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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dicke einer Produktschicht auf einer Walze eines Walzwerkes zum Feinverreiben von Kakao, Schokolade, Farbe, Seife und Massen ähnlicher Konsistenz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Seit langem ist man bestrebt, die Produktschicht auf der Walze eines Walzwerks beim Einstellen, Steuern und Regeln des Walzwerks zu berücksichtigen. Aus der DE-PS 12 18 854 ist eine Vorrichtung zum Messen der Dicke der Produktschicht bekannt, die eine auf die Produktschicht aufgepreßte Tastrolle aufweist, deren Bewegungen über ein Hebelwerk verstärkt werden, um den Ist-Wert für die Regelung des Walzenspalts zwischen zwei Walzen abzugeben.
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Da ein derartiges Hebelwerk nicht präzise arbeitet, wurde in der Zusatz-Patentanmeldung nach der DE-OS 15 07 583 statt der mechanischen, eine elektrische Übertragung der Bewegung der Tastrollen vorgeschlagen. Obwohl es theoretisch vorteilhaft ist, die Dicke der Produktschicht, die einen direkten Rückschluß auf die Feinheit des Produkts zuläßt, zum Regeln des Walzwerks zu verwenden, ist diese Lösung durch die Fachwelt nicht angenommen worden, da die Dickenmessung der Produktschicht mittels der auf der Produktschicht aufliegenden Tastrolle erhebliche Schwierigkeiten bereitet und kein exaktes Meßergebnis gewährleisten kann.
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Aus der GB-PS 8 24 847 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen Messen bekannt, die eine an einem beweglichen Support angebrachte, pneumatische Meßdüse aufweist. Der Support ist über ein Parallelogrammgetriebe mit einem Halter verbunden, der unmittelbar von einem pneumatischen Heber beaufschlagt ist. Die Meßdüse ist dabei über eine Druckleitung mit dem pneumatischen Heber verbunden, so daß dieser in Abhängigkeit vom an der Meßdüse herrschenden Staudruck betätigt wird.
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Ein Lenker des Parallelogrammgetriebes ist dabei über ein Schwenklager beweglich mit einem Lagerblock verbunden.
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Der Meßdüse und dem Heber wird Druckluft zugeführt. Bewegt sich die pneumatische Meßdüse auf eine Oberfläche zu, so steigt der Staudruck an der Meßdüse und der pneumatische Heber wird in Abhängigkeit von diesem Druck so betätigt, daß sich die Meßdüse von der Oberfläche wegbewegt. Nun sinkt der Staudruck und der Heber bewegt die Meßdüse wieder auf die Oberfläche zu. Dieser Vorgang wiederholt sich abwechselnd so lange, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat und die Meßdüse einen bestimmten Abstand zur Oberfläche aufweist.
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Hierbei ist das Parallelogrammgetriebe nicht in der Lage, die genaue vertikale Verschiebung des Supports zu gewährleisten, da der Halter auf der beweglichen Seite des pneumatischen Hebers angeordnet ist, und so bei einer Verschiebung aus seiner vertikalen Lage ausgelenkt werden kann. Hieraus ergibt sich, daß der zwischen der Meßdüse und der Oberfläche eingestellte Abstand nicht immer gleich groß ist, da dieser Abstand auch vom Winkel zwischen der Oberfläche und dem Support abhängig ist.
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Aus der DE-AS 16 02 972 ist nun eine weitere Einrichtung zum pneumatischen Messen mit einem Parallelogrammgetriebe bekannt, das einen vertikal verschiebbaren Rahmen aufweist, an dem die Meßdüse angebracht ist. Zwei senkrecht zum Rahmen befestigte parallele Blattfedern erstrecken sich vom Rahmen zu einem vertikal angeordneten Grundkörper und sind an diesem befestigt. Ein als pneumatischer Heber wirkender Faltenbalg ist mit seinem beweglichen Abschlußteil unmittelbar am Rahmen befestigt, und ist über einen Verstärker mit der Meßdüse verbunden. Eine Betätigung des Faltenbalgs in Abhängigkeit vom Staudruck der Meßdüse bewirkt nun, daß die Meßdüse um genau den Betrag verschoben wird, um den auch das obere Abschlußteil des Faltenbalgs angehoben wird.
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Ferner ist aus der US-PS 29 82 124 eine pneumatische Meßvorrichtung bekannt, deren Meßdüse an einem vertikalen Support angeordnet ist. Dieser ist über ein doppeltes Parallelogrammgetriebe an einem Grundteil befestigt. Auch bei dieser pneumatischen Meßvorrichtung ist ein pneumatischer Heber vorgesehen, der so mit der Meßdüse verbunden ist, daß ein Druckanstieg an der Meßdüse ein Anheben des Supports bewirkt. Der Support wird dabei so von dem Heber beaufschlagt, daß die Verschiebung des Supports genau der durch den Heber bewirkten Verschiebestrecke entspricht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Meßvorrichtung zu schaffen, bei der die Verschiebung der Meßdüse stets genau vertikal zur zu messenden Oberfläche erfolgt, um die Dicke einer auf dieser Oberfläche aufgebrachten Schicht zu messen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch das Festhalten des Halters bei der Erfindung wird sichergestellt, daß der bewegliche Support vom Parallelogrammgetriebe stets genau parallel zu sich selbst verschoben wird, wodurch die vertikale Ausrichtung der Distanzmeßeinrichtung, die einen pneumatischen und einen elektrischen Meßfühler aufweist, stets erhalten bleibt. Die beiden Meßfühler ermitteln also in jedem Fall den exakten Abstand zur zu messenden Oberfläche.
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Darüber hinaus bewirkt die Kraftübertragung vom pneumatischen Heber über einen der Lenker auf den beweglichen Support, daß die Verschiebungsstrecke des Supports größer ist, als der Verschiebeweg des pneumatischen Hebers, so daß nur geringe Druckunterschiede nötig sind, um eine merkliche Verschiebung der Distanzmeßeinrichtung zu bewirken.
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Dadurch, daß die pneumatische Meßdüse zur Steuerung eines konstanten Abstands zwischen der Distanzmeßeinrichtung und der Oberfläche der Produktschicht verwendet wird, erreicht man, daß die nicht lineare Charakteristik der pneumatischen Messung die Messung der Dicke der Produktschicht nicht beeinflußt.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
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Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Dicke einer Produktschicht,
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Fig. 2 einen Schnitt durch eine in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendete pneumatische Meßdüse in vergrößertem Maßstab und
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Fig. 3 einen Schnitt durch einen in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Verstärker.
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Eine Walze 11 eines Walzwerkes ist in Fig. 1 angedeutet. Sie besteht aus metallischem Material, insbesondere aus dem als Hartguß bekannten Gußeisen. Sie weist eine axiale Bohrung 12 auf, die zur Kühlung, meistens durch Zirkulation einer Kühlflüssigkeit, benützt wird. Auf der Oberfläche der Walze 11 ist die Produkteschicht 13 dargestellt, die entstanden ist, wenn das Produkt durch den Spalt zwischen zwei Walzen hineingezogen worden ist, wobei ein intensives Verreiben stattgefunden hat. Bekanntlich drehen die einzelnen Walzen eines Walzwerkes immer mit einer größeren Umfangsgeschwindigkeit als die jeweils vorhergehende Walze.
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Zum Beispiel kann die Dicke der Produktschicht bei einem Fünfwalzwerk für Schokolade bei der zweiten Walze ca. 45 µm betragen. Sie nimmt progressiv ab bis zu ca. 13 µm bei der fünften Walze.
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Am nichtdargestellten Ständer des Walzwerkes ist eine Grundplatte 15 für die Meßvorrichtung befestigt. Sie trägt den festen Halter 16 eines Parallelogrammgetriebes 17, an dessen horizontalen Lenkern 18, 19 ein beweglicher Support 20 angelenkt ist. Der bewegliche Support 20 trägt einen Anschlag 21. Zwischen dem Lenker 19 und der Grundplatte 15 ist eine Zugfeder 22 angeordnet.
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Auf dem Support 20, in der Nähe der Walze 11 sind eine pneumatische Meßdüse 23 und als elektrischer Meßfühler eine induktive Distanzmeßsonde 24 befestigt. Die Meßdüse 23 ist über Leitungen 27, 28 über ein Druckregulierventil 29 a einem Gebläse 30 angeschlossen.
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Die Konstruktion der Meßdüse 23 geht aus der Fig. 2 hervor. Eine Bohrung 33 dient als Anschluß an die Leitung 28. Sie ist über eine Drosselstelle 34 mit einer Bohrung 35, die zur Ausblaseöffnung 36 führt, verbunden. Der Querschnitt der Bohrung 35 erweitert sich sprunghaft gegenüber demjenigen der Drosselstelle 34. Eine Bohrung 37 schließt sich an der Bohrung 35 an, und führt zu einem seitlichen Signalausgang 38. Vom Signalausgang 38 führt eine Leitung 41 zu einem Druckbegrenzungsventil 42, das ausgangsseitig mit einer Leitung 43 an einen Verstärker 44 angeschlossen ist.
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Der Verstärker 44 wird über eine Leitung 45 vom Druckregulierventil 29 beaufschlagt. Vom Verstärker 44 führt eine Leitung 46 zu einem einstellbaren Drosselventil 47, das ausgangsseitig über eine Leitung 48 mit einem pneumatischen Heber 49 verbunden ist. Der Heber 49 besteht aus einem Topf 51, der durch eine Membrane 50 abgeschlossen ist. Die Membrane 50 überträgt die pneumatische Kraft auf den Lenker 19 des Parallelogrammgetriebes 17.
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Die Konstruktion des Verstärkers 44 geht aus der Fig. 3 hervor. Im Gehäuse 52 ist eine Bohrung 53 zum Anschluß an die Leitung 45 für den Systemdruck vorgesehen. Die Bohrung 53 mündet in eine Bohrung 54, die einerseits an die Leitung 46 zum Drosselventil 47 angeschlossen ist, und anderseits an einem Ventilsitz 55 für eine Steuermembrane 56 endet, die im Gehäuse 52 befestigt ist. Die Steuermembrane 56 begrenzt eine Abluftkammer 57, die mit einer Abluftbohrung 58 versehen ist, und eine Steuerkammer 59, die eine Steuerbohrung 60 zum Anschluß an die Leitung 41 für den Meßdruck aufweist.
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Die induktive Distanzmeßsonde 24 ist über eine Leitung 61 am Meßverstärker 62 angeschlossen. Dieser ist ausgangsseitig über eine Leitung 63 mit einer Null-Punkt-Verschiebungsschaltung 64 verbunden. Von der Null-Punkt-Verschiebungsschaltung 64 führt eine Leitung 65 zu einer Anzeige 66 und eine Leitung 67 zur Steuerung 71 des Walzwerkes.
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Im Betrieb wird die vom Gebläse 30 gelieferte Druckluft beim Druckregulierventil 29 auf einen Überdruck von 0,2 bar reguliert. Die Druckluft gelangt über die Leitung 28, die Bohrung 33, die Drossel 34, die Bohrung 35 zur Ausblaseöffnung 36, so daß der austretende Strahl gegen die Oberfläche der Produktschicht 13 gerichtet ist. Weil die Bohrung 37 in nächster Nähe zum Übergang der Drossel 34 in die Bohrung 35 angeordnet ist, herrscht beim Signalausgang 38 ein Meßdruck, der je nach dem Abstand zwischen der Ausblaseöffnung 36 und der Produkteschicht 13 positiv oder negativ sein kann.
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Nähert sich die Ausblasedüse 23 der Produkteschicht 13 an, so steigt der Meßdruck, der über die Leitung 41 und das Druckbegrenzungsventil 42 zum Verstärker 44 geführt wird. Der Meßdruck hält die Membrane 56 geschlossen und der Verstärker 44 leitet den vollen, ihm über die Leitung 45 zugeführten Systemdruck aus dem Druckregulierventil 29 über die Leitung 46, die Drossel 47 und die Leitung 48 zum Topf 51 des Hebers 49.
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Die durch den Druck auf die Membrane 50 erzeugte Kraft überwindet die aus dem Gewicht des beweglichen Supports 20 mit dem Parallelogrammgetriebe 17 und aus der Federkraft der Zugfeder 20 resultierende Kraft. Der bewegliche Support 20 entfernt die Meßdüse 23 von der Produkteschicht 13, und wenn der Meßdruck beim Signalausgang 38 negativ ist, entfernt sich die Membrane 56 vom Ventilsitz 55 des Verstärkers 44. Über Abluftkammer 57 und Abluftbohrung 58 bläst der Verstärker 44 die Systemdruckluft und die Druckluft aus dem Topf 51 aus. Gewicht und Federkraft überwinden die pneumatische Kraft des Hebers 49, und der bewegliche Support 20 bringt die Ausblasedüse 23 näher an die Produkteschicht 13. Der Druck am Signalausgang steigt somit wieder, und die Meßdüse 23 wird wieder von der Produkteschicht 13 entfernt. Dieses Spiel wiederholt sich bei hoher Frequenz und kleiner Amplitude, so daß der Abstand der Ausblasedüse 23 zur Produkteschicht 13 mit sehr geringer Amplitude um einen konstanten Wert pendelt.
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Der Meßdruck beim Signalausgang 38 hängt sehr genau von der Distanz der Ausblaseöffnung 36 zur Oberfläche der Produkteschicht 13 ab, so daß die Meßdüse 23 als berührungslose Distanzmeßeinrichtung funktioniert. Der Druck des austretenden Strahles stört in keinem Fall die Produkteschicht 13 auf der rotierenden Walze 11.
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Der Heber 49 wirkt als Stellvorrichtung für den beweglichen Support 20. Das Drosselventil 47 dämpft die Steuerbewegungen, so daß selbst bei einem plötzlichen Aussetzen der Produkteschicht 13 keine zu großen Schwankungen entstehen. Sollte sich die Meßdüse 23 zu nahe an die Produkteschicht 13 nähern, so bläst das Druckbegrenzungsventil 42 die vom Signalausgang 38 kommende Luft aus, was die beweglichen Teile des Verstärkers 44 vor Beschädigung schützt. Der Anschlag 21 verhindert, daß die Ausblasedüse 23 die Produkteschicht 13 berühren kann.
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Die induktive Distanzmeßsonde 24 mißt ihren eigenen Abstand zur metallischen Oberfläche der Walze 11. Das entsprechende Meßsignal wird über die Leitung 61 dem Meßverstärker 62 zugeführt, der über die Leitung 63 den Wert der Distanz an die Null-Punkt-Verschiebungsschaltung 64 übergibt. Diese wird eingestellt bevor das Walzwerk mit Produkt arbeitet. Der aus der Meßdüse 23 austretende Strahl trifft auf die blanke Oberfläche der Walze 11, und die vorher beschriebene pneumatische Steuerung hält die Meßdüse 23 auf die praktisch konstante Soll-Distanz von der Oberfläche der Walze 11. Der vom Meßverstärker 62 über die Leitung 63 abgegebene Wert der Distanz der Distanzmeßsonde 24 zur blanken Oberfläche der Walze 11 wird bei der Null-Punkt-Verschiebungsschaltung 64 abgeglichen, so daß die Anzeige 66 Null zeigt. Beim Beaufschlagen der Walze 11 mit einer Produkteschicht 13 verschiebt sich die Meßdüse 23 und mit ihr die Distanzmeßsonde 24, um einen Weg, der gleich ist wie die Schichtdicke.
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Damit zeigt die Anzeige 66 den tatsächlichen Wert der Schichtdicke. Der gleiche Wert wird über die Leitung 67 an die Steuerung 71 des Walzwerkes abgegeben.
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Die Steuerung 71 des Walzwerkes kann die verschiedensten Formen annehmen. Eine Erhöhung der Dicke der Produkteschicht bis über ihren Soll-Wert kann eine Verminderung der Größe des Walzenspaltes regulieren. Sie kann auch eine Erhöhung der für die Anpressung der Walzen vorgesehenen Kräfte regeln. Bei zu kleinem Wert der Dicke der Produkteschicht, insbesondere beim Wert Null, kann die Steuerung, wie eine bisherige Trockenlaufsicherung, den Antrieb der Walzen abstellen, und das Auseinanderrücken dieser Walzen veranlassen.
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Besonders geeignet ist die Verwendung der Messung der Dicke der Produktschicht beim Regeln der Walzenspaltbreite über die Veränderung der Walzentemperatur, wie in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 30 16 786.3 beschrieben. Bei gleichbleibender Walzenanpreßkraft bewirkt die Temperaturveränderung eine Veränderung der Viskosität des Produktes, und somit eine Veränderung des Walzenspaltes.
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Es könnten andere berührungslose Meßeinrichtungen vorgesehen werden. Zum Beispiel könnte statt der induktiven Meßsonde 24 ein elektrischer Meßfühler auf dem magnetischen Prinzip verwendet werden.