带有不平行的锥形收敛螺杆的双螺旋挤出机制造技术

本发明专利技术提供一改进的双螺杆挤出机装置（１４），该装置能够生产各种具有很大变化的最终特性的高质量的挤出物，而不需要大型的机器。挤出机（１４）包括一圆筒（１６），连同一同步转动的双螺杆组件（２２）。组件（２２）由一对具有中心的锥形轴（５４、５６）的螺杆（５０、５２）制成，轴（５４、５６）装备有向外延伸螺旋形螺纹（５８、６０）；螺杆（５０、５２）呈不平行，并定位成使螺纹（５８、６０）沿螺杆（５０、５２）的长度插入。螺纹是特殊的结构，沿螺杆（５０、５２）的长度成锥形，较佳地螺纹的锥形角不同于轴（５４、５６）的锥形角；此外，外螺纹表面（７０、７２）的宽度沿轴（５４、５６）的长度增加。这种螺杆的几何形状形成一系列的由螺纹（５８、６０）形成的交替的上和下的狭窄间隙的高压揉捏区域（７８），其用来推动一挤出物向前朝向圆筒（１６）的出口端（２０）前进。然而，通道（８０）和揉捏区域（８２）也形成在两个螺杆（５０、５２）之间，其确保材料的完全混合、剪切和烹制。挤出机装置（１４）能够生产高密度的水中下沉的食物，也生产发泡的低密度产品，只要通过改变螺杆（５０、５２）的转速以及合适的温度控制，即可实现产品的变换。在另一实施例中，设置了一流体萃取挤出机（１３８），该挤出机具有一专门化了的挤出机头（１４０），该挤出机头包括一外壳（１４４）和一位于其内部的开有槽的细长套筒（１５２）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及改进的高度通用性的双螺旋挤出装置，它不需对机器作大 的改动即可用来生产各种变化的密度、烹调价值和发泡率的最终产品。本专利技术的挤 出机包括一具有不平行的逐渐变细的锥形螺杆的双螺旋组件，螺杆的螺纹沿着挤出 机筒身的长度插入，以形成狭小间隙的(较佳地为恒定尺寸)交替变化的上、下挤 捏区域(nip area)和拖尾的揉捏区域(trailing kneading zone)以及反流通道 (reverse flow passageway);挤捏区域在筒身内形成高压区域，在其内推进材料向前，同时材料被揉捏并在区域和通道内反向流动。在其它实施例中， 一无限变化 的模具组件包括一可在一废品处置位置和各种挤出位置之间移动的可拆换的杆。还设置有一专用的流体萃取最终挤出机头(fluid extraction final extruder head)，它允许有效地萃取油或其它的流体，尤其是，借助于诸如二氧化碳之类的超临界的萃取剂。
技术介绍
挤出炊事设备早就用来制造诸如人类食品和动物饲料之类的各种可食用的和 其它的产品。 一般来说，这种类型的挤出机包括一瘦长的圆筒和容纳在该圆筒中的 一或多个内部螺旋形螺纹的轴向可转动的挤出螺杆。挤出机圆筒的出口装备有小孔 挤出模。在使用中，被处理的材料进入通过挤出机的圆筒，并经受水平不断提高的 温度、压力和剪切。当材料从挤出机模具出现时，它已完全烹制好和得以成形，并 通常可使用一转动的刀组件进行切割。这种类型的传统的挤出机示于美国专利 4,763,569， 4， 118， 164和3， 117， 006。大部分传统式的当今使用的挤出炊具由一系列互连的管状筒头或段以及也是 分段地安装在有动力驱动的转轴上的内部螺纹的螺杆组成。为了实现要求的烹制， 已经想到有必要提供相当长的圆筒和相关的螺杆。因此，许多高产量的宠物食品机 可具有5至8筒段，其长度是螺杆直径的约10至20倍。可以认识到这样长的挤 出机成本高，并出现诸多与合适地支承筒内的挤出螺杆相关的问题。然而，以前采 用相对短的挤出机的种种努力都未获得成功，并遭受烹制不够和/或产量相对低之 类问题的困扰。美国专利5， 939， 124和5， 694， 833描述各种长度短和高速烹制的挤出机，它 们解决了过度长圆筒和螺杆长度的问题，因此，在本
内代表一显著的进步。 这种挤出机以商标名UP/C挤出机由Wenger Manufacturing, Inc.销售，并已获得 相当的商业上的成功。然而，大部分现有技术的挤出机必须设计有特殊用于要求产品的螺杆和筒身 段的结构。这就是说，用于高密度水性食品生产的结构通常显著地不同于生产中密 度宠物食品或低密度食品所需要的结构。其结果，如果要求改变生产的产品，则挤 出机必须拆开并重新构造。而且，在某些情形中，设计来用于某一种类型产品的挤 出机不能成功地重新构造以便有效地生产显然不同类型的产品。传统上，通过机械萃取技术、溶剂萃取和/或超临界流体技术从大豆中萃取诸 如大豆油之类的油。对于大规模生产操作，机械萃取机不很有效，萃取的油要求相 当地精制。另一方面，超临界流体(例如，C02)萃取装置对于现存油厂来说显得 太昂贵和复杂。使用己垸或其它溶剂的溶剂萃取存在有与处置溶剂相关的环境问 题。因此，在本
内要求有改进的具有巨大灵活性和通用性的设备，它能 用来生产不同的产品而不需大的重新构造或对内部挤出机部件进行重新加工；而 且，用于萃取高质量油和诸如此类的产品、且同时避免溶剂萃取的诸多问题的改进 的设备无疑将是一重要的突破。
技术实现思路
本专利技术克服了上述诸问题，并提供一双螺杆挤出机，它具有一带有一材料入 口和一通常装备有限制的孔口模(orifice die)的材料出口的瘦长圆筒，连同容纳筒身内特别构造的挤出螺杆。各螺杆包括一具有一轴前端和一轴后端的细长的中 心轴，并具有沿中心轴的长度设置的向外延伸的螺旋形螺纹，以提供一螺纹后端、一螺纹前端以及一与中心轴间隔开的外螺纹表面。中心轴可以有恒定的直径，但较 佳地是通过一第一锥度角沿轴的长度从后端到前端逐渐地变小；同样地，螺纹可以 有恒定的深度，但较佳地是通过一第二锥度角从后端到前端逐渐地变小。可以任意 选择地但不是必须地是轴和螺纹的锥度角可以不同，后者大于前者。再者，外螺纹表面的宽度从后端到前端可以不变，但较佳地宽度沿螺纹的长度从后端到前端逐 渐地变化；还为更佳地是螺纹的宽度从后端到前端增加，以使邻近前端的外螺纹 表面的宽度大于邻近螺纹后端的外螺纹表面的宽度。双螺杆以诸轴的中心轴线并列的方式定位，并朝向对方收敛以使这些轴线形 成一夹角。此外，轴的螺纹是插入的，较佳地延伸在整个螺纹长度。在此型式中， 螺杆沿螺杆组(screw set)的长度合作地形成一系列狭小的间隙，交替的上、下挤 捏区域。较佳地，在各个挤捏区域的螺纹间隙沿螺杆组的全长基本上不变，但更一 般地来说，挤捏间隙(nip clearance)可以沿螺杆组的长度增加或减小。提供狭小 间隙的挤捏区域的螺杆组的设计在挤出机内形成一系列高压区域，它们用来有效地 以脉动方式向前推动被挤捏的材料。业已发现挤出机的设计提供一高度的操作灵活性，这样，挤出机只要通过 改变螺杆组件的转速以及其它可能的加工条件的变化(例如，温度和模具的结构) 即可用来生产各种产品。业已发现预处理(preconditioning)周长上的变化较之 通用的传统的挤出设备对最终产品具有更加显著的作用。因此， 一种简单的改变蒸 汽和/或水输入到预处理器内的方法本身可显著地影响最终挤出物的特性。在本专利技术的另一方面，提供一种用来从油籽材料中萃取诸如油之类的流体的 挤出机设计。这样一种挤出机较佳地但不是必要地包括上述诸特征，但包括一挤出 机头(extruder head)部分，它包括一装备有一流体出口的外壳，连同一接纳挤出 机螺杆一部分的、内部细长的开槽的套筒。套筒较佳地由一系列细长杆件构成，它 们用焊接或其它方式附连在一起以形成一管形套筒，相邻杆件之间具有诸通道。诸 通道较佳地呈锥形并在套筒的内部呈现有一较之其外部为较小的开口。在使用中， 油籽或其它的材料通过挤出机，这样，在挤出机头部分待回收的流体通过套筒通道 而被加压或挤压。通过将诸如二氧化碳或己垸之类的超临界流体注入到挤出机头部分内，可显著地提高流体的萃取。 附图说明图1是包括根据本专利技术的改进的挤出机装置的一挤出系统的部分的示意侧视图；图2是用于挤出机装置内的优选的双挤出螺杆组的立体图； 图3是优选的双螺杆挤出机的局部水平截面图； 图4是双螺杆挤出机的垂直截面图；图5是双螺杆组件部分的局剖的放大的俯视图，详细示出螺杆螺纹的插入和 螺纹之间的狭小间隙的挤捏区域；图6是图5所示的双螺杆部分的水平截面图；图7是一局剖的垂直截面图，示出装备有一可变化输出的模具组件(variable output die assembly)(处于全打开状态)的根据本专利技术的挤出机； 图8是沿图7的线〃8 — 8〃截取的一局剖的截面图；图9是一类似于图7的局剖的垂直截面图，但示出模具组件处于分流器状态 (diverter condition);图10是沿图7的线10—10截取的一局剖的截面图；图ll是根据本专利技术的一挤出机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双挤出螺杆组包括：　　　　各具有一中心轴的第一和第二细长螺杆，中心轴具有一轴前端和一轴后端以及一纵轴线，沿中心轴的长度向外延伸的螺旋形螺纹具有一螺纹后端、一螺纹的前端、一与中心轴间隔开的外螺纹表面，并在螺纹外表面与所述中心轴之间形成一螺纹深度，　　　　所述第一和第二螺杆以并排的关系相邻地定位，各定向成与相邻螺杆相交成一角度，这样，第一和第二螺杆的纵向轴线形成一夹角，　　　　第一螺杆的螺纹沿第一和第二螺杆的长度插入第二螺杆的螺纹，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹协调地呈现有多个沿螺杆长度的挤捏区域，　　　　第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处沿螺杆的长度基本上不变。

【技术特征摘要】
US 2001-7-24 09/912,144;US 2002-2-5 10/068,1811.一种双挤出螺杆组包括各具有一中心轴的第一和第二细长螺杆，中心轴具有一轴前端和一轴后端以及一纵轴线，沿中心轴的长度向外延伸的螺旋形螺纹具有一螺纹后端、一螺纹的前端、一与中心轴间隔开的外螺纹表面，并在螺纹外表面与所述中心轴之间形成一螺纹深度，所述第一和第二螺杆以并排的关系相邻地定位，各定向成与相邻螺杆相交成一角度，这样，第一和第二螺杆的纵向轴线形成一夹角，第一螺杆的螺纹沿第一和第二螺杆的长度插入第二螺杆的螺纹，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹协调地呈现有多个沿螺杆长度的挤捏区域，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处沿螺杆的长度基本上不变。2. 如权利要求l所述的螺杆组，其特征在于，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处约为0. OIO — O. 2英寸。3. 如权利要求2所述的螺杆组，其特征在于，所述间隙约为0.025 — 0. 1英寸。4. 如权利要求l所述的螺杆组，其特征在于，各螺杆的外螺纹表面的宽度沿 螺杆的长度从邻近螺纹后端的部位到邻近螺纹前端的部位逐渐增加。5. 如权利要求1所述的螺杆组，其特征在于，所述夹角约为1一8。。6. 如权利要求5所述的螺杆组，其特征在于，所述夹角约为1.5 —5° 。7. —种双螺杆挤出机包括一痩长筒，它呈现有一入口和一间隔开的出口，并具有一构造成接纳一 双螺杆组的筒开孔；以及 一在所述筒内的双螺杆组并包括各具有一中心轴的第一和第二细长螺杆，中心轴具有一轴前端和一轴后端以及一纵轴线，沿中心轴的长度向外延伸的螺旋形螺纹具有一螺纹后端、一螺纹前端、 一与中心轴间隔开的外螺纹表面，并在螺纹外表面与所述中心轴之间形成一螺纹深度，所述第一和第二螺杆以并排的关系相邻地定位，各定向成与相邻螺杆相交成 一角度，这样，第一和第二螺杆的纵轴线形成一夹角，第一螺杆的螺纹沿第一和第二螺杆的长度插入第二螺杆的螺纹，第一和第二 螺杆的所述插入的螺纹协调地呈现有多个沿螺杆长度的挤捏区域，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处沿螺杆的长度基本上不变。8. 如权利要求7所述的挤出机，其特征在于，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处约为0. OIO — O. 2英寸。9. 如权利要求8所述的挤出机，其特征在于，所述间隙约为0.025 — 0.1英寸。10. 如权利要求7所述的挤出机，其特征在于，各螺杆的外螺纹表面的宽度沿螺杆的长度从邻近螺纹后端的部位到邻近螺纹前端的部位逐渐增加。11. 如权利要求7所述的挤出机，其特征在于，所述夹角约为1一8。。12. 如权利要求ll所述的挤出机，其特征在于，所述夹角约为1.5 — 5。。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：BW豪克，LG文格尔，
申请(专利权)人：温吉尔制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]