CA1108368A - Embout d'extrusion - Google Patents

Abstract

Embout d'extrusion pour extrudeuse à deux vis coratatives, caractérisé en ce qu'il comporte une grille placée entre la pointe des vis de l'extrudeuse et la chambre d'égalisation de pression, dont le côté aval, précédant la chambre d'égalisation de pression présente une face plane et le côté amont présente un évidement conique dont l'angle d'ouverture est sensiblement le même que celui de la pointe des vis et qui est formée par deux séries de canaux d'axes parallèles, tous situés à égale distance de la buse d'extrusion et disposés symétriquement par rapport au plan médian de ladite buse selon deux arcs de cercle opposés de même diamètre.

Description

83~8 ~ 'invention se rapporte à un embout d'extrusion destiné plus particulièrement, mais non exclusivemen-t, à éguiper une chaîne de fabrication de produits en bande par le procédé
cuisson-extrusion-expansion.
OD connaît des ensembles d'extrusion utilisés actuellement pour la mise en oeuvre de ce procédé; ils comportent -généralement une trémie d'alimentation é~uipée d'un mélangeur et d'une pompe doseuse ~ui introduit le mélange des constituants dans un fourreau chauffaDt éguipé d'un dispositif à une ou deux vis rotatives termin~ par une ou plusieurs buses caractéristi9ues de la ~orme gue l'on désire communiquer au produit fini.
Dans ces ensembles, la pression communiguée au produit pâteux dans les vis de l'extrudeuse, amplifiée encors par la aimiDution progressive du pas de vis depuis l'entrée du mélange ~;~
des constituants jusgu'à sa sortie, communigue à la matière pâteuse poussée par la ou les deux vis`dans la chambre située ~`~
entre les pointes coni~ues des vis et la pla~ue avant de l'extrudeuse, un mou~ement ro~atif tel gu'il conduit, à la sortie de la buse d'extrusion, à une distribution relativement anarchique de la pâte sur toute sa section.
C'est ainsi gue,dans le cas où le produit extrudé
doit être ~abriqué sous ~orme de bande par extrusion à travers ~me fente, on constate un amincissement des parties latérales de cette dernière ainsi que des irrégularités de surface qui se retrouvent après~refroidissement,et nuisent tant à la présentation du produit fini gu'à l'obtention de conditionnement satisfaisant en r~ison du mangue de planéité des tablettes obtenues après découpage de la bande.
~ eaucoup d'extrudeuses comportent en position ;30 intermédiaire entre la pointe ae la vis d'extrusion et la chambre précéaant la buse, un élément perforé jouant le rôle de pla~ue brise-jet et gui a pour rôle d'augmenter l'action de ., , ~ .

3~

cisaillement et la contre pression. De telles plaques brise-jet sont, par exemple, décrites dans les brevets suivants: brevet des Etats-Unis 2,543,679 delivré le 27 février 1951 au nom de Jurlan W. Van Riper~ brevet des Etats-Unis 3,018,807 délivré
le 30 janvier 1962 au nom de James W. Clinefelter, brevet des Etats-Unis 3,054,677 délivre le 18 septem~re 1962, inventeurs:
William R. Graham Jr et Benjamin Grogg, cessionnaire: The Quakers Oats Cy; brevet des Etats-Unis 3,284,848 delivre le 15 novembre 1966, inventeur Richard M. Rice, cessionnaire Reynolds Metal Cy:
brevet des Etats-Unis 3,462,277 délivré le 19 aout 1969, inven-teur Robert R. Reinhart, cessionnaire: The Quaker Oats Cy; brevet britannique 1,213,455~par Plasticisers Limited. Les perfora-tions de ces plaques brise-jet sont soit réparties sur toute la surface de la plaque, soit disposees regulièrement selon un ou plusieurs cercles concentriques, soit disposees en alignement les unesparrapport aux autres. Ces plaques brise-jet employees seules ne permettent pourtant pas d'obtenir une egalisation parfaite de la vitesse de la pate; il est toujours necessaire, pour arriver à ce résultat, de modifier la configuration soit de la chambre de pression précédant la plaque brise-jet, soit de la chambre située entre cette plaque et la buse d'extrusion.
Un dispositif decrit dans le brevet français 1.250.840 delivré le 5 décembre 1960 a Frieseke & Hoepfner GmbH permet de regulariser le flux de matiere pateuse par l'intermediaire de lentilles plan-concaves ou plan-convexes perforees. Du fait meme de la concavité ou de la convexité du compensateur decrit dans ce brevet, les perforations présentent des longueurs dif-férentes suivant leur position relativement à l'axe de la vis et les joncs de pâte passant par chacune de ces perforations pré-senteront donc des pertes de charge différentes.

Selon la presente invention, il est prevu un embout ~. , )83~8 d'extrusion pour extrudeuse à deux vis coratatives, caractériséen ce qu'il comporte une grille placée entre la pointe des Vi8 de l'extrudeuse et la chambre d'égalisation de pression, dont le côté aval, précédant la chambre d'égalisation de pression pré-sente une face plane et le côté amont présente un évidement conique dont l'angle d'ouverture est sensiblement le même que celui de la pointe des vis et qui est foemée par deux séries de canaux d'axes parallèles, tous situés à égale distance ,de l'axe de la buse d'extrusion et disposés symétriquement par rapport au plan médian de ladite buse selon deux arcs de cercle opposés de même diamètre. , ~

i~83~8 '.; . :.
Cette grille, jouant plus précisément un rôle de diffuseur, est disposée après la chambre de compression et avant la chambre d'égalisation de pression. Elle remplit deux rôles spécifi~ues :
- d'une part, elle brise le mou~ement rotatif imprimé
au produit pâteux par la vis de l'extrudeuse et le transforme en mouvement linéaire de translation vers le ou les orifices de la buse, - d'autre part, et en raison de la disposition des canaux, tous plac~s sur le même cercle, la vitesse linéaire communi~uée aux jsncs do pâte passant au travers de ces canaux, tous situés da~s des zones d'égale pression, est constante.
Ges jo~cs de pâte, après leur passage au travers des ca~aux, se ressoudent eDtre eux dans la chambre placée après la grille diffuseur pour donner une nappe de pâte homogène qui, après I extrusion, conduit à l'obtention d'un produit régulier.
j Afin d'éviter la présence d'une zone de StagDatiOD
li du produit dans la chambre d'égali9ation de pression, la grille ~ .
~l comporte avantageusement un canal central dispos~ dans l'axe "1~ ~ . .
~0 de la buse d'extrusion.
' Da~s le cas où deux buses sont disposées au bout de chaque Vi9, les deux séries de canaux d'axes parallèles sont .
tous situ~s à ~gals distance de l'axe du plan de symétrie des aeux buses et sont disposé3 symétri~uement par rapport à cedit plan de symétrie~
~! Du fait de cette disposition, 19 trou central de la grille diffuseur qui avait pour but d'~viter la stagnatiOn du produit pâteux pou~ant coDduire à un bouchage de la buse est supprimé, car il se forme, derrière le centre de la grille ~0 diffuseur, uDe zODe morte, sans produit pâteux, donc ne présentant aucuD ris~ue de stagnation de la piate.
On obtient aiDsi, à la sortie de l'extrudeuse, une 3~8 bande incurvée d'épaisseur uniforme sur toute sa section, qu'il n'est pas nécessaire d'étaler par l'intermédiaire d'une pièce métallique coniQue, comme c'est généralement le cas dans les dispositifs classiques d'extrusioD, et plus spécialement ~uand ceux-ci comportent une buse annulaire ou une buse en forme de secteur d'anneau.
~ a ou les buses d'e~trusion situées en aval de la grille présentent avantageusement la forme d'une ou ds plusieurs fentes.
Dans ce cas particulier de buses en fo~me de fente, on obtient, grâce à la grille diffuseur selon l'invention? une bande incurvée, sans rainures longitudinales ni irrégularité de surface. Afin d'assurer à cette bande une épaisseur uniforme sur toute sa section, il est avantageux d'utiliser des buses en forme de fente présentant des renflements lat~raux. On ~vite ainsi une perte de charge et un rale~tissement de la pâte aux deux extrémités de la buse, ce qui conduirait à un ami~cissement des bords du produit extrudé.
~ es buses d'extrusion peuvent ~galement présenter une ~,20 forme semi-circulaire, une forme cruciforme, une forme en ;` losange ou autre.
; Les éléments constituant l'embout d'extrusion sont mo~obloc, qu'ils soient en une seule pièce ou assembl~s par soudure.
~- Selon u~ mode d'exécution préféré de l'invention, l'embout d'extrusion est constitué de deux éléme~ts distincts -sgmétri~ues assemblés par manchon et brides de fixation - démontables.
Cette disposition facilite grandement le nettoyage de l'embout et plus spécialement de la buse.
La grille occupe une positi~n fixe dans l'embout d'extrusion, mais elle n'est pas solidaire de ce dernier auquel 83~8 elle est fixéè de façon amovible par des brides.
L'embout d'extrusio~ selon l'invention est avantageusement complété, en aval de la buse, par une ou plusieurs barres de tension règlables et relevables autour d'un ou .
plusieurs axes.
Cette barre relevable, située du côté de l'organe de chauffage du tunnel sècheur, permet de travailler la bande extrudée en relevant ses bords latéraux et contribue ainsi à la parfaite uniformité du produit obtenu après grill~ge. ~es barres de tension rel~vables sont de préf~rence disposées en chicanes les unes au-dessus des autres.
~ a présente inventioD sera d'ailleurs mieux comprise grâce à la description.qui va suivre, en r~f~rence au dessin schématique annexé dans lequel :
~ igure 1 est une vue schématique d'une chaine de . .
fabrication équipée de l'embout d'extrusion et de la barre de tension selon l'invention et plus spécialement adaptée à la fabrication de tartines ou pains grillés selon le procédé
cuisson-extrusio~-expansion :
~o Figure 2 est une coupe longitudinale d'un mode d'exécution de l'embout d.'extrusion selon l'invention adaptable au nez de l'e~trudeuse;
~ igure 3 est une vue de face en ~lévation selon la flèche A de figure 2;
~ igure-~4 est une vue d'arrière en ~lévation selon la flèche B de figure 2;
Figures 5, 6 et 7 présentent un autre mode de réalisation de l'embout d'estrusion selon l'invention;
Figure 8 est uDe coupe longitudinale d'un embout ~30 d'extrusioD selon l'invention dans le cas où deux buses sont disposées au bout de chaque vis;
Figure 9 est une vue d'arrière en élévation selon la 33~8 ~lèche C de figure 8;
~ igure 10 est une vue de face en él~vation selon la flèch~ D de figure 8;
Figure 11 est une coupe longitudinale schématique du nez de l'extrudeuse é~uipé de deux embouts conformes à ceux ; ~eprésentés figure 8;
. Figure 12 est un diagramme de la pression du flux de pâte en fonction de la distance au centre.
~a chaîne de fabrication représentée sur la figure 1 :
. ., ` 10 est du type classique comportant une vis doseuse 2, uDe extrudeuse 3 du type bi-vis à vis corotative dontune au moins .
des deux vis est é~uipée de l'embout d'extrusion selon 1'invention 4, deux barres de tension relevables selon l'invention ~ et 6, un tunnel sècheur 8, une paire de rouleaux ~ lamineurs 9, un dispositif de découpage à couteau rotatif 12, : .
;1, UD tunDel de grillage ~, et des dispositifs de conditionnement 14, du type conDu et non détaillés sur la figure.
Les figures 2, 3 et 4 montrent le détail d'un embout d'extrusion 4 selon l'invention, ada~table au nez de l'extrudeuse ~. ~'embout comporte, en amont de la buse d'extrusion ~, une grille-diffuseur 16 placée en interm~diaire dans la chambre avant entre la pointe de l'une des vis ~ de ;, 1'extrudeuse 3 et la chambre d'é~alisation de pression 1~
, Cette grille 16 comporte, disposées symétri~uement .i ~ par rapport au plan médian de la buse d'extrusion ~ deux 1 séries de canaux 20, d'axes tous parallèles, et tous situ~s à
égale distance de l'axe de la buse ~ selon les arcs de cercles représent~s en ~igure 4.
~a grille 16 comporte, en outre, un canal central disposé dans 1'axe de la buse d'e~trusion ~
- ~es igure~ 8, 9, 10 et 11 montrent le d~tail de l'embout d'extrusion ~ adap~able au nez de l'extrudeuse dans : - 6 -133~8 le cas où deux buses sont disposées au bout de chaQue ~is.
Cet embout comporte, en amont des deux buses d'extrusion 26 et ~ une grille-diffuseur ~ placée en iDtermédiaire dans la chambre avant ou chambre de compression-~entre la pointe de l'une des deux vis 28 de l'extrudeuse à deux Vi5 corotatives et la chambre d'égalisation de pression ~
Cette grille-diffu3eur ~ comporte, disposées sgmétri~uement par rapport au plan de symétrie des deux buses 26 et ~, deux s~ries de canaux ~, d'axes tous parallèles, et tous situ~s à égale distaDce de 1'axe du plan de symétrie des deux buses, selon les arcs de cercle représentés en figure 9.
Cette grille ne comporte pas de canal central disposé
dans l'axe du plan de symétrie des deux buses, à la différence de la grille représentée aux figures 2, 3 et 4.
En effet, dans l'embout décrit dans ces figures, la 1 - .
présence de ce canal central était rendue nécessaire afin :
d'éviter la création, en face de la buse unique, d'une zone de stagnatio~ dans la chambre d'égalisation de pression et d'éviter de ce fait un possible bouchage de la buse par une accumulatio~
~20 de produit pâteu~. Par contre, dans l'embout décrit dans les figures 8, 9, 10 et 1~, l'extrémité de chaque vis corotative de l'extrudeuse est équipée d'au moins deux buses; il se forme (fig. ~1), dans les chambres d'é~alisation de pression ~
au centre des grilles-diffuseurs ~ a-2~ deux zones mortes ~ , ~b où ne peut se~-produire aucune stagnation de la matière pâteuse.
D~ns le mode d'exécution représenté aux figures 2, 3 j et 4, les parties CODStitUtiveS de l'embout d'extrusion sont monobloc, Qu~elles soient en une seule piece ou assemblées par soudure~
La grille 16 occupe une position fixe dans l'embout d'extrusion, mais elle n'est pas solidaire de cet embout auquel ;}&8 elle est fix~e par des brides ou tout autre moyen de fixation 21.
Selon un autre mode d'exécution repr~senté aux figures 5, 6 et 7, l'embout d'extrusion est constitué de deux éléments distincts assemblés par manchon et brides de fixation démontables 22. Ce mode d'exécution favorise grandement le nettoyage de l'embout et spécialement de la buse ~ a grille 16 occupe de même une position fixe dans l'embout d'e~trusion, mais elle n'en est pas solidaire.
~ ans tous les modes d'exécution, l'ensemble de l'appareil, depuis le mélan~eur jusgu'à la sortie de l'extrudeuse, est chauffé par courant électriQue induit (courant de Foucault) de facon à atteindre les températures adaptées au mélange à
extruder. ~ -Les constituants pulvérulents du mélange à extruder sont mélangés dans un mélangeur à fraise (non représenté) avant d'etre introduits dans la vis doseuse 2 de l'extrudeuse ~, en -même temps que la ~uantité d'eau nécessaire amen~e au mo~en d'une pompe doseuse (non représentée). Des disques mala~eurs (non représentés) sont placés, de façon connue en soi, en amont des vis de l'extrudeuse ~. Ils permettent un bon mélange des produits pulvérulents et de l'eau et assurent ainsi une hydratation homogène de l'ensemble des constituants du produit à extruder ~ e pas de vis de l'èxtrudeuse diminue, de façon également connue ~n soi, de l'entrée à la sortie de l'appareil afin d'augmenter, progressivement, la pression sur le produit à extruder. Des contre-filets (filets à pas inverse et coupé) de t~pe classique ~noD représentés) sont placés en aval aes vis et en amont de la chambre avant de l'extrudeuse, de façon à
éviter la StagDatiOn des produits entrainant des irrégularités du produit extrudé.
~e f1ux de matiere pâteuse est forcé par le mouvement 8;~

rotatif ~ui lui est imprim~ ~ar la vis ~ ou par les deux vis corotatives 28a et _8b de l'extrudeuse, dans l'espace situé entre le ou les cônes mâles formant les extrémités des vis et le ou les - c8nes femelles de la grille diffuseur 16 ou de chacune des grilles diffuseurs ~ a et ~ bi dans le cas représenté à la figure 11, cet espace constitue les chambres de compression ~a et ~b.
~es pointes des YiS imprimeDt donc au produit pâteux, au niveau de cette chambre de compression, une certaine pression, ~0 les courbes isobares étant des cercles concentrigues ayant pour centre l'axe des vis.
Le diagramme de la pression en fonction de la distance au centre représenté à la figure 12 permet de mieux comprendre ce phénomène.
Les canaux de la grille situés en I, J, E, L, acceptent tous un produit pâteux ayant une pression ~ui se situe autour de 150 bars. ~es chemins parcourus par les joncs de pâte traversant ces canaux ~tant identi~ues, les pertes de charge sont de même identiques sur ces ~uatre aoncs. En I1, J1, K1 et L1, ces aoncs `l subissent la mê~e pression et possèdent donc la même ~itesse.
A la sortie des canaux de la grille tous les aoncs I, J, E et T
se ressoudent entre eux et passent- respectivement dans les buses 26a, ~, 26b, ~b conduisant à l'obtention de bandes parfaitsment plates ne présentant ni r~inures longitudinales, ; ni irr~gularit~s-de surface, ni feston.
~e mouvement rotatif imprimé par les vis à la pate est donc brisé et transformé en mou~ement linéaire, la vitesse linéaire imprim~e à chsque ~onc de pâte sortant des canaux de la grille-diffuseur étant la meme pour tous les aoncs.
1a disposition particulière des buses permet de plus de garantir à la bande une épaisseur uniforme sur toute sa largeur. Comme il ressort en effet des buses représentées en _ g _ ~8;~
figure 10, les fentes constituant les deux buses 26 et ~
sont munies de renflements latéraux ~ et ~, Cette disposition permet d'éviter une perte de charge et un ralentissement de la pâte aux deux extrémités de la buse, ce QUi aurait pour résultat un amincissement des bords de la pâte extrudée. -En effet, la fente de la buse 26, par exemple, recevra 18s joncs de pâta sortant des dix canaux ~ aisposés en arc de cercle sur la partie Inf~rieure del~ grille-diffuseur -représent~e à la figure 9. Comme on l'a déjà meDtionné, ces ~0 joncs, sortant tous à la même vitesse des canaux ~ se ressoudent dans la chambre d'égalisation de pression ~ avant d'être -extrudés par la buse 26; au moment du passage dans la buse ces dix joncs auront tous un coefficient de frottement identi~ue sur les parois supérieure et inférieure de la buse; par contre, si cette buse était constituée par une fente uniforme, les deux Joncs de pâte qui se trouvent en position extrême subiraient de plus un frottement sur les parois latéralesde ladite buse, et il se créerait ainsi une perte de charge et un ralentissement aux deux extrémités.
~0 C'est pour éviter cet inconvénient que l'on favorise le passage des deux joncs se trouvant en position ext~ême en munissant les deux extrémités de chaque buse des renflements latéraux ~ et ~, ce ~ui assure aux deux joncs en position extrême une section de passage sup~rieure à celle des autres joncs.
~ a suite des op~rations d'extrusion est repr~se~tée sch~matiquement à la figure 1~ ~a pâte extrudée sort ensuite par la buse ~ sous forme d'une bande 24 encore pâteuse et incurvée vers le haut. Elle passe sous la barre de tension 6 et est immédiatement prise par le tapis transporteur du tunnel sècheur 8, la barre de tension relevable ~ se trouvant en position basse (en traits mixtes sur la figure 1). On relève .
elors la barre 5 en la faisant pivoter autour de l'axe 6 pour l'amener à une position proche de la verticale, et ~ue l'on peut faire varier en fonction de la tension désir~e, dépendant elle-m~me de la plasticité de la bande pâteuse. ~a bande 24 suit alors le chemin représent~ eD traits pleins sur la figure 1.
Dans le cas où l'on ne jugerait pas n~cessaire de soumettre la baDde à une tension ~uelconque à la sortie de l'embout d'extrusion, on ferait pivoter les barres de tension autour de l'axe 7 afin de les amener en position complètement horizontale.
Après passage dans le tunnel sècheur 8, la bande passe entre les rouleaux lamiDeurs ~, puis elle est découpée en tablettes à la dimension d~sirée par le couteau rotatif 12.
~ es tablettes d~coupées passent ensuite dans le tunne-l de grillage ~.Elles sont finalement refroidies sur le tapis transporteur sous l'action d'un courant d'air froid avaDt d'être conditionDées et emba1lée- de fa50D clessigue.

. . .

:

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit :

1 - Embout d'extrusion pour extrudeuse à deux vis cora-tatives, caractérisé en ce qu'il comporte une grille placée entre la pointe des vis de l'extrudeuse et la chambre d'égali-sation de pression, dont le côté aval, précédant la chambre d'ésalisation de pression présente une face plane et le coté
amont présente un évidement conique dont l'angle d'ouverture est sensiblement le même que celui de la pointe des vis et qui est formée par deux séries de canaux d'axes parallèles, tous situes à égale distance de l'axe de la buse d'extrusion et disposés symétriquement par rapport au plan médian de ladite buse selon deux arcs de cercle opposés de même diamètre.

2 - Embout d'extrusion selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la grille comporte un canal central disposé dans l'axe de la buse d'extrusion.

3 - Embout d'extrusion selon la revendication 1, caracté-risé en ce que les deux séries de canaux d'axes parallèles de la grille placée entre la pointe de chaque vis de l'extrudeuse et la chambre d'égalisation de pression sont tous situés à éga-le distance du plan de symétrie des deux buses d'extrusion et sont disposes symétriquement par rapport à ce dit plan de sy-metrie.

4 - Embout d'extrusion selon les revendications 1 à 3, ca-ractérisé en ce que la buse d'extrusion en aval de la grille, présente la forme d'une ou plusieurs fentes.

5 - Embout d'extrusion selon les revendications 1 à 3, ca-ractérisé en ce que la buse d'extrusion présente une forme semi-circulaire, cruciforme ou en losange.

6. Embout d'extrusion selon la revendication 1, ca-ractérisée en ce qu'il est complété en aval de la buse et du côté de l'organe de chauffage du four suivant d'ensemble d'ex-trusion par une ou plusieurs barres de tension relevables autour d'un ou plusieurs axes.

7. Embout d'extrusion selon la revendication 6, ca-ractérisée en ce que les barres de tension relevables sont dis-posées en chicane les unes au dessus des autres.