Ein
gattungsgemäßes Walzwerk
zum kontinuierlichen Vermahlen von zähflüssigem Gut ist beispielsweise
aus der
DE 197 00
347 A1 bekannt. Ein Mahlgut wird auf dieser Art von Maschinen
in einem trichterförmigen
Aufgabebereich zwischen einer ersten und zweiten Walze in einer
bestimmten Körnung aufgegeben.
Mehrere hintereinander angeordnete Walzen bilden eine entsprechende
Anzahl von sog. Walzenspalten, durch die das Produkt geführt wird.
In jedem dieser Walzenspalte wird das Produkt aufgrund der Pressung
der Walzen und aufgrund der jeweils unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten (der
sog. "Friktion") zerkleinert, und
an die jeweils nachfolgende, schneller laufende Walze übergeben. Die
Schichtdicke des Produkts wird also von Walze zu Walze immer dünner, was
genaue Rückschlüsse auf
die darin enthaltene Partikelgröße zulässt. Auf der
letzten Walze wird das Produkt dann in Endqualität durch ein Abstreifmesser
abgenommen und der weiteren Verarbeitung zugeführt.
Ein
wesentliches Kriterium zur Beurteilung der Qualität ist die
Schichtdicke des Produktes, welches an der letzten Walze abgenommen
wird.
Es
gibt Maschinen die ohne automatisches Schichtdicken-Meßsystem
zur Beurteilung der Qualität
arbeiten. Das Produkt wird in einem manuellen Arbeitsgang nach der
Verarbeitung geprüft
und beurteilt. Die Einstellung der Maschinenparameter wird so lange
verändert,
bis die erforderliche bzw. gewünschte
Qualität
vorliegt. Die Qualität
des Endproduktes muss regelmäßig manuell
kontrolliert werden.
Alternativ
sind automatische Schichtdicken-Meßsysteme für derartige Maschinen bekannt, die über Sensoren
verfügen,
die die Qualität
des Produktes, d.h. die Schichtdicke auf der letzten Walze kontinuierlich überwachen.
Dies erfolgt zur Dokumentation einer gleich bleibenden Qualität sowie zum
Nachregeln der Maschinenparameter. Es sind hier mehrere Systeme
etabliert, die über
optische Sensoren (Änderung
der Farbintensität
des Produktes auf der Walze, je dünner desto heller) oder über kapazitive
Sensoren (Änderung
der Dielektrizitätskonstante
im Feld zwischen Walzenoberfläche
und Sensor) die Dicke der Masseschicht auf der Walze erfassen. Nachgeregelt
wird dann der Einzugsspalt zwischen den ersten beiden Walzen oder
die Friktion auf der ersten Walze und/oder der zweiten Walze durch
separat montierte Antriebsmotoren. Die Sensoren sind jedoch bzgl.
der Walze statisch montiert, wodurch beispielsweise ein oder zwei
Sensoren immer nur einen kleinen, ringförmigen Bereich der Walze betrachten,
nicht jedoch die Schichtdicke über
die gesamte Walzenbreite.
Aus
der WO 94/10530 ist ein Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht
von pasten- oder teigartigem Mahlgut auf einer bewegten Fläche bekannt,
bei dem eine beweglich gelagerte Messrolle auf die Schicht aufgelegt
wird und während
der Bewegung der mit der Schicht versehenen Fläche die Auslenkung der Messrolle
quer zur Bewegungsrichtung der Fläche mit einem ein Ausgangssignal
generierenden Sensor erfasst wird, wobei ein Parameter dieses Ausgangssignals
in funktionellem Zusammenhang mit der Größe der Auslenkung der Messrolle
bzw. mit der Schichtdicke steht. Die beweglich gelagerte Messrolle
misst jedoch nur einen schmalen Bereich der Fläche entsprechend der Breite
der Messrolle.
Die
vorgenannten automatischen Schichtdicken-Meßsysteme haben jedoch den Nachteil,
dass diese nur einen kleinen Ausschnitt der Gesamtbreite der Schicht
auf der Walze erfassen können.
Es wird nicht erfasst, was im Bereich außerhalb des vom Sensor abgedeckten
Feldes passiert.
Da
die Walzen "bombiert" sind, d.h. die Walzen
sind in ihrem mittleren Bereich überhöht geschliffen,
um der elastischen Verformung der Walzenröhre unter Druck entgegen zu
wirken, kann die Schichtdicke des Produkts über die gesamte Breite der
Walze extrem unterschiedlich sein. Ist z.B. die Bombierung nicht
auf das Produkt angepasst oder aufgrund von Verschleiß verändert, so
kann die Walze im äußeren Bereich
mit einer relativ dicken Produktschicht belegt sein, und im mittleren
Bereich komplett oder annähernd "trocken" laufen oder umgekehrt.
Dieser Zustand wirkt sich negativ auf die Produktqualität aus und
ist zusätzlich
extrem gefährlich
bezüglich
einer Beschädigung
der Walzenröhren.
Bei längerem
Trockenlauf kann es zu sog. „Brandringen" auf den Walzen kommen.
Hierbei entstehen durch die trockene Reibung extrem hohe Temperaturen,
wodurch die geschliffene Oberfläche
der Walze beschädigt
wird.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerk und ein Verfahren
der o.g. Art bzgl. der Qualität
des herzustellenden Produktes zu verbessern.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Walzwerk der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen
sowie durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 5 gekennzeichneten
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen beschrieben.
Bei
einem Walzwerk der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens
ein Dickenmessgerät
an wenigstens einer Walze derart angeordnet und ausgebildet ist,
dass dieses Dickenmessgerät
die Dicke der Schicht auf der Walze über die gesamte Breite der
Walze bestimmt.
Dies
hat den Vorteil, dass die Qualität
des Produktes vollständig überwacht
und aufgrund einer großen
Anzahl an Messpunkten zuverlässig
beurteilt werden kann. Eine Nachregelung der Maschinenparameter
(Hydraulikdruck im Aufgabebereich bzw. Nachjustierung sämtlicher
Friktionen auf allen Walzen) ist schon bei geringfügigen Abweichungen
von einem Sollwert für
die Dicke der Schicht möglich.
Zweckmäßigerweise
ist das Dickenmessgerät
an der in Förderrichtung
des Gutes letzten Walze angeordnet.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Dickenmessgerät
eine Sensoreinheit mit wenigstens einem Sensor zur Bestimmung der
Dicke der Schicht auf, wobei die Sensoreinheit auf einer Lineareinheit,
insbesondere Schiene, entlang der Walze verschiebbar angeordnet
ist. Die Sensoreinheit weist beispielsweise zwei Sensoren auf, wobei
ein erster Sensor einen Abstand der Sensoreinheit zur Walze und
der zweite Sensor die Dicke der Schicht auf der Walze bestimmt.
Dies ermöglicht
neben der Dickenmessung eine kontinuierliche Referenzmessung.
Bei
einem Verfahren der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Dicke der Schicht auf wenigstens einer Walze über die
gesamte Breite der Walze gemessen wird.
Dies
hat den Vorteil, dass die Qualität
des Produktes vollständig überwacht
und aufgrund einer großen
Anzahl an Messpunkten zuverlässig
beurteilt werden kann.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird zum Messen der Dicke der Schicht eine Sensoreinheit benachbart
zur Walze im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Walze und über die
gesamte Breite der Walze bewegt.
Zweckmäßigerweise
wird die Dicke der Schicht auf der in Förderrichtung letzten Walze
gemessen.
Um
ein optimiert gleichmäßiges Produkt
zu erhalten wird eine Differenz der Rotationsgeschwindigkeit (Friktion)
und/oder eine Spaltbreite und/oder ein Druck zwi schen zwei benachbarten
Walzen in Abhängigkeit
von einer vorbestimmten Schichtdicke und der gemessenen Dicke der
Schicht des Gutes derart geregelt, dass eine Abweichung der gemessenen
Dicke der Schicht von der vorbestimmten Schichtdicke minimiert wird.
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in:
1 eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Walzwerkes
in schematischer Schnittansicht,
2 in einer Ansicht in Richtung
Pfeil A von 1 und
3 in einer Ansicht in Richtung
Pfeil B von 2.
Die
in 1 bis 3 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Walzwerkes
in Form einer Walzenreibmaschine umfasst fünf nacheinander abgeordnete
Walzen 10, 12, 14, 16 und 18,
wobei je zwei benachbarte Walzen (Walzenpaare 10 und 12; 12 und 14; 14 und 16; 16 und 18)
zusammenwirken und zwischen sich einen Spalt ausbilden. Der Spalt
zwischen der ersten Walze 10 und der zweiten Walze 12 (Walzenpaar 10 und 12) dient
als Aufgabebereich, in den ein zu vermahlendes Gut eingegeben wird.
Daher werden die erste Walze 10 und der zweite Walze 12 auch
als Aufgabewalzen bezeichnet. Das zwischen die Aufgabewalzen 10, 12 gegebene,
zu vermahlende Gut wird dann in Form einer Schicht nacheinander über die
zweite Walze 12, die dritte Walze 14, die vierte
Walze 16 und die fünfte
Walze 18 mittels entsprechender Drehung dieser Walzen transportiert.
An der fünften
bzw. letzten Walze 18 wird das Produkt (vermahlte Gut)
mittels einer Abstreifeinrichtung mit Ablaufschurre (nicht dargestellt)
abgenommen. Von dort wird das vermahlte Gut einer weiteren, nicht
näher gezeigten
Verarbeitung zugeleitet. Diese fünfte
bzw. letzte Walze 18 wird auch als Abnahmewalze bezeichnet.
Die Walzen 10, 12, 14, 16 und 18 sind
in einem Maschinenständer 20 drehbar
gelagert.
Jede
Walze 10, 12, 14, 16 und 18 wird
von einem eigenen, separaten Motor 22 angetrieben. Jeder Motor 22 ist über eine
Steuereinrichtung 24 bzgl. seiner Drehzahl und seines Drehmomentes
unabhängig von
den anderen Motoren 22 steuerbar. Die Steuereinrichtung 24 ist über eine
Bedieneinrichtung 26 manuell von einer Bedienungsperson
programmierbar.
Ein
Anpressdruck im Spalt zwischen den Aufgabewalzen 10, 12 wird
von einer Hydraulikeinheit 28 eingestellt und ggf. nachgeregelt.
Auch die Hydraulikeinheit 28 ist mit der Steuereinrichtung 24 verbunden,
so dass die Steuereinrichtung 24 den Anpressdruck im Spalt
zwischen den Aufgabewalzen 10, 12 einstellt. In
der Bedieneinrichtung 26 sind für verschiedene zu vermahlende
Güter bzw.
Produktrezepturen, wie beispielsweise für Schokoladenmassen unterschiedlicher
Rezeptur, optimale Betriebsparameter, wie Drehzahlen und Friktionen
(Drehzahlunterschiede von benachbarten Walzen eines jeweiligen Spaltes)
für jede
Walze 10, 12, 14, 16, 18 und
jeden Motor 22 und/oder Anpressdruck im Spalt zwischen
den Aufgabewalzen 10, 12 abgespeichert.
Bei
einem Wechsel von einem zu vermahlenden Gut zu einem anderen zu
vermahlenden Gut ist lediglich die gewünschte Gut/Produktrezeptur
an der Bedieneinrichtung 26 anzuwählen. Die Walzenreibmaschine
stellt sich dann mittels der Steuereinrichtung 24 automatisch
selbst auf die entsprechenden Betriebsparameter, wie Drehzahlen,
Friktionen und Druck im Spalt des Aufgabebereiches zwischen den Aufgabewalzen 10 und 12,
ein.
Üblicherweise
sind die Walzen 10, 12, 14, 16 und 18 bombiert,
d.h. ballig bzw. bauchig ausgebildet, so dass sie in ihrem jeweils
mittleren Abschnitt einen größeren Durchmesser
als zu den Rändern
hin aufweisen. Dies ist der besseren Übersicht halber in den 1 bis 3 nicht dargestellt. Dadurch ergibt sich ein
weitgehend konstanter Liniendruck von den einen Spalt bildenden
Walzen auf das zu verarbeitende Gut bzw. das Produkt.
Erfindungsgemäß ist an
einer Traverse 34 des Maschinenständers 20 benachbart
zur Abnahmewalze 18 eine Sensoreinheit 30 angeordnet,
die ein Dicke der Schicht des verarbeiteten Gutes auf der Abnahmewalze 18 vor
der Abnahme über die
gesamte Breite der Abnahmewalze 18 bestimmt. Hierzu ist die
Sensoreinheit 30 an einer Lineareinheit 32 verschiebbar
entlang der Abnahmewalze 18, d.h. im Wesentlichen parallel
zu einer Längsachse
der Abnahmewalze 18, angeordnet. Während des Betriebs der Walzenreibmaschine
wird die Sensoreinheit 30 mittels der Lineareinheit 32 kontinuierlich über die
gesamte Breite der Abnahmewalze 18 oszillierend hin und
her bewegt.
Es
wird somit nicht nur ein ringförmiger
Bereich der Walze 18 betrachtet, sondern die Schichtdicke
auf der gesamten Breite der Walze 18 bestimmt. Die Qualität des Produktes
lässt sich
dadurch wesentlich zuverlässiger überwachen
und aufgrund wesentlich höherer
Anzahl an Messpunkten in Längsrichtung
der Walze 18 auch besser beurteilen. Eine Nachregelung
der Maschinenparameter (Hydraulikdruck der Hydraulikeinheit 28 und/oder
Nachjustierung sämtlicher
Friktionen auf allen fünf
Walzen 10, 12, 14, 16, 18)
ist schon bei geringfügigen
Abweichungen der gemessenen Dicke von einem vorbestimmten Sollwert
für die
Dicke des verarbeiteten Gutes auf der Walze 18 möglich.
Trockene,
bzw. nicht belegte Bereiche auf der Walze 18 werden frühzeitig
erkannt, so dass die Walzenreibmaschine vorbeugend herunter gefahren werden
kann, um Beschädigungen
an den Walzen zu verhindern.
Das
Dickenprofil über
die gesamte Walzenbreite kann kontinuierlich an einem Display der
Bedieneinrichtung 26 der Walzenreibmaschine visualisiert
werden, so dass ein Bediener ständig
das Qualitätsprofil
des Produktes im Auge hat.
Die
Sensoreinheit 30 umfasst bevorzugt zwei Sensoren 36, 38.
Der erste Sensor 36 bestimmt einen Abstand der gesamten
Sensoreinheit 30 zur Oberfläche der Walzen 18 (kontinuierliche
Referenzmessung) und der zweite Sensor 38 bestimmt eine Schichtdicke
des verarbeiteten Gutes auf der Walze 18.
Die
Sensoreinheit 30 liefert ein Signal über die Schichtdicke des verarbeiteten
Gutes auf der Abnahmewalze 18 an die Steuereinheit 24.
Die Steuereinheit 24 ändert
in Abhängigkeit
von diesem Signal über
die Schichtdicke auf der Abnahmewalze 18 die Parameter
der Maschine, insbesondere Hydraulikdruck der Hydraulikeinheit 28 und/oder
Friktion der Walzen, um an der Abnahmewalze 18 ein Produkt vorbestimmter
Qualität,
d.h. Schichtdicke, zu erhalten. Hierzu ist beispielsweise folgendes
Vorgehen mit Regelkreis vorgesehen:
Vorgabe der gewünschten
Soll-Schichtdicke (Sollwert) über
die Bedieneinrichtung 26, wobei dieser Sollwert an die
Steuereinheit 24 übergeben
wird. Vorgabe der bei Abweichung des Istwertes (von der Sensoreinheit 30 gemessene
Schichtdicke auf der Walze 18) vom Sollwert notwendigen
Regelaktionen. Erfassung der Ist-Schichtdicke (Istwert) über die
Sensoreinheit 30. Nachregulierung entweder einzelner oder aller
Antriebsmotoren 22 zur Nachjustierung von Walzendrehzahl
und/oder Friktion, bzw. Nachregulierung der Hydraulikeinheit 28 zur Änderung
des Druckes im Einzugsspalt zwischen den beiden Aufgabewalzen 10, 12.
Kontinuierliche Anzeige des Dickenprofils auf einem Display der
Steuereinheit 24.
Die
Anordnung der Sensoreinheit 30 an der Abnahmewalze 18 ist
lediglich beispielhaft. Die Sensoreinheit 30 kann auch
an jeder anderen Walze vorgesehen sein. Es können auch zwei oder mehr Sensoreinheiten 30 an
einer oder verschiedenen Walzen vorgesehen sein, beispielsweise
um die Schichtdicke des Gutes auf mehreren Walzen gleichzeitig zu
messen.