкция магнитного привода. В этой конструкции первый кольцевой или частичный кольцевой магнит 160 расположен близко к внутренней поверхности цилиндра 120 и оперативно соединен с челночным элементом 80 посредством кольцевого фланца 162, так что линейное перемещение первого магнита 160 в аксиальном направлении цилиндра вызывает соответствующее линейное перемещение челночного элемента 80. Отверстия в фланце 162 позволяют шоколаду протекать через них к головке 10. Второй магнит 164 расположен вокруг наружной части цилиндра 120 и магнитно соединен с первым магнитом, так что линейное перемещение второго магнита 164 вызывает соответствующее перемещение первого магнита 160 и, таким образом, челночного элемента 80. Подходящий приводной механизм (не показан) обеспечен для перемещения второго магнита 164. Привод может быть любой формы и может включать толкатель, приводимый в действие текучей средой, механический привод или электромагнитный привод, например.
Конструкция магнитного привода такого типа является предпочтительной, поскольку не требует механической связи для прохождения через наружный цилиндр и, таким образом, нет необходимости в уплотнении. Кроме того, сбалансированный груз может быть наложен на челнок использованием кольцевых магнитов или нескольких полукольцевых магнитов, окружающих челнок. Это сокращает риск застревания челночного элемента.
Альтернативная приводная конструкция для челночного элемента 80 показана на Фиг.19. В этой конструкции толкающий стержень 170 соединен с челночным элементом и продолжается через задний конец экструдера для взаимодействия с приводом (не показано). Подходящие укупорочные конструкции обеспечены там, где толкающий стержень проходит через наружный канал 120. На Фиг.19 показан задний конец устройства 11, включающий конструкцию 172 первого впускного отверстия, через которое жидкий материал начинки вводится во внутреннюю трубку 70. Конструкция 174 второго впускного отверстия по текучей среде соединена с кольцевым проходом между указанным цилиндром 120 и внутренней трубкой 70 для шоколада.
Еще одна приводная конструкция для челночного элемента 80 показана на Фиг.20, в которой толкающий стержень 170, присоединенный к челночному элементу, перемещается возвратно-поступательно посредством вращательного кулачка 176, расположенного в стационарной части наружного цилиндра. Кулачок 176 зацепляет кулачковый ведомый механизм 178 на конце толкающего стержня 170, и пружина 180 удерживает кулачковый ведомый механизм в зацеплении с кулачком 176. В этом случае второе отверстие 174 выполнено параллельно оси цилиндра. Кулачок 176 направляется любой подходящей приводной конструкцией (не показано). Вместо использования кулачка, сходная приводная конструкция может быть выполнена присоединением толкающего стержня 170 к рычагу на конце вращательного приводного элемента, который продолжается через наружный цилиндр.
На Фиг.21 показан дополнительный вариант выполнения устройства 11 по изобретению, который использует модифицированную челночную конструкцию для периодической и моментальной остановки или уменьшения потока жидкого материала начинки, во время вброса потока шоколада. Устройство 11 в противном случае по существу является тем же, что устройство, описанное ранее по Фиг.18, соответственно, только модифицированная челночная конструкция будет описана подробно.
В варианте выполнения по Фиг.21, внутренняя трубка 70 и кольцевой фланец 140 на коллекторе 134 не накладываются друг на друга, но предпочтительнее, передний (дальний) конец внутренней трубки 70 расположен на расстоянии от заднего (ближнего) конца кольцевого фланца 140, так что между ними расположен кольцевой промежуток. Передний конец внутренней трубки поддерживается посредством первого кольцевого фланца 148 на конце модифицированного поддерживающего стержня 146, выступающего назад от центра коллектора 134. Цилиндрический трубчатый челночный элемент 80 расположен между передним концом внутренней трубки 70 и задним концом кольцевого фланца 140 и скользящим образом поддерживается вторым кольцевым фланцем 186 на поддерживающем стрежне 146 для возвратно-поступательного перемещения в аксиальном направлении цилиндра 120. Оба фланца 148, 186 на поддерживающем стержне 146 имеют отверстия, через которые может протекать жидкий материал начинки.
Передний конец челночного элемента 80 соединен с наружной поверхностью диаметра заднего конца кольцевого фланца 140 первой гибкой мембраной 188, по существу имеющей форму усеченного конуса. Задний конец челночного элемента 80 соединен с поверхностью наружного диаметра переднего конца внутренней трубки 70 второй гибкой мембраной 190, по существу имеющей форму усеченного конуса. Первая и вторая мембраны 188, 190, аксиально расширяемые и сжимаемые для вмещения аксиального перемещения челнока 80 между первым выдвинутым положением и вторым втянутым положением, и мембраны 188, 190 образуют укупорочные элементы между челночным элементом 80 и кольцевым фланцем 140 и внутренней трубкой 70 соответственно для разделения путей подачи 152, 154 для жидкого материала начинки и шоколада.
Кольцевой фланец 140 имеет больший наружный диаметр, чем челночный элемент 80, в то время как челночный элемент 80 имеет больший наружный диаметр, чем наружная поверхность внутренней трубки 70. Соответственно, первая мембрана 188 имеет больший средний диаметр, чем вторая мембрана 190, и, таким образом, первая мембрана имеет больший внутренний объем на единицу длины, чем вторая мембрана. Перемещение челночного элемента 80 в обратном направлении из выдвинутого первого положения во втянутое второе положение имеет эффект увеличения длины первой мембраны 188, в то же время сокращая длину второй мембраны в той же мере. Благодаря различию в средних диаметрах двух мембран, это дает эффект увеличения объединенного объема внутренней части двух мембран 188, 190 и, таким образом, увеличения объема пути 152 подачи второго материала для жидкого материала начинки, в то же время сокращая объем пути 154 подачи первого материала вокруг наружной поверхности мембран для шоколада.
Модифицированная конструкция челнока, как показано на Фиг.21, работает образом, сходным с конструкцией челнока, как описано выше по Фиг.18. Соответственно, когда промежуточная часть 30 подвергается экструдированию, челночный элемент 80 быстро перемещается в обратном направлении из первого выдвинутого положения во второе втянутое положение. Это увеличивает объем пути 152 подачи второго материала и временно останавливает поток жидкого материала начинки через инжекторы 22. Втягивание челночного элемента 80 также дает эффект уменьшения объема пути подачи первого материала, таким образом, вызывая вброс шоколада, экструдируемого через экструзионную головку 10. После выполнения промежуточной части 30 подходящей длины, челночный элемент 80 медленно перемещается вперед к первому выдвинутому положению для возобновления потока материала начинки через инжекторы 22 и перемещается полностью в первое выдвинутое положение во время экструдирования наполненной части 17 экструдата, содержащей камеры с жидкой начинкой.
Челночный элемент 80 в модифицированной челночной конструкции, показанной на Фиг.21, может перемещаться с использованием любой из приводных конструкций, описанных ранее по Фиг.18-20. В частности, модифицированный челнок 80, как показано на Фиг.21, может быть приспособлен для использования с магнитной приводной конструкцией, как описано со ссылкой на Фиг.18.
Как описано ранее по Фиг.15А и 15В, пределы перемещения возвратно-поступательного челночного элемента 80 в любом из ранее указанных вариантов выполнения могут регулироваться. Это позволит тому же устройству применяться для производства ряда продуктов, имеющих области концевого колпачка различной толщины и/или общей длины. В дополнение, перемещение возвратно-поступательного челночного элемента 80 может использоваться во время наполняющего этапа экструзии для обеспечения различных экструзионных эффектов. Таким образом, возвратно-поступательный челночный элемент 80 может использоваться для формирования промежуточных частей 30, а также для изменения сечения экструдата и/или камер по каждой отдельной длине продукта, например. Возвратно-поступательный челночный элемент может быть расположен так, что он может выдвигаться за номинальное выдвинутое положение для увеличения потока жидкого материала начинки и уменьшения потока шоколада для образования особых экструзионных эффектов.
Использование перемещаемого элемента для изменения объемов пути подачи шоколада или другого первого материала с целью образования промежуточных частей предпочтительно тем, что контроль производится близко к головке. Это обеспечивает быстрый и точный контроль расхода потока первого и второго материалов. Насос или другое устройство, используемое для перемещения материалов по соответствующим путям подачи, не требует остановки, что сокращает риск затвердевания материала в устройстве, а если насос используется для подачи материала начинки, насос не допускает остановки потока. Кроме того, ни один путь подачи не требует физической блокировки или закрывания, что также сокращает риск затвердевания материала в устройстве. В вариантах выполнения, показанных на Фиг.18-21, единственный перемещаемый элемент в форме возвратно-поступательного челнока 80 используется для одновременного изменения потока начинки 14 и шоколада 12. Эта конструкция имеет преимущество использования только малого числа компонентов и требует только единственного привода с относительно простыми требованиями управления. Однако в некоторых применениях желательна возможность управления потока первого и второго материалов 12 и 14 по отдельности. Например, когда материал 14 начинки вязкий, такой как в случае с карамелью, может быть сложно обеспечить быстрое отрезание потока через инжекторы или другие выпуски 22 для текучей среды. Это может привести к натягиванию материала начинки в промежуточных частях. Для уменьшения такого эффекта может быть предпочтительно начинать вброс потока шоколада 12 незадолго до того, как поток материала 14 начинки остановлен или уменьшен. Независимый контроль потока первого и второго материалов может быть достигнут использованием отдельных, независимо приводимых в действие устройств управления потока в соответствующих путях подачи первого и второго материалов. Подходящие устройства управления потока могут принимать форму элемента, по меньшей мере частично расположенного в соответствующем пути подачи и перемещаемого для изменения объема пути подачи вместе с приводной конструкцией для перемещения элемента под контролем системы управления. Дополнительное преимущество наличия независимого приводимого в действие устройства управления потока для каждого из первого и второго материалов состоит в том, что одно или оба могут приводиться в действие для создания различных экструзионных эффектов, отличающихся от формирования ненаполненных промежуточных частей экструдата. При производстве шоколадных плиток, например, шоколад может быть вброшен ограниченным количеством во время производства наполненных камер в экструдате для изменения наружного профиля плитки привлекательным образом.
На Фиг.22 показан альтернативный вариант выполнения устройства 11, имеющего независимо приводимый в действие механизм управления потока для шоколада и материала начинки, и которое может использоваться для производства промежуточных частей в экструдате. Первый гибкий элемент в форме упруго деформируемого трубчатого элемента 192 расположен вокруг внутренней поверхности внутреннего канала 70 подачи, который образует часть пути 152 второго материала для жидкого материала начинки. Первая гидравлическая камера 194 расположена между первым гибким элементом 192 и внутренним каналом 70 посредством укупорочных элементов 196. Устройство имеет систему управления, которая включает гидравлическую приводную систему для ввода по выбору объема гидравлической текучей среды в первую гидравлическую камеру 194 через линию 197 подачи для отклонения первого гибкого элемента 192 внутрь в первое положение, как показано на Фиг.22. В этом первом положении текучая среда под давлением удерживает первый элемент 192 против упругости, свойственной материалу, и гидравлическая текучая среда будет обычно подаваться под давлением для преодоления упругости гибкого элемента. Когда первая камера 194 полностью или частично освобождена от текучей среды, упругость материала наклоняет первый гибкий элемент 192 радиально наружу во второе положение, в котором объем пути подачи второго материала увеличен по сравнению с объемом, когда гибкий материал 192 находится в первом положении.
Второй гибкий материал в форме упруго деформируемого трубчатого элемента 198 расположен вокруг наружной поверхности внутреннего канала 70, а вторая гидравлическая камера 200 расположена между вторым элементом 198 и внутренним каналом 70 посредством дополнительных укупорочных элементов 202. Гидравлическая приводная система эффективна для ввода по выбору гидравлической текучей среды под давлением во вторую камеру 200 и освобождения второй камеры независимо от приведения в действие первого элемента 192. Второй элемент 198 упруго смещен в первое положение, как показано на Фиг.22, и может быть деформирован радиально внутрь введением объема текучей среды во вторую камеру во второе положение, в котором объем кольцевого прохода между гибким элементом 198 и наружным цилиндром 120, который образует часть пути 154 подачи первого материала шоколада, уменьшен по сравнению с объемом, когда второй элемент находится в первом положении.
На Фиг.22А показано устройство в конце наполняющей стадии экструзионного цикла, в котором наполненные камеры 18 выполнены в экструдате. В этой конструкции объем гидравлической текучей среды находится в первой камере 194, так что первый элемент 192 отклонен внутрь против его естественного упругого наклона к первому положению, в то время как вторая гидравлическая камера 200 полностью или частично освобождена, так что второй элемент удерживается в первом положении упругостью материала. Когда экструдируется промежуточная часть 30, система управления эффективна для полного или частичного освобождения первой камеры 194 быстро, так что первый элемент 192 деформируется радиально наружу во второе положение, быстро увеличивая объем пути 152 подачи второго материала. Это временно останавливает или по меньшей мере значительно сокращает поток жидкого материала 14 начинки через инжекторы. Быстрое увеличение объема пути подачи второго материала помогает удалить или оттянуть материал начинки из инжекторов для уменьшения потока материала начинки в экструдате как можно быстрее. Для образования вброса шоколада в экструзионной головке система управления эффективна для введения объема гидравлической текучей среды во вторую камеру 200 для расширения второго элемента 198 в его второе положение, таким образом сокращая объем пути 154 подачи первого материала.
После формирования промежуточной части желаемой длины в экструдате система управления эффективна для введения объема гидравлической текучей среды в первую камеру 194 для деформирования гибкого элемента 192 радиально внутрь для возобновления потока материала начинки через инжекторы и возвращения первого материала 192 в его первое положение, но обычно при более низкой средней скорости, чем камера освобождалась, так что первый элемент 192 возвращается в его первое положение более медленно, чем он перемещался из первого положения во второе. Система управления также полностью или частично освобождает вторую гидравлическую камеру 200, так что второй элемент 198 возвращается в первое положение, увеличивая объем пути подачи первого материала. Повторное перемещение второго элемента 198 назад в первое положение обычно будет более медленным, чем перемещение из первого во второе положение, когда начат вброс шоколада.
Перемещение гибких элементов 192, 198, когда гидравлическая текучая среда выпущена из камер 194, 200 обычно зависимо от естественной упругости материала. Однако вакуум может быть применен к одной или обеим камерам для помощи в перемещении элементов или других средств для прямого перемещения элементов в обоих направлениях. Также возможно применение гибких элементов, не выполненных из гибкого материала, в этом случае потребуется какая-либо другая конструкция для наклона элементов в одно из их соответствующих первого и второго положений.
Система управления обеспечивает независимый контроль над скоростью, синхронизацией и количеством (объемом) перемещения каждого из двух гибких элементов 192, 198 и, таким образом, может независимо контролировать скорость, синхронизацию и объем пульсирующего потока каждого из первого и второго материалов. Это обеспечивает увеличенную гибкость в оптимизации процесса, в зависимости от типа первого и второго материалов, и других требований к процессам по сравнению с предыдущими вариантами выполнения, в которых единственный перемещаемый элемент изменяет поток как первого, так и второго материала начинки.
В альтернативном варианте выполнения второй гибкий элемент 198 может быть расположен вокруг внутренней поверхности наружного канала или цилиндра 120 и второй камеры 200 для текучей среды, расположенной между вторым элементом 198 и наружным каналом. В этом варианте выполнения гидравлическая текучая среда направлена во вторую камеру 200 для текучей среды гидравлической приводной системой для отклонения второго элемента 198 радиально внутрь для перемещения элемента из первого во второе положение для уменьшения объема пути подачи первого материала. Кроме того, первый и второй гибкие элементы 192, 198 не требуют концентрического расположения, но могут быть разнесены продольно друг от друга в отдельных модулях управления потока, как показано схематично на Фиг.25. На Фиг.25 также схематично показана часть гидравлической приводной системы 226 текучей среды, которая образует часть системы управления для устройства. Гидравлическая приводная система включает первый и второй гидравлические цилиндры 227, 228, по текучей среде соединенные с первой и второй гидравлическими камерами 194, 200 соответственно. Гидравлические цилиндры 227, 228 управляются через приводы 229, 230 для перемещения по выбору первого и второго гибких элементов 192, 198 между их соответствующими первым и вторым положениями введения гидравлической текучей среды и ее изъятием из камер. Приводы могут быть любого подходящего вида, такого как возвратно-поступательные пневматические приводы или электронные линейные приводы.
На Фиг.26 показан график смещения первого и второго гидравлических цилиндров 227, 228 против времени для стандартного экструзионного процесса. На Фиг.26 линия 232 представляет смещение первого гидравлического цилиндра 227, который контролирует перемещение первого гибкого элемента 192 для изменения объема пути подачи второго материала 14 и, таким образом, изменения расхода второго материала через выпуски для текучей среды. Часть 232а показывает смещение первого цилиндра 227, когда гидравлическая текучая среда удалена из первой камеры 194 для позволения первому гибкому элементу 192 упругим образом деформироваться радиально наружу, увеличивая объем пути подачи второго материала и сокращая поток второго материала через сопла выпуска для текучей среды. Эта стадия происходит быстро, так что второй материал всасывается в путь подачи второго материала из сопел выпуска. Части 232b и 232с показывают смещение первого гидравлического цилиндра, когда текучая среда под давлением повторно вводится в первую камеру 192 для деформирования первого гибкого элемента 192 радиально наружу для уменьшения объема пути подачи второго материала и возвращения первого гибкого элемента в первое положение. Можно видеть, что часть 232b линии круче части 232с линии, показывая, как первый гибкий элемент может передвигаться назад к первому положению более быстро во время начальной стадии перемещения для перезапуска потока второго материала через сопла. Соответственно, первый гибкий элемент перемещается назад к первому положению более медленно для избегания вброса потока второго материала, в то время как наполненные камеры выполняются в экструдате.
Линия 234 на Фиг.26 показывает смещение второго гидравлического цилиндра 228, контролирующего перемещение второго гибкого элемента 198. Часть 234а линии показывает смещение второго гидравлического цилиндра 228, когда гидравлическая текучая среда введена во вторую камеру 200 для уменьшения объема пути подачи первого материала и, таким образом, вброса потока шоколада через экструзионную головку, и часть 232b линии показывает смещение, когда гидравлическая текучая среда вытягивается из второй камеры 200 для позволения второму гибкому элементу вернуться в первое положение. Можно видеть, что смещение второго гидравлического цилиндра 228 менее, чем смещение первого цилиндра 227, и что смещение 234b во время стадии возвращения медленнее, чем во время стадии вброса. Также следует отметить, что первый и второй гидравлические цилиндры и, таким образом, первый и второй гибкие элементы постоянно приводятся в действие во время всего экструзионного цикла. Это не является естественным, но будет частым случаем в любом из вариантов выполнения, описанных здесь.
В примере, показанном на Фиг.26, перемещение 234а второго гидравлического цилиндра 228 для вброса шоколада начинается и заканчивается примерно в то же время, когда перемещение 232а первого гидравлического цилиндра 227 останавливает поток второго материала. Однако, как указано ранее, может быть предпочтительно в определенных применениях для начала вброса первого материала 12 незадолго до и немного после остановки второго материала для обеспечения чистого перемещения от наполненной части к ненаполненной части в экструдате или создания других экструзионных эффектов. В примере, показанном на Фиг.26, перемещение гибких элементов 192, 198 назад в первое положение из их второго положения контролируется для подержания по существу устойчивого состояния экструзии через экструзионную головку, в то время как выполняется наполненная часть экструдата. Однако это необязательно, и скорость и направление перемещения гибких элементов могут быть изменены системой управления для увеличения или уменьшения потока первого или второго материала для создания различных экструзионных эффектов. Таким образом, например, поток первого материала через экструзионную головку может быть периодически вброшен и уменьшен во время стадии наполнения для создания экструдата, ширина которого изменяется по длине.
Поскольку с возвратно-поступательным челночным элементом 80 границы перемещения гибких элементов 192, 198 могут быть урегулированы, так что, то же устройство может использоваться для производства продуктов, имеющих концевые области различной толщины и/или различной общей длины. Это может также позволить перемещение гибких элементов за их номинальное первое и второе положение, по желанию, во время наполняющей стадии. В этом случае камеры 194, 198 могут не быть полностью наполнены и/или полностью освобождены для перемещения гибких элементов 192, 198 между первым и вторым положениями. Следовательно, во время наполняющей стадии экструзионного цикла, первый гибкий элемент 192 может перемещаться за его первое положение для создания вброса второго материала и последовательно возвращаться в первое положение перед концом наполняющей стадии, готовый для формирования промежуточной участка экструдата без начинки во время ненаполняющей стадии экструзии.
На Фиг.27 показан дополнительный вариант выполнения устройства 11, в котором гибкие элементы 192, 198 обеспечены как часть раздельных модулей 240, 242 управления потока в каждом из путей подачи первого и второго материалов. В устройстве 11, как показано на Фиг.27, модуль 240 управления потока первого материала образует часть пути 154 подачи первого материала, по которому первый материал протекает из источника к верхней части экструзионной головки 10. Модуль 242 управления потока второго материала образует часть пути 152 подачи второго материала, по которому второй материал 14 начинки вытекает из источника в инжекторы 22. В этом варианте выполнения модули 240, 242 управления потока выполнены параллельно в раздельных каналах, скорее чем концентрично или в ряд. Это предпочтительно, поскольку соединения с каждым модулем управления потока упрощены. Кроме того, поддержание путей 154, 152 подачи потока первого и второго материалов раздельно друг от друга на значительную часть их длины облегчает регулировку температур первого и второго материалов 12, 14 независимо друг от друга. Модуль 242 управления потока второго материала соединен по текучей среде на его дальнем конце с каналом 70, расположенным концентрически на пути подачи первого материала для подачи второго материала 14 в инжекторы 22 образом, сходным с предыдущими вариантами выполнения.
Каждый из модулей 240, 242 управления потока по существу тот же, и модули показаны более подробно на Фиг.28 и 29. Каждый модуль 240, 242 управления потока включает по существу цилиндрический элемент 244 наружного канала с соединителями 246, 248 быстрой посадки на каждом конце для позволения быстрой сборки и разборки модулей из устройства для очищения и ухода. приводной элемент 250 имеет по существу цилиндрический участок 252 и поднимающий участок 254 на одном конце цилиндрического участка, который поднимается между одним из концевых соединителей 246 и элементом 244 наружного канала, так что цилиндрический участок 252 поддерживается по существу концентрически в элементе 244 наружного канала. Винтовой канал 256 для текучей среды расположен на наружной поверхности приводного элемента и соединен по текучей среде через внутренние проходы 258 для текучей среды, которые проходят через концевой соединитель 254 с гидравлической приводной системой 226. Гибкий элемент в форме упруго деформируемого трубчатого элемента 192, 198 расположен вокруг цилиндрического участка 252 приводного элемента 250 и зажимным образом присоединен к любому концу для наложения на винтовой канал для текучей среды. Гибкий элемент 192, 198 упруго смещен в положение, как показано на Фиг.28, в котором он стремится к расположению проксимально наружной поверхности цилиндрического участка 252 приводного элемента 250, в котором объем кольцевого пространства между гибким элементом 192, 198 и элементом 244 наружного канала максимален. Камеры 194, 200 для гидравлической текучей среды эффективным образом расположены в пространстве между гибким элементом 192, 198 и приводным элементом, и гидравлическая текучая среда может быть по выбору введена в камеры через внутренние проходы 258 и винтовой канал для удержания гибкого элемента 192 в первом, деформированном наружу, положении, в то время как гидравлическая камера 200 модуля 240 управления потока первого материала полностью или частично освобождается, так что второй гибкий элемент находится в первое, упруго смещенное радиально внутрь, положение. Для образования промежуточной части 30 экструдата система управления эффективна для полного или частичного освобождения гидравлической камеры 194 модуля 242 управления потока второго материала быстро, так что гибкий элемент 192 опускается радиально внутрь к приводному элементу 248 во второе положение, быстро увеличивая объем пути 152 подачи второго материала. Это временно останавливает или по меньшей мере существенно сокращает поток жидкого материала 14 начинки через инжекторы. Быстрое увеличение объема пути подачи второго материала может быть выполнено, так что второй материал начинки вытягивается или высасывается в путь подачи второго материала из инжекторов для попытки и обеспечения быстрого и чистого отсечения потока второго материала в экструдате. Система управления также вводит гидравлическую текучая среда под давлением в гидравлическую камеру 200 модуля 240 управления потока первого материала для расширения второго элемента 198 в его второе положение, сокращая объем пути 154 подачи первого материала и резко увеличивая расход шоколада через экструзионную головку.
Для начала следующей наполняющей стадии экструзионного цикла система управления эффективна для введения объема гидравлической текучей среды под давлением в камеру 194 модуля 242 управления потока второго материала для расширения гибкого элемента 192 радиально наружу для возобновления потока материала начинки через инжекторы и для возвращения первого материала 192 в его первое положение, но обычно при более низкой средней скорости, чем освобождение камеры, так что первый элемент 192 возвращается в первое положение более медленно, чем он перемещался из первого положения во второе. Система управления также полностью или частично освобождает гидравлическую камеру 200 модуля 240 управления потока первого материала, так что второй элемент 198 возвращается в первое положение, увеличивая объем пути подачи первого материала. Повторное перемещение второго элемента 198 назад в первое положение обычно будет медленнее, чем перемещение из первого положения во второе, когда начато вброс шоколада, так что поток шоколада через экструзионную головку не остановлен или слишком уменьшен.
Как в случае с предыдущим вариантом выполнения, система управления может приводить в действие два модуля 240, 242 управления потока независимо друг от друга, так что скорость, объем и время перемещения двух гибких элементов может контролироваться по отдельности. Кроме того, скорость, при которой перемещаются гибкие элементы, не требует линейности, как показано на графике по Фиг.26. Таким образом, первый гибкий элемент 192 может быть перемещен назад в первое положение быстрее в начальной стадии перемещения для быстрого возобновления потока второго материала, а затем при более низкой скорости. Однако система управления может быть запрограммирована для перемещения любого из первого и второго гибких элементов или, несомненно, любых других видов перемещаемого элемента, используемых для изменения объемов первого и второго путей подачи, во многие другие и, возможно, более сложные способы создания ряда экструзионных эффектов.
В варианте выполнения, показанном на Фиг.27, гибкие элементы 192, 198 расположены вокруг внутреннего приводного элемента. Однако в альтернативной конструкции гибкий элемент может быть расположен вокруг внутренней поверхности элемента 244 канала или наружного приводного элемента и деформирован радиально внутрь введением гидравлической текучей среды в их соответствующих гидравлических камерах.
Желательно, чтобы различные альтернативные перемещаемые элементы, приводимые текучей средой, могли быть обеспечены в путях подачи первого и второго материалов для изменения по выбору объемов путей подачи и, следовательно, расходов первого и второго материала.
Как описано выше со ссылкой на Фиг.9, 10А и 10В, в пятой экструзионной технологии по изобретению необходимо вращение инжекторов 22. Далее последует краткое описание некоторых приводных конструкций для вращения всего или части внутреннего участка головки.
На Фиг.23 показана магнитная приводная конструкция для вращения всего или части внутреннего участка 24 головки 10, которая может использоваться для вращения инжекторов 22. В этом варианте выполнения экструдер сходен с устройством, описанным выше по Фиг.18, за исключением того, что в нем нет возвратно-поступательного элемента 80 между внутренней трубкой 70 и кольцевым фланцем 144 на коллекторе 134. Вместо этого, манжета 210 прочно вращаемо прикреплена на переднем конце внутренней трубки 70. Манжета 210 имеет кольцевой фланец 212, расположенный внутри кольцевого фланца 140 на коллекторе, и два фланца 212, 140 механически соединены стержнем 214, так что вращение внутренней трубки 70 и манжеты 210 передается коллектору 134, и через корпус 132 и поддерживающую пластину 130 к инжекторам 22. В этом варианте выполнения поддерживающая пластина 130 вращаемо расположена на наружной части 19 головки, как описано выше со ссылкой на вариант выполнения, показанный на Фиг.18. Задний конец внутренней трубки 70 вращаемо соединен с впускным подающим отверстием 172, используя подходящую несущую и укупорочную конструкцию, обозначенную по существу позицией 213. Внутренний кольцевой или частичный кольцевой магнит 214 расположен вокруг внутренней части цилиндра 120 и прочно вращаемо прикреплен к внутренней трубке посредством кольцевого или частичного кольцевого фланца 216. Отверстия во фланце 216 позволяют шоколаду протекать между магнитом 214 и внутренней трубкой 70. Наружный кольцевой или частичный кольцевой магнит 218 расположен вокруг наружной части цилиндра и магнитно соединен с внутренним магнитом 214, так что вращение наружного магнита 218 вокруг цилиндра вызывает соответствующее вращение внутреннего магнита 214 и, следовательно, инжекторов 22. Приводная конструкция (не показана) вращает наружный магнит 218 под контролем системы управления для экструдера. Любая подходящая приводная конструкция может использоваться для вращения наружного магнита 218.
Конструкция, показанная на Фиг.23, особенно подходит, когда инжекторы 22 постоянно вращаются. Однако вращательная магнитная приводная конструкция также может быть связана с вариантом выполнения, описанным выше по Фиг.10А и 10В, в котором инжекторы вращаются с заданным углом.
На Фиг.24 показана альтернативная конструкция для вращения внутренней части 24 головки 10. Экструдер 11, как показано на Фиг.24, во многих отношениях представляет собой то же устройство, показанное на Фиг.23, описанное выше. Однако вместо использования магнитного соединения для вращения внутренней трубки 70, внутренняя трубка 70 может быть механически соединена с вращающим участком 120С наружного цилиндра 120 посредством кольцевого фланца 220. Фланец 220 имеет отверстия для позволения шоколаду протекать через фланец между наружным цилиндром 120 и внутренней трубкой 70. Вращающее перемещение участка 120С цилиндра передается внутренней трубке 70 через фланец 220 и от внутренней трубки 70 к инжекторам 22 через манжету 210, коллектор 134, корпус 132 и поддерживающую пластину 130.
Вариант выполнения, показанный на Фиг.24, особенно приспособлен для вращения внутренней головки 24 быстро от одного углового положения к другому. Соответственно, приводная ручка или рычаг 224 выступает от наружной поверхности вращательной части 120С цилиндра. Подходящий привод (не показан), такой как пневматический или другой толкатель, управляемый текучей средой, например, действует как ручка 224 для перемещения части 120С цилиндра между двумя угловыми положениями. Однако приводная конструкция может быть приспособлена для непрерывного вращения инжекторов.
Любой из вышеизложенных вариантов выполнения для вращения внутренней части 24 головки, описанной ранее, может быть объединен с любым механизмом управления потока, описанным здесь. Включая возвратно-поступательную челночную конструкцию видов, описанных ранее по Фиг.18 и 21 для пульсации потока жидкого материала начинки и шоколада. В такой конструкции вращательное перемещение внутренней трубки 70 может передаваться коллектору 134 через модифицированный внутренний поддерживающий стержень 146. Кроме того, в то же время в показанных вариантах выполнения вся внутренняя часть 24 головки, включая инжекторы, вращаема. Конструкции могут быть модифицированы для вращения только части внутренней части 24 головки, такой как вращательный элемент 60, как описано выше по Фиг.13А и 13В.
Как ранее описано, конструкция верхней части экструзионной головки может быть приспособлена для производства экструдата, имеющего широкий ряд возможных форм сечения, включая без ограничения: форму звезды, круглую, квадратную, треугольную, прямоугольную или несимметричную, изменением профиля экструзионного отверстия. Число, размер и форма наполненных камер также могут быть изменены по желанию обеспечением соответствующего числа выпусков для текучей среды желаемого размера и формы. Например, экструдированная плитка шоколада может иметь единственную центральную по существу круглую камеру 18 с начинкой, которая может занимать от 3 до 40% или более от общего объема плитки. Альтернативно может быть выполнено множество камер 18. Например, голова может быть выполнена для производства продукта, имеющего, по существу, треугольный профиль в сечении с тремя камерами с начинкой. Специалисты в этой области обнаружат широкий ряд возможных конфигураций, доступных для производства с использованием способов и устройств по изобретению.
В предыдущих вариантах выполнения выпуски для текучей среды, а именно для второго материала 14 начинки, включали продолговатые иглоподобные инжекторы 22. Однако это необязательно, и могут использоваться любые подходящие выпуски для текучей среды. На Фиг.30 схематично показана альтернативная конструкция 10 верхней части экструзионной головки, имеющей сопло 260 с единственным центральным выпускным отверстием 262, через которое второй материал 14 начинки протекает в экструдат. Головка имеет участок 264 главного корпуса, который включает пластину 266 с отверстиями, которая продолжается через пути 154, 152 подачи для первого и второго материалов соответственно. В этом случае второй материал 14 подается к верхней части экструзионной головки через внутренний канал 70, и первый материал подается к верхней части экструзионной головки через кольцо между внутренним каналом 70 и наружным каналом 120. Пластина с отверстиями имеет центральное отверстие 268, соединенное по текучей среде с внутренней частью внутреннего канала 70. Ряд дополнительных отверстий 270, через которые протекает первый материал, расположен в пластине с отверстиями вокруг центрального отверстия 268 и соединен по текучей среде с кольцом между внутренним и наружным каналами 70, 120. Сопло 260 расположено на наружной аксиальной поверхности пластины с отверстиями над центральным отверстием 268 и имеет центральное отверстие 272, через которое второй материал может протекать к выпускному отверстию 262. Следует отметить, что выпускное отверстие 262 имеет меньший диаметр, чем отверстие 272. Было выяснено, что это обеспечивает предпочтительный эффект в том, что помогает сократить натяжение материала начинки, когда поток второго материала остановлен. Без привязки к какой-либо особой теории, существует предположение, что использование выпуска 262 для текучей среды, имеющего меньший диаметр или ширину, чем путь потока непосредственно до отверстия, увеличивает противодавление, которое вызывает высасывание второго материала более эффективно, когда объем пути подачи второго материала изначально увеличен для остановки потока второго материала в экструдат.
Конструкция 10 верхней части экструзионной головки, как показано на Фиг.30, также имеет кольцевой кожух 274, расположенный на наружной поверхности главного участка корпуса и выступающий вниз за конец сопла. Внутренняя поверхность 276 кожуха образует экструзионное отверстие, в которое протекает первый материал 12 для образования экструдата, и, таким образом, форма в сечении внутренней поверхности кожуха образует по меньшей мере частично профиль в сечении экструдата. Кожух 274 продолжается вниз на достаточное расстояние для позволения первому материалу в экструдате достаточно охладиться для удерживания формы, когда он выходит из кожуха. В этом варианте выполнения кожух выступает за дальний конец сопел. Наружная поверхность сопла 260 помогает определить форму в сечении наполненной камеры 18, выполненной в экструдате, когда второй материал протекает через выпускное отверстие 262. В этом случае сопло по существу круглое в сечении и выполнено для формирования единственной камеры 18 с относительно большим диаметром в экструдате.
В предпочтительном варианте выполнения кожух 274 и/или сопло 260 могут быть раздельными элементами, расположенными на главном корпусе 264 верхней части экструзионной головки. Это позволяет использовать тот же главный корпус головки с рядом различных кожухов 274 и/или сопел 260 для производства ряда различных продуктов. Кроме того, кожух и сопло могут быть выполнены из полимерных материалов, которые менее склонны прилипать к первому и второму материалам, вследствие своей прохладной поверхности, в то время как главный корпус 264 может быть выполнен из металлического материала для выдерживания более высоких температур и давлений, которым он подвергается. Однако это необязательно, и кожух и/или сопло могут быть интегральной частью главного корпуса головки.
Сопло 260 может также быть профилированным для помощи потоку материалов. На Фиг.31 и 32 показано использование сопла, имеющего по существу конический корпус 278. Корпус расположен с вершиной на дальнем конце, по существу, выровненно с продольной осью головки. Выпуски 262 для текучей среды, а именно второго материала, расположены в основании конического корпуса и направляют второй материал по существу радиально наружу, где он протекает вокруг наружной поверхности конического корпуса для образования единственной центральной камеры 18 с начинкой, как показано на Фиг.31. Когда поток второго материала остановлен, как показано на Фиг.32, первый материал 12 может ровно протекать вокруг наружной поверхности конического корпуса для образования участка экструдата без начинки с минимумом натяжения второго материала. Эта конструкция была обнаружена как наиболее эффективная, когда второй материал начинки по существу вязкий, такой как карамель.
После экструзии экструдат 16 разделяется на отдельные длины для образования отдельных кондитерских продуктов. Каждое разделение выполняется через центр одной из промежуточных частей 30 в экструдате. Как обозначено ранее, в большей части применений ожидается, что экструдат 16 будет разрезан или иным образом разделен в каждой промежуточной части 30, так что каждый кондитерский продукт будет иметь часть 31 с начинкой, которая продолжается по существу на всю длину продукта с концевыми колпачками из первого материала. Однако также возможно производство продукта, имеющего одну или более промежуточную часть, разнесенные по их длине разрезанием экструдата по каждой следующей или каждой третьей промежуточной части, например. Эструдат 16 может быть разрезан на отдельные длины с использованием любых подходящих средств, таких как лезвие или воздушная обжимающая конструкция, описанная ранее по Фиг.8.
Важно, что экструдат 16 разрезан или иначе разделен через один из промежуточных участков 30. Существует ряд способов, с помощью которых можно этого достичь. Например, время режущего устройства (не показано) может быть синхронизировано с действием верхней части экструзионной головки. Однако отставание и/или растягивание ленты конвейера, на которую экструдируется экструдат, может вызвать проблемы в обеспечении точной синхронизации на продолженный период производства. В альтернативной конструкции на ленту нанесены метки или деления. Система управления использует первую камеру в верхней части экструзионной головки для различения части ленты, на которой выполняется промежуточная часть 30, и вторую камеру на верхней части режущего устройства для различения, когда часть расположена под режущим устройством с целью приведения в действие режущего устройства.
В дополнительных альтернативных конструкциях система управления используется для распознавания промежуточных частей 30 в самом экструдате для приведения в действие режущего устройства. Водной системе метка наносится на наружной поверхности экструдата на или близко к верхней части экструзионной головки, когда промежуточная часть 30 экструдируется, и камера или другой датчик используется для распознавания метки на режущем устройстве. Метка может быть частичным надрезом на промежуточной части, выполненной на верхней части экструзионной головки. Альтернативно система управления для инициирования может использовать сенсорную конструкцию для распознавания промежуточных частей 30 в экструдате на режущем устройстве. Это может включать использование системы, формирующей изображение, такой как рентгеновская или ультразвуковая или другие конструкции для распознавания относительных уплотнений промежуточных частей 30 и наполненных частей 17 экструдата 16.
Экструзионное устройство 11 также обычно будет включать систему управления (не показано), которая может включать процессор, память и датчики для отслеживания и управления за работой устройства и, в частности, потока первого и/или второго пищевого материала через экструзионную головку и инжекторы.
Когда устройство имеет механизм управления потока для пульсации потока первого материала и, в частности, механизм управления потока, способный быстро увеличивать объем пути подачи первого материала, механизм управления потока может использоваться для разделения экструдата, в то время как выполнена длина каждого продукта. В этой конструкции, в то время как выполняются ненаполненные промежуточные части экструдата, образующие второй концевой колпачок 30А, механизм управления потока первого материала приводится в действие для вызывания быстрого увеличения объема пути подачи первого материала для высасывания назад первого материала из головки. Это разделит первый материал в экструзионной головке от первого продукта, который уносится на ленте. Механизм управления потока первого материала приводится в действие для уменьшения объема пути подачи первого материала и перезапуска потока первого материала через экструзионную головку для образования дополнительной ненаполненной части эструдата, которая образует первый концевой колпачок 30В следующего продукта. Экструзионный цикл затем продолжается с наполняющей стадией перед тем, как выполняется следующий участок без начинки для образования второго концевого колпачка 30А следующего продукта. Когда выполнен второй концевой колпачок 30А достаточной толщины, механизм управления потока первого материала приводится в действие снова для высасывания первого материала из головки, и процесс повторяется.
Экструзионное устройство может быть снабжено первым материалом 12, который был смягчен до экструдируемой консистенции, как описано в патенте GB 2 186 476 А «Способ смягчения съедобных композиций», полное содержание которого включено здесь по ссылке. В частности, когда первый пищевой материал представляет собой кондитерский материал, такой как шоколад, он может смягчаться до глиноподобной консистенции и доставляться к экструзионной головке под давлением в холодном экструзионном процессе. Ссылки на «холодную экструзию» и тому подобные относятся к экструзии, выполняемой с материалом при комнатной или близкой к комнатной температуре, в отличие от «горячей эструзии», в которой материал экструдируется при повышенной температуре.
Когда выполняются камеры 18, наполненные начинкой, они могут быть одного размера. Устройство или способы по настоящему варианту выполнения могут использоваться для производства продуктов, в которых диаметр/ширина указанной или каждой камеры изменяется от нескольких микрон до нескольких сантиметров или более. Например, в продукте, таком как шоколадная плитка, имеющая только одну наполненную камеру, камера может составлять несколько сантиметров в диаметре/по ширине. С другой стороны, устройство и способы по настоящему изобретению могут использоваться для производства продуктов, имеющих внутреннюю область с большим числом очень маленьких камер с начинкой, которые могут принимать форму капилляров. Камеры капилляров могут иметь диаметр/ширину в 3 мм или менее. В некоторых вариантах выполнения камеры или капилляры имеют диаметр/ширину, составляющие не более 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм или менее. Возможно выполнение малых камер или капилляров, имеющих диаметр/ширину не более 100 мкм, 50 мкм или 10 мкм. Для этого вида применения внутренняя часть головки может включать большое число очень точных инжекторных выпусков, расположенных близко друг к другу, через которые вводится второй пищевой материал. Это обеспечит экструдат с большим числом очень точных, близко расположенных наполненных начинкой камер, которые придадут внутренней области различную текстуру, вызывая повышенное тактильное удовольствие у потребителя.
В дополнительном варианте выполнения может использоваться более одного материала начинки. Различные камеры могут быть наполнены различными материалами начинки по желанию для обеспечения особого вкусового и текстурного опыта потребителю. Альтернативно материал начинки может включать смесь двух или более отдельных компонентов, которые могут быть или не быть смешиваемыми друг с другом. Два или более компонентов и/или полутвердые компоненты, включенные в композицию начинки, могут быть включены в равных или различных количествах и могут иметь сходные или различные характеристики. А именно, в некоторых вариантах выполнения два и более компонентов могут различаться в ряде свойств, таких как, например, вязкость, цвет, привкус, вкус, текстура, восприятие, ингредиентные компоненты, функциональные компоненты и/или подсластители.
В одном варианте выполнения одна или по меньшей мере одна камера наполнена первым материалом начинки, который образует твердую пористую структуру, а второй, текучий или жидкий материал начинки вводится в поры первого материала начинки. Первый материал начинки может быть тем же материалом, что первый пищевой материал, использованный для наружной оболочки, но он применен таким образом, что он образует пористую структуру, когда застывает.
Следует также понимать, что первый материал может быть смесью двух или более отдельных компонентов, которые могут быть смешиваемыми или несмешиваемыми друг с другом. В некоторых применениях может быть желательно экструдировать два или более первых материалов для образования экстурдата. Например, известно экструдирование двух различных видов шоколада, обычно, белого шоколада вместе с молочным или темным шоколадом для обеспечения мраморного эффекта.
В некоторых применениях может быть желательна возможность временного увеличения потока второго материала начинки и/или временного уменьшения потока первого материала для обеспечения различных экструзионных эффектов. Это может использоваться, например, во время наполняющей стадии экструзионного процесса для изменения сечения экструдата и/или модификации наполненных камер. Специалисты в данной области примут во внимание различные контролирующие конструкции, описанные ранее, которые могут быть модифицированы для позволения увеличения и/или уменьшения по желанию потока любого из или обоих первого и второго материалов.
Способы и устройства, описанные ранее, особенно подходят для экструдирования шоколадных плиток с жидкой начинкой, но могут быть приспособлены для экструдирования других кондитерских или, несомненно, некондитерских пищевых продуктов с различной начинкой. Леденцы, жевательная резинка, тоффи, шоколад, фадж и жевательные конфеты представляют собой подходящие материалы для использования в качестве первого материала при экструдировании кондитерских продуктов, хотя также возможно использование других кондитерских продуктов. Подходящие первые материалы для экструдирования некондитерских пищевых продуктов включают: сыр, тесто (печенье, бисквит) и пищу для животных с начинкой из мягкого сыра, сыра, мяса, желе, джема, фруктовой пасты и т.д. Хотя следует отметить, что способы и устройства, описанные здесь, могут быть приспособлены для коэкструдирования любых подходящих материалов, без ограничения пищевыми и кондитерскими материалами, таких как: пластик, полимеры, резина (натуральная и синтетическая) и тому подобные.
Также следует понимать, что многие способы, описанные ранее, могут быть объединены различным образом, как требуется для удовлетворительного экструдирования продукта с начинкой, в зависимости от конкретного применения и вида экструдируемых материалов. Подобным образом, следует также понимать, что различные варианты выполнения устройства для проведения способов также только примерны, и свойства, описанные по одному варианту выполнения, могут быть объединены или включены в другие подходящие варианты выполнения. Таким образом, вышеизложенные варианты выполнения не ограничивают область защиты, но скорее описывают примеры применения изобретения на практике. Независимая патентная защита может требоваться в отношении любого из аспектов способов и устройств, описанных здесь без ограничения этих аспектов, изложенных в прилагаемой формуле.