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Verfahren und Vorrichtung zur Leerlaufkontrolle für Reibwalzwerke
Unter Reibwalzwerken werden solche Vorrichtungen verstanden, in denen das zu verarbeitende
Gut zwischen den Walzen unterschiedlicher Drehzahl Scherkräften unterworfen wird,
was ein hervorragend verfeinertes, durchmischtes, benetztes und homogenisiertes
Produkt liefert.
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Die Walzen von solchen Reibwalzwerken werden unter sehr großem Druck
gegeneinandergepreßt. Die Drehzahl zweier benachbarter Walzen ist verschieden. Der
Drehzahlunterschied wirkt sich bei normalem Materialfluß zwischen den Walzen auf
deren Oberflächen nicht schädlich aus. Setzt aber die Speisung des Walzwerks -durch
zu verarbeitendes Produkt aus und laufen die Walzen leer, dann drehen die Walzen
mit deren unterschiedlichen Drehzahlen blank aufeinander, was größte Reibung bewirkt.
Dadurch erhitzt sich die Walzenhaut sehr rasch auf hohe Temperaturen, was in kurzer
Zeit zur Zerstörung der Walze führt.
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Diese Erhitzung der Walzenhaut läßt sich selbst durch intensive Kühlung
der Walzen in deren Innerem nicht vermeiden. Es wurde festgestellt, daß die Zunahme
der Kühlflüssigkeitstemperatur erst viel später als der Walzenhauttemperaturanstieg
erfolgt, d. h. daß der Wärmeübergang von der Walzenhaut ins Walzeninnere nicht mit
dem Temperaturanstieg auf der Walzenhaut Schritt hält. Es war deshalb schon längst
ein Anliegen der Reibwalzwerkfabrikanten und -verbraucher, derartige Beschädigungen
durch selbsttätige überwachungs- und Stillsetzvorrichtungen auszuschalten. Durch
das Fehlen geeigneter, empfindlicher überwachungsgeräte konnte dieses Problem kaum
gelöst werden.
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Es ist bekannt, den Vorrat bei der ersten Walze durch einen Niveaufühler
und die Materialführung beim Abstreifen von der letzten Walze durch ein vom abfließenden
Material getriebenes Rad oder durch einen von diesem Material betätigten Fühler
zu überwachen, wobei das Rad eine Lochscheibe im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle
und einer Fotozelle treibt oder der Fühler einen Schalter betätigt. Fotozelle bzw.
Schalter bewirken sodann ein Einschalten der Speisepumpe. Diese überwachungsmethode
weist den Nachteil auf, daß durch das Material stets eine Verschmutzung des Rades
bzw. des Fühlers erfolgt, was die überwachungsgenauigkeit nachteilig beeinflußt.
Zudem ist nicht irgendeine, besonders gefährdete Walze überwachbar.
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Durch die Erfindung werden zur überwindung der genannten Nachteile
und zur Erreichung des gesetzlichen Zieles auf wirtschaftliche Weise ein Verfahren
und Mittel zur Durchführung des Verfahrens gefunden, die im folgenden gezeigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leerlaufkontrolle für Reibwalzwerke,
bei dem der vom Walzwerk verarbeitete Materialstrom elektrisch erfaßt wird, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die durch den beschichteten oder unbeschichteten Zustand
der Walze bedingten Eigenschaftsänderungen ihrer Oberfläche unmittelbar digital
erfaßt werden.
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In Weiterführung der Erfindungsidee werden verschiedene Vorrichtungen
zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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Bei einer dieser Vorrichtungen, die in bekannter Weise ein zur Erfassung
der Eigenschaftsänderungen dienendes elektrisches Organ aufweist, besteht das elektrische
Organ aus einem photoelektrischen Wandler, auf den die von einer Lichtquelle emittierte
und von der Eigenschaftsänderung der Walzenoberfläche beeinflußte Reflexionsstrahlung
auftrifft.
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Bei einer anderen Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist das elektrische Organ in Form einer Elektrode Teil einer kapazitiven
Meßvorrichtung.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung zusammen mit der Beschreibung
erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Reibwalzwerk für die Verarbeitung von Schokoladen
mit einer Leerlaufkontrollvorrichtung
in prinzipieller parallelperspektivischer
Darstellung; F i g. 2 zeigt eine photoelektrische Leerlaufkontrollvorrichtung in
prinzipieller Schaltanordnung erster Ausführungsart; F i g. 3 zeigt eine elektrokapazitive
Leerlaufkontrollvorrichtung in prinzipieller ' Schaltanordnung zweiter Ausführungsart;
F i g. 4 zeigt eine Verschiebevorrichtung für die Leerlaufkontrollvorrichtung, parallel
zur Walze und entlang der ganzen Länge.
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Zwei Walzenstuhlständer 1 und 2 (F i g. 1) dienen zur Aufnahme der
Walzen 3, 4, 5, 6 und 7 und eines Motors B. Im Walzenstuhlständer 1 ist eine Steuerrung
9 untergebracht. Eine Leerlaufkontrollvorrichtung 10 wird durch einen Tragstab 11
nähe der obersten Walze 7 gehalten. Dem ersten Walzenpaar 3 und 4 ist eine
Speisewanne 12 zugeordnet.
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Als Leerlaufkontrollvorrichtung 10 wird vorerst die in F i g. 2 gezeigte
fotoelektrische Anordnung `verwendet. Die Anordnung ist in einem Gehäuse 21, .das
durch eine Lasche 22 am Tragstab 11 aufgehängt ist, untergebracht. Zwischen dem
Gehäuse 21 und der Walze 7 besteht ein kleiner Zwischenraum. Als Lichtquelle ist
an eine Batterie 23 über eine Leitung 24 und zurück über einen veränderlichen Widerstand
26 die eine Lampe 25 angeschlossen. Der fotoelektrische Schaltkreis besteht aus
einem Kathodenverstärker mit einem zeitverzögernd ansprechenden magnetischen Schalter
40. An die Leitung 24 ist eine Elektronenröhre 30 und über einen Widerstand 31 eine
Fotodiode 32 angeschlossen. Die Kathode der Elektronenröhre 30 ist über einen Widerstand
35 und die Kathode der Fotodiode 32 über einen Wider--stand 34 zur Leitung 36 und
von hier zurück zur Batterie 23 verbunden. Von der Kathode der Elektronenröhre 30
führt ein Gleichrichter zu einem RC-Glied, bestehend aus einem Kondensator 38 und
einem parallel dazu angeordneten veränderlichen Widerstand 39, der in Reihe zu einem
magnetischen Schalter 40 liegt. Der magnetische Schalter 40 weist
einen Schaltkontakt 41 auf, von dem die beiden Schaltleitungen 42, 43 nach außen
führen. Die Leitung 36 ist geerdet und stellt daher das definierte Potential der
Schaltung dar. Der Fotodiode 32 ist ein optisches System, bestehend aus einer doppelkonvexen
Linse 44 und doppelkonkaven Linse 45, zugeordnet.
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Zwischen der Lichtquelle 25 und dem Lichtempfänger 32 ist eine Trennwand
46 vorgesehen. Auf der Walze 7 befindet sich das zu verarbeitende Material 15.
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Diese Vorrichtungsanordnung erlaubt folgende Funktionsweise: Das zu
verarbeitende Material wird in die Speisewanne 12 gegeben und von dort durch die
ersten beiden Walzen 3 und 4 eingezogen (F i g. 1). Von hier wird das Material über
die einzelnen Walzen 5, 6 und 7 weitergeführt, die gegeneinander verschiedene Tourenzahlen
aufweisen. Der letzten Walze 7 ist eine nicht gezeigte Abstreifvorrichtung auf der
Rückseite des Reibwalzwerks zugeordnet. Diese letzte Walze ist mit der Leerlaufkontrollvorrichtung
versehen und derart kontrolliert, daß ein Leerlauf des Reibwalzwerks nicht möglich
ist, weil eine leer laufende Walze über die Steuerung 9 das Reibwalzwerk ausschaltet.
Es wird im wesentlichen die diffuse Reflexion einer durch die Lampe 25 beleuchteten
Walze 7, die mit Material 15 belegt ist, durch das optische System 44; 45 erfaßt
und gebündelt der Fotodiode 32 zugeführt, die über die Verstärkerschaltung auf den
magnetischen Schalter 40 einwirkt.
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Solange die diffuse Reflexion nur gering ist, fließt von der. Batterie
23- durch die Leitung 24, den Widerstand 31, die Fotodiode 32 und
den Widerstand 34 nur ein geringer Strom. Dieser geringe Strom bewirkt nur eine
kleine Spannung über dem Widerstand 34. Damit liegt auch die Spannung am Gitter
der Elektronenröhre 30 über den Schutzwiderstand 33 so tief, daß der Elektronenstrom
fast Null ist. Damit ist aber auch die Spannung über dem Widerstand 35 an
der Kathode der Elektronenröhre 30
sehr gering. Die Ladung des Kondensators
38 und die gleichzeitige Entladung dieses Kondensators über den veränderlichen Widerstand
39 und den magnetischen Schalter 40 liegen so zueinander, daß kein Schalten des
magnetischen Schalters 40 möglich ist. Erfolgt nun durch eine stärkere Reflexion
infolge einer blanken Walze eine intensivere Beleuchtung der Kathode der Fotodiode
32, so steigt der Fotodiodenstrom an und damit auch die Spannung über dem Widerstand
34. Gleichzeitig steigt über den Schutzwiderstand 33 die Spannung am Gitter der
Elektronenröhre 30 an, was zu einem größeren Strom durch die Elektronenröhre 30
und damit durch den Widerstand 35 führt.
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Damit steigt aber auch die Spannung über diesen Widerstand 35 an.
Durch den Gleichrichter 37 wird der Kondensator 38 stärker aufgeladen, und über
den veränderlichen Widerstand 39 und den magnetischen Schalter 40 fließt
ein gewisser Strom ab. Durch diese RC-Schaltung ergibt sich ein verzögertes Ansprechen
des magnetischen Schalters 40 und damit eine verzögerte Schaltwirkung durch die
Schaltleitungen 42 und 43 in die Steuerung 9. Dieses verzögerte Ansprechen ist erwünscht,
weil gewisse Unregelmäßigkeiten im Materialfluß nicht sofort zum Stillsetzen des
Walzwerks führen sollen. Die Leerlaufkontrollvorrichtung 10 kann irgendeiner
Walze 3 bis 7 zugeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel ist sie aber
der Walze 7 aus Gründen geringer Verschmutzung zugeordnet.
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Diese Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß eine objektive und nicht
nur vergleichende Messung durchgeführt wird.
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Die F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Leerlaufkontrollvorrichtung,
die auf dem kapazitiven Meßverfahren beruht.
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In einem Gehäuse 51 ist eine an und für sich bekannte Brückenschaltung
angeordnet. Das Gehäuse 51 ist durch die Lasche 22 am Tragstab 11 befestigt. Die
Vorrichtung ist vorzugsweise nahe der Einzugswalzen 3 und 4 angeordnet. Eine Meßsonde
52 nahe der Walze 4, deren Achse 53 den definierten Massepunkt mit Nullpotential
darstellt, bildet die veränderliche Kapazität der Brückenschaltung, wobei die veränderliche
Schichtstärke des zu verarbeitenden Materials 15 das veränderliche Dielektrikum
bildet. Die Meßsonde 52 ist dabei über eine Isolierschicht 55 am Gehäuse 51 befestigt.
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Die Schaltung umfaßt die beiden Speiseleitungen 56 und 57, die zu
einem Verzögerungsrelais 58 mit einem Schaltkontakt 59 und diesem folgend zu beiden
Brückenpunkten 60 und 61 führen. Vom Brükkenpunkt 60 führen zwei gleiche Brückenzweige
mit den Widerständen 62 und 63 und den Dioden 64 und
65 zu den beiden
weiteren Brückenpunkten 66 und 67. Der dritte Brückenzweig wird vom Brückenpunkt
66 über die Leitung 68 zur Meßsonde 52, das Dielektrikum 15 zur Walze 4 und vom
Massepunkt 53 über den Schleifkontakt 70 und die Leitung 71 zum Brükkenpunkt 61
geschlossen. Der vierte Brückenzweig umfaßt eine veränderliche Kapazität 72. An
die Brückenpunkte 66 und 67 ist die zeitverzögernde Schaltung angeschlossen, wobei
vom Brückenpunkt 67 eine Verbindung durch Leitung 74 zum Kondensator 75 besteht,
während der Brückenpunkt 66 über Leitung 76 mit dem zweiten Pol des Kondensators
75 verbunden ist. Parallel zu dem Kondensator 75 liegen der veränderliche Widerstand
39 und der in Reihe zu diesem geschaltete Schalter 40. Der magnetische Schalter
40 besitzt den Schaltkontakt 41, von wo die Schaltleitungen 42 und 43 nach außen
in die Steuerung 9 führen.
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Durch diese an und für sich bekannte Brückenschaltung ergibt sich
folgende Funktionsweise: Die Speiseleitungen 56 und 57 sind an ein Wechselstromnetz
angeschlossen. Das Relais 58 zieht zeitverzögert den Kontakt 59 an, womit die Brücke
erregt wird. Durch die beiden festen Brückenzweige 60 bis 66 und 60 bis 67 mit den
Widerständen 62 und 63 und den Dioden 64 und 65 wird sowohl der Arbeitspunkt der
Brücke festgelegt als auch gleichzeitig eine Gleichrichtung des Ausgangsstromes
erreicht. Durch den veränderlichen Kondensator 72 zwischen den Brückenpunkten 61
und 67 wird eine Abgleichung auf einen bestimmten Nullpunkt der Brücke ermöglicht.
Dieser Nullpunkt der Brücke wird z. B. so festgelegt, daß bei einer bestimmten Schichtstärke
des zu verarbeitenden Materials 15 auf der Walze 4 die gesamte Brücke im Gleichgewicht
ist, d. h. daß die Brückenpunkte 66 und 67 potentialmäßig gegenüber dem Massepunkt
61 bzw. gegenüber der Wellenachse 53 gleich liegen. Läuft nun die Walze
4 leer, so verändert sich die Kapazität zwischen der Meßsonde 52 und der
Walzenachse 53 und daher auch zwischen den Brückenpunkten 61 und 66, so daß die
beiden Brückenpunkte 66 und 67 nicht mehr auf gleichem Potential sind. Damit wird
aber die Kapazität 75 über die Leitungen 76 und 74 aufgeladen und gleichzeitig je
nach dem Widerstandswert des magnetischen Schalters 40 und der Einstellung des veränderlichen
Widerstandes 39 nach einer bestimmten Zeitfunktion entladen. Damit wird ein zeitverzögertes
Ansprechen des magnetischen Schalters 40 erreicht. Schließt nun der Schaltkontakt
41, so wird eine bestimmte Schaltwirkung über die Schaltleitungen 42 und 43 in die
Steuerung 9 vorgenommen.
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Sollte die verfügbare Schaltleistung in den Leitungen 74 und 78 zu
klein sein, so besteht ohne weiteres die Möglichkeit, an die beiden Brückenpunkte
66 und 67 eine bekannte Verstärkerschaltung anzuschließen und die zeitverzögernde
Wirkung auf den magnetischen Schalter 40 nach dieser vorzusehen. Auch kann die zeitverzögernde
Wirkung ohne weiteres irgendwo in der Verstärkerschaltung vorgenommen werden.
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Die Zeitverzögerung des Relais 58 auf dessen Schalter 59 ist so eingestellt,
daß beim Anfahren des Reibwalzwerks mit anfänglich leeren Walzen nicht schon der
magnetische Schalter 40 anspricht. Das zeitverzögerte Ansprechen des magnetischen
Schalters 40 ist so vorgesehen, daß das Reibwalzwerk bei kurzzeitigen Unterbrechungen
der Materialzuführung auf der Walze 4 trotz richtiger Speisung nicht stillgesetzt
wird.
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Diese Vorrichtungsanordnung ist dort vorteilhaft anwendbar, wo lichtelektrische
Meßverfahren nach F i g. 2 nicht oder nur schwer durchführbar sind, nämlich dort,
wo Materialien mit nahezu gleicher Reflexion wie derjenigen der blanken Walze zur
Verarbeitung kommen.
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Wie aus der Reibwalztechnik genügend bekannt ist, soll die Überwachung
von Walzen nicht an einer einzigen Stelle erfolgen, sondern möglichst über deren
ganze Breite, da bei falscher Einstellung der Walzenpressung eine ungleichmäßige
Materialschicht auf den Walzen entsteht. Um diesen Nachteil zu beheben, kann es
vorteilhaft sein, mehrere Leerlaufkontrollvorrichtungen 10, über eine ganze
Walzenbreite zu verteilen. Dieser beträchtliche apparative Aufwand läßt sich wesentlich
vermindern, wenn man eine einzige Leerlaufkontrollvorrichtung 10 vorsieht und diese
über die Walzenbreite verschiebbar anordnet. Eine derartige Verschiebevorrichtung
wird an Hand von F i g. 4 aufgezeigt.
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In der Lasche 22 der Leerlaufkontrollvorrichtung 10 ist eine Gewindespindel
80 vorgesehen. Diese Gewindespindel 80 wird von einem Getriebemotor 85 über ein
Getriebe 86 angetrieben und ist weiter im Walzenstuhlständer 2 gelagert. Eine Schaltstange
81 und eine Führungsstange 82 (F i g. 3 und 4) dienen zur Stabilisation der
Leerlaufkontrollvorrichtung 10. Diese sind in den Walzenstuhlständern
1 und 2 gelagert. Die Schaltstange 81 ist zwischen den beiden
Walzenstuhlständern 1 und 2 mit zwei Schaltnocken 90 und 91 und im Walzenstuhlständer
1 mit einer Schaltkurve 92 versehen. Die Schaltkurve 92 betätigt den Kippschalter
93 mit den Schaltkontakten 930, 931 und 932. Wahlweise in die Rasterungen 94 der
Schaltkurve 92 greift die Rasterspitze 95 ein, die durch die Feder 96 gegen die
Schaltkurve 92 gedrückt wird, derart, die Lage des Kippschalters 93 definierend.
Von den Schaltkontakten 930, 931 und 932 führen Leitungen in den Schaltschrank 99,
mit dem auch der Getriebemotor 85 verbunden ist. Diese Vorrichtung ergibt folgende
Funktionsweise: In der gezeigten Lage der einzelnen Steuerungselemente 90 bis 96
wird die Leerlaufkontrollvorrichtung 10 durch die Gewindespindel 80 nach rechts
verschoben. Stößt das Gehäuse der Leerlaufkontrollvorrichtung 10 auf den Schaltnocken
91, wird dieser nach rechts gedrückt, damit auch die Schaltkurve 92, womit der Kippschalter
93 aus seiner Kontaktlage 930 bis 932 in die Kontaktlage 930 und 931 umschaltet.
Gleichzeitig rastert die Rasterspitze 95 in die linke Rasterung 94 ein. Der Getriebemotor
85 wird damit über den Schaltschrank 99 in die andere Drehrichtung umgeschaltet;
die Leerlaufkontrollvorrichtung 10 bewegt sich nach links. Beim Auftreffen der Leerlaufkontrollvorrichtung
10 auf den Schaltnocken 90 wird die Schaltstange 81 nach links in
die gezeigte Lage gedrückt, und der Getriebemotor 85 wird durch Umschaltung des
Kippschalters 93 in die Kontaktlage 930 bis 932 über den Schaltschrank
99
wieder in die entgegengesetzte Drehrichtung umgepolt.
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Durch diese Vorrichtungsanordnung wird die eingangs erwähnte Überwachung
der gesamten Walzenbreite durch nur eine Leerlaufkontrollvorrichtung ermöglicht.
Die Abtastgeschwindigkeit kann frei gewählt
werden. Die Vorrichtung
zeichnet sich durch eine einfache und betriebssichere Wirkungsweise aus. An Stelle
einer mechanischen Umschaltung der Verschieberichtung läßt sich diese auch auf elektronischem,
z. B. fotoelektrischem Wege durchführen.
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In automatischen Verarbeitungsanlagen (F i g: 5) läßt sich eine Leerlaufkontrollvorrichtung
10 über die Schaltleitungen 42, 43, die Steuerung 9 und die Leitung 101 auch
zur Ein- und Ausschaltung eines Speisepumpenmotors 102, einer Speisepumpe
103
zwischen einer Speiseleitung 104 und einem Einlaufstück 105 in Zusammenarbeit
mit einem fotoelektrischen Niveauüberwachungsgerät 106 verwenden. An der obersten
Walze 7 mit der ihr zugeordneten Leerlaufkontrollvorrichtung 10 ist ein Abstreifer
107 angebracht. Ein Alarmhorn 110 ist vorgesehen.
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Diese Vorrichtungsanordnung weist folgende Funktionsweise auf: Die
Speisepumpe 103 fördert das durch die Speiseleitung 104 zufließende Material durch
das Einlaufstück 105 in die Speisewanne 12. Überschreitet der Materialpegel das
durch das fotoelektrische Niveauüberwachungsgerät 106 festgelegte Maß, wird der
Speisepumpenmotor 102 stillgesetzt. Läuft aber die Walze 7 leer, so spricht die
Leerlaufkontrollvorrichtung 10 an und schaltet den Speisepumpenmotor 102 ein. Wird
dieser Speisepumpenmotor 102 nach einer vorgegebenen Zeit durch das fotoelektrische
Niveauüberwachungsgerät 106 nicht abgestellt, d. h. wird in der vorgegebenen Zeit
kein oder nicht genügend Material in die Speisewanne 12 gefördert, so wird das Reibwalzwerk
stillgesetzt, oder es werden die Walzen ausgerückt. Gleichzeitig spricht das Alarmhorn
110 an.
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Durch diese Vorrichtungsanordnung lassen sich einfach und zuverlässig
automatische Schokoladen-und Farbenverarbeitungsanlagen überwachen.
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Die Erfindungsidee ist grundsätzlich nicht auf die beiden gezeigten
Leerlaufkontrollvorrichtungen beschränkt, sondern es läßt sich auch denken, daß
z. B. ein elektromagnetisches System mit einer Brückenschaltung bei der Verarbeitung
von magnetisierbaren Metallen, Metalloxyde enthaltenden Farben u. ä.° anwendbar
ist. Dabei stellt die Materialschicht 15 den veränderlichen Luftspalt dar, bei deren
Veränderung die Brücke verstimmt und ein Schalter 40 zum Ansprechen gebracht
wird.
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An Stelle der gezeigten lichtelektrischen Schaltung nach F i g. 2
erwies sich die Verwendung des an sich bekannten lichtelektrischen Geräts mit Umkehrreflexion,
d. h. mit einem in dem Gerät vorgesehenen halbdurchlässigen Spiegel als vorteilhaft.
Auch kann an Stelle einer fotoelektrischen Schaltung mit einer Fotodiode nach F
i g. 2 ein Fotowiderstand in einer Brückenschaltung, ähnlich der Anordnung nach
F i g. 3, verwendet werden.
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An Stelle der Meßsonde 52 wird zwischen den Brückenpunkten 61 und
66 ein Fotowiderstand angeordnet und in Reflexionsschaltung zusammen mit der Walze
eine Lichtquelle vorgesehen.
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Ähnlich der fotoelektrischen Schaltung nach F i g. 2 läßt sich eine
solche mit Fototransistoren aufbauen, die den Vorteil aufweist, daß gleichzeitig
mit der Umwandlung des reflektierten Lichtstroms in elektrische Werte noch eine
Verstärkung des Fototransistorstroms erfolgt.
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Als weitere Stufe fotoelektrischer Schaltungen sei noch diejenige
mit Fotomultiplicr genannt.
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Alle diese weitergenannten Sonderschaltungen stellen lediglich Varianten
der beiden grundsätzlichen Schaltungsarten, nämlich der eigentlichen Verstärkerschaltung
einerseits und der einer Brükkenschaltung anderseits dar. Es wird aber mit diesen
Schaltungen kein neuer Erfindungsgedanke erreicht, sondern lediglich der apparative
Aufwand in eine andere Ebene verlegt. ,