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INFRAROT-MESSVORRICHTUNG SOWIE VERFAHREN FÜR DIE KONTI-
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NUIERLICHE QUANTITATIVE BESTIMMUNG EINZELNER BESTANDTEI-LE VON MEHL
ODER ANDEREN NAHRUNGSMITTEL-MAHLGÜTERN.
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Infrarot-Meßvorrichtung sowie Verfahren für die kontinuierliche quantitative
Bestimmung einzelner Bestandteile von Mehl oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Infrarotmeßgerät sowie auf ein
Verfahren zur kontinuierlichen quantitativen Messung von Inhalts stoffen von Mehl
oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern in einer rohrförmigen Meßstrecke mit Zwangsförderung
des Meßgutes.
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In der getreideverarbeitenden Industrie wird schon seit einiger Zeit
die Infrarotspektroskopie zur Messung verschiedener Inhalts stoffe (wie Protein
und Wasser) in Mehl angewendet. Diese Inhaltsstoffe weisen unter Infrarotlicht ein
ganz typisches Lichtabsorbtions- und Reflexionsverhalten auf.
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Auf Grund natürlicher Faktoren von Boden und Klima und Klimastabilität
sind insbesondere z.B. im europäischen und angrenzenden Raume sehr unterschiedliche
Getreideernten
eine Tatsache. Ebenfalls im Hinblick auf die Getreideerzeugung
sind die Räume wie USA, Kanada und Australien zusätzlich priviligiert, indem nicht
nur weniger Klimaschwankungen eintreten, sondern darüber hinaus erlauben Böden und
Klima die besten Qualitäten des Getreides zu produzieren, soweit man die grösseren
Mengen des internationalen Getreidehandels in Betracht zieht. Auch hier gilt, wie
bei vielen anderen Gütern, dass für höhere Qualität auch höhere Preise bezahlt werden
müssen. Hinzu kommt, dass jedes Land versucht, die grösstmögliche Erzeugung an Landwirtschaftsprodukten
im eigenen Land zu erhalten. Der Konsument verlangt Brotprodukte, die seinen Vorstellungen
entsprechen, sei es Geschmack, Luftigkeit, Nährwert, dem Preis, usw. Das Zuviel
und Zuwenig wird durch den internationalen Handel ausgeglichen - jedoch mit dem
Nachteil von stark varierenden Qualitäten der Getreideinhaltsstoffe. Mühle und Bäckerei
(mit Berücksichtigung der staatlichen Interessen) bleiben die Optimierungsaufgaben,
um mit - dem grösstmöglichen Anteil an billigen Getreide (tiefe Proteinwerte usw.)
- dem kleinstmöglichen Anteil an teurem Getreide (höhere Proteinwerte usw.) - das
bestmögliche Mehl bzw. Brot herzustellen.
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Heute hat der Markt die Eigenschaft, dass Angebot und Preis starken
und schnellen Aenderungen unterworfen sind, so dass es für eine Mühle heute nicht
mehr tragbar ist, dass sozusagen nach alten Erfahrungswerten Getreide gemischt und
Wasser zugegeben wird. Der Markt und speziell der buch-
halterische
Gesichtspunkt verlangen eine dauernde Anpassung an die jeweils vorliegenden Bedingungen,
was nach dem Einsatz von Computern ruft.
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Grössere Nachforschungen, insbesondere aber eine labormässige Ueberprüfung
der besten zur Zeit bekannten Infrarotmessgeräte führten zu dem Schluß, dass wohl
die Labormessung, nicht aber kontinuierliche Messung in der Fabrikation als gelöst
angesehen werden kann.
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Die Handhabung von Labormesswerten ist in einer Hinsicht sehr einfach:
weicht das Resultat von der Realität ab, wird die Messung im eigenen oder in einem
fremden Labor wiederholt, oder die zweite Möglichkeit man ignoriert das Labormessergebnis
und fabriziert weiter, wenn alle anderen Werte, auch der sensorischen Beurteilung,
dies als verantwortbar zulassen. Hier steht der Mensch mit seinem Entscheid dazwischen.
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Bei der Untersuchung des Problemkreises hatten sich bisher drei Barriere
gezeigt, die als ungelöst gelten: 1) Eine Labormesseinrichtung kann bezüglich ihrer
Bausteine (Elektronik usw.) für weniger große Umwelteinflüsse konzipiert sein.
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Wird ein Labormessgerät jedoch im Fabrikationsbetrieb eingesetzt,
sind die Fehler, die durch die Umwelteinflüsse bedingt sind, in vielen Fällen von
anderen Störungen nicht trennbar.
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2) Ist ein neues System, hier die Infrarotspektroskopie von der theoretischen,
besonders der physikalischen-, chemischen und mathematischen Seite her erforscht,
im Labor überprüft und wird das als brauchbar erkannte System der Einsatzwirklichkeit
unterworfen, so zeigt sich häufig fürs erste Unbrauchbarkeit im Hinblick auf die
praktische Eignung (d.h. durch nichts erklärbare Fehler und Abweichungen treten
auf).
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3) Auch für größere Produktmengen repräsentative Aussagen lassen
sich aufgrund praktischer Messungen bei Einzelproben vielfach nicht ausreichend
sicher ableiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung einzelner Bestandteile von Mehl oder anderen
Nahrungsmittel-Mahlgütern zu entwickeln, welche die beschriehenen Nachteile vermeiden
und insbesondere zu repräsentativen Messresultaten führen, die bei einer Anwendung
in der Praxis derart zuverlässig sind, dass damit die entsprechenden Parameter in
der Verarbeitung direkt steuer- bzw. regelbar sind. Im Vordergrund steht dabei die
Bestimmung der Proteinwerte sowie des Wassergehalts bei Mahlgütern (wie insbesondere
Mehl und mehlige Güter).
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Eine Nebenaufgabe liegt aber auch in der Möglichkeit zur gleichzeitigen
Erfassung weiterer Parameter, wie z.B.
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Asche und Farbe des Mahlgutes.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist bei einer Vorrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass in der Messstrecke eine Einrichtung zum
Verdichten des Messgutes im Bereich eines Messaufnehmers für die Messung des verdichteten
Gutes vorgesehen ist.
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Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Erfindung die aufgezeigten
"Barrieren" völlig entfallenläßt und die dabei auftretenden Probleme überwindet.
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Bei der Erfindung wird das Produkt in der Messstrecke in leicht vorgepreßten
Zustand gebracht und dann im Bereich des ttessaufnehmers für die Infrarotmessuna
verdichtet. Die Vorbereitung wird damit bewusst in zwei Schritten durchgeführt.
Zuerst wird das Produkt unter leichten Druck gesetzt, so dass mit Sicherheit keine
Produkthohlräume mehr vorhanden sind und das Mehl ständig glatt an den Messaufnehmer
anliegt, sogar leicht dagegen gepresst wird. Damit aber sind konstante Arbeitsbedingungen
geschaffen. Ein Schüttgut unterliegt bekanntlich wesentlich anderen Gesetzen, als
eineFlüssigkeit. Beim Schüttgut ist die gegenseitige Abstützung der Partikel ein
hervortretendes Charakteristikum. Das durch die Zwangs förderung leicht gepresste
Mehl wirkt sinngemäss zu einer Büchse, wie sie häufig in einer Laboreinrichtung
für die Messung von Materialeigenschaften verwendet wird. Im Zwangsförderraum kann
das Mehl nicht "fliehen". Also lässt sich örtlich in dem Mehl eine Verdichtung herstellen.
Die Verdichtung wird im Bereich des Messaufnehmers erzeugt. Störende "Randbedingungen
fallen weg, da die Verdichtung innerhalb desselben leicht gepressten Mehles erzeugt
wird und die Luft entweichen kann. Die Messprobe und die Messbedingungen sind in
jeder Hinsicht optimal und reproduzierbar. Somit kann, wie bereits ausgeführt, die
der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe auf überraschend vorteilhafte Weise realisiert
werden.
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Die neue Erfindung erlaubt nun verschiedene besondere vorteilhafte
Weiterausgestaltungsgedanken. Bevorzugt weist das Infrarotmessgerät weitere Steuermittel
für Zwangsförderung auf, zur Unterbrechung der Zwangsförderung während einer Infrarotmessphase.
Mit der Unterbrechung der Zwangsförderung kann ein stetiger Messgutdurchfluss sichergestellt
werden. Die ganze Messgutsäule ruht während der Zeit z. B. 3 - 30 Sekunden. Nach
Beendung der Messung wird die ganze Produktmenge also mit der verdichteten Messprobe
weggefördert. Neues Produkt fliesst nach, so dass die Gefahr der wiederholten Messung
der gleichen Probe, die im Bereich des Messaufnehmers haften bleibt, ausgeschaltet
ist. Dazu hilft die Zwangsförderung für das "reibungslose" Funktionieren vorzüglich.
Mit dem leichten Verschiebedruck wird auch die Messorobe weggeschoben. Wie noch
auszuführen ist, kommt eine zusätzliche Unterstützung, wenn die Zwangsförerung mit
Vibration erfolgt. Das verdichtete Mehl wird bei erneuter Zuschaltung der Vibration
bzw. der Zwangsförderung wieder gelockert. Vorteilhaft ist es, wenn unabhängige
Zeiteinstellelemente vorgesehen sind für die Unterbrechung der Zwangsförderung,
die steuerbaren Druckmittel für die Verdichtung des Messgutes und für die Infrarotmessphase.
Damit lässt sich die Messvorbereitung optimal gestalten und für die Messprobe für
die Infrarotmessung beruhigen. Die Messstrecke kann vorteilhaft im Bereich des Messaufnehmers
eine rohrförmig, geschlossene Form aufweisen, derart, dass ein Messrohr gebildet
wird. Das Infrarotmessgerät soll an dem Messrohr derart befestigt sein, dass die
optische Achse des Infrarotmessgerätes im wesentlichen senkrecht auf die Produktoberfläche
gerichtet ist.
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Die besten Resultate werden erzielt, wenn die steuerbaren Druckmittel
an der Messstrecke in dem Bereich des Messaufnehmers, jedoch gegenüberliegend angeordnet
sind, derart, dass die Druckmittel senkrecht gegen den Messaufnehmer das Messgut
verdichten. Zwischen dem Produkt und dom Messaufnehmer stellt sich so die bestmögliche
Zuordnung her. Dem
Messaufnehmer präsentiert sich eine klar definierte
Messfläche, welche zudem eine definierte Oberflächenbeschaffenheit besitzt.
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Zweckmässig - werden die Druckmittel mit einem Druckkörper ausgebildet,
der in Richtung des Messaufnehmers verschiebbar und von einem weg- und druckeinstellbaren
Pneumatikzylinder betätigbar ist. Der Druckkörper kann aber auch durch eine steuerbare
Magnetspule bewegt werden.
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Ein weiterer interessanter, baulicher Lösungsgedanke ist ein bewegbarer
Löffel als Druckmittel. Dabei wird der Löffel verschwenkbar und über pneumatische
oder elektrische Antriebsmittel gegen den Messaufnehmer hauptsächlich in Richtung
der optischen Achse bewegbar befestigt. Die ersten Versuche mit einer Löffelform
brachten erfreuliche Resultate. Dabei wurde der Löffel wie ein Suppenlöffel ausgebildet
und die konkave Seite (Löffelinnenseite) in Richtung auf den Messaufnehmer gerichtet,
so dass das Messgut mit dem Löffel gegen den Messaufnehmer verdichtet wurde.
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Eine andere Variante konnte mit Druckmitteln, die als aufblasbare
Druckkissen ausgebildet und an der Messstrecke auf der dem Messaufnehmer gegenüberliegenden
Seite angeordnet sind, gefunden werden. Das Druckkissen erstreckt sich längs der
Messstrecke und weist eine Länge auf, die zumindest ein Mehrfaches der Längsabmessung
der Messfläche beträgt.
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Die besten Messresultate wurden bei den bisherigen Versuchen mit als
Kolben ausgebildetem Druckmittel erarbeitet.
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Der Kolben wurde pneumatisch betätigt, wobei weniger die Art der verwendeten
Arbeitsmittel, ob Druckluft, Drucköl oder Elektrizität, sondern die Steuerbarkeit
von Weg, Zeit und Druck entscheidend ist.
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Die Messstrecke verspricht sehr grosse Vorteile als Ganzes, besonders
für den praktischen Einsatz, wenn sie als Vibromessstrecke ausgebildet und damit
die Zwangs förderung durch die Vibration sicherstellbar ist.
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Jeder Fachmann weiss aus seiner Erfahrung, dass die Verwendung von
Vibration im Zusammenhang mit Schüttgütern nicht unproblematisch ist, es sei denn,es
gelinqt eindeutige Rahmenbedingung dafür zu schaffen: Dies ist im vorliegenden Fall
gelungen. Die Vibromessstrecke wird als By-pass zu einem Hauptproduktstrom gebildet,
und der Vibrator glockenartig im Innern der Messstrecke pendelnd aufgehängt. In
der Messstrecke ist die Vibration gleichzeitig Zwangsfördermittel. Der Vibrator
ist am unteren Ende in dem glockenartigen Gehäuse untergebracht, welches,zysammen
mit dem Messrohr ein Dosierelement für den Messgutstrom bildet.
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Vorteilhafterweise ordnet man die Messstrecke im Ueberlaufprinzip
an, derart, dass vom Hauptproduktstrom ein erster Teilstrom durch Schwerkraft in
die Messstrecke fliesst und der Rest den Hauptstrom bildet. Die Dosierleistung der
Vibrationsförderung kann nun leicht derart eingestellt werden, dass die Einspeiseleistung
in die Messstrecke grösser ist, als die gesteuerte Austragung durch die Vibrationsförderung,
zu dem Zwecke, dass die Messstrecke immer voll von (durch die Vibrationsenergie)
leicht gepresstem Messgut bleibt.
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Erst nach Beendigung des Materialflusses entleert sich die Messstrecke
durch Vibration vollständig und steht bereit tür die nächste Messaufgabe. Der Leer-
und Vollstand der Messstrecke kann über die gleiche Messvorrichtung in der Anlagesteuerung
verwendet werden, z. B. für Verriegelungsaufgaben. Die Vibrationsellergie verwendet
man in vielen lällell zur Vorbereitung von Schüttgutmustern für Labromessungen.
Bei der vorliegenden besonders vorteilhaften
ausgestaltung stellt
die "Vorvibrierung" nur eine erste Vorbereitungsstufe, die Verdichtung dann die
zweite Stufe dar.
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Bei einem anderen Ausgestaltungsgedanken weist die Messstrecke einen
vorzugsweise horizontalen Schneckenförderer auf, wobei die Zwangsförderung durch
die Schneckenförderung sicherstellbar ist, wobei am Ende der Messstrecke Rückstauelemente
für das Messgut angeordnet sind. Als Rückstauelemente Xnne.?eine unter dem Förderdruck
sich öffnende Klappe oder fest eingebaute Drähte oder Lamellen benützt werden, wobei
zweckmässigerweise die Druckmittel sowie die Messaufnehmer im Bereich zwischen dem
Schneckenförderer und den Rückstauelementen anzuordnen sind.
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Die Lösung mit Schneckenförderung bietet sich in fällen mit ganz schlecht
fliessfähigen Produkten oder solchen, die bei Vibration zum Zusammenbacken neigen,
z.B. bei stark fetthaltigen Produkten an.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen quantitativen
Bestimmung mit Infrarotmessung von Inhaltsstoffen, insbesondere Protein und/oder
Wasser in mehlförmigen oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern.
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Messwerte in industriellen Anlagen haben nur dann einen "Sinn, wenn
sie im Zusammenhang mit dem Produkt oder der Verarbeitung, gegebenenfalls der Anlageelemente
nützlich sind.
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D2 e exakte Einhaltungdes Protein- und Wassergehaltes zum Beispiel
im Mehl, wird teils gesetzlich vorgeschrieben, muss auf jeden Fall im Handel garantiert
werden. Im Gegensatz zu einer Futtermühle, bei der das zu verarbeitende Produkt
direkt und einmalig durch den Verarbeitungsprosess geführt wird, wird bei einer
Mehlmühle für einen Teil des Produktes ein wiederholter Verarbeitungsvorgang durchgeführt.
Für die Herstellung von Mehl gibt es zwei grundsatzliche Wege, wobei je nach Besonderheit
der Mühle jede Zwischen form auch begangen wird.
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- Das Getreide wird durch entsprechende Führung direkt zu der vom
Abnehmer gewünschten Mehlqualität verarbeitet.
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- Es werden Mehigrundtypen hergestellt, die später für die Qualitätsanforderungen
des Kunden zusammengestellt werden.
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In beiden Fällen ist die bestmögliche Beherrschung der Verarbeitungl
RKnigung, Mischung, Nutzung und VenxMlunq und-Siebung usw., immer mehr ein Erfordernis.
Damit wird die direkte Steuerbarkeit der primären Parameter mehr und mehr entscheidend.
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Die neue Erfindung bringt nun aber doch einen entscheidenden Schritt
auch für die Regelung in der Mühle. Der kleine Durchbruch hierfür liegt in einem
Kernansatz der Erfindung.
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Messgut, also z.B. das Mehl, wird nicht nur hohlraumfrei, sondern
auch bewusst zusätzlich verdichtet, und wird in diesem Zustand vorzugsweise mit
Infrarotlicht gemessen.
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Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, - dass das Mahlgut
über eine Messstrecke geleitet wird, wobei
- durch Zwangs förderung
eine leichte Pressung und Glättung des Mahlgutes im Bereich des Messaufnehmers erzeugt
wird, - dass während der Messung Mahlgut gegen den Messaufnehmer verdichtet wird,
- dass das Mahlgut mit Strahlen, vorzugsweise im Infrarotbereich, bestrahlt wird,
und - daß aus den von der verdichteten Messprobe diffus zu dem Messaufnehmer reflektierten
Strahlen der Protein- und Wassergehalt (allenfalls Aschengehalt und Farbwert) der
Messprobe über die Messeinrichtung und Rechnermittel ermittelt wird.
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Die Messungen können je nach Anwendungsfall beliebig oft wiederholt,
vorzugsweise in einem vorgegebenen Zyklus durchgeführt werden.
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In Weiterführung des Erfindungsgedankens bietet sich nun erstmalig
eine echte Steuerung und Regelung der Mühle in Hinblick auf Protein und/oder Wasser
an.
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Dabei werden die gewonnenen Messwerte aufgrund von vorgegebenen Speicherwerten
und zweiten Rechnermitteln zur automatischen Steuerung der Rohmaterialmischung und/oder
der Wasserzugabe und/oder der Mehlmischung direkt verwendet.
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Es kann daher je einen oder mehrere echte Regelkreise geben.
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Protein - Rohmaterialmischung Wassergehalt - Wasserzugabe Protein
- Mehlmischung
Der Mühle kann mittels eines übergeordneten Computers
für die Vorgabe aller Werte wie Rohmaterialmischungs-, Wasserzugabe-, Proteingehalt
- und Mehlqualität u.s.w. vorgegeben werden. Gleichzeitig kann der übergeordnete
Computer Grenzwerte vorschreiben, innerhalb deren die erwähnten Regelkreise selbständig
die Einstellungen der betreffenden Betriebseinrichtungen kontrollieren und nachführen.
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Wird ein Regelkreis Protein-Rohmaterialmischung gebildet, werden,
zumindest teilweise die einzelnen Rohmaterialqualitäten gesondert bis zu der ersten
Vermahlung behandelt, damit eine Korrektur direkt vor der Vermahlung, und so mit
dem geringst möglichen Zeitverzug durchgeführt werden kann.
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Sinngemäss soll bei der Wasserzugabe die Möglichkeit dieser Zugabe
unmittelbar vor der Vermahlung möglich sein, damit zumindest kleinere Korrekturen
sofort wirksam sind. Grössere Aenderungen der Wasserzugabe müssen in der Hauptvorbereitung
vor der Abstehzelle vorgenommen werden. Selbstverständlich müssen bei der Regelung
der Proteinwerte wie der Wasserwerte die Verzögerungen aus dem Mahlablauf berücksichtigt
werden.
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Bei der Anwendung des neuen Gedankens für die Mehlzusammenstellung
handelt es sich eher um einen Steuerungsvorgang, da auf ein spezifisches Ziel, eines
Sollwertes, die notwendige Steuerungs- und Umlenktbefehle zu erteilen sind.
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Das Gleiche gilt für die Glutenbeigabe zu Mehl.
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Bis anhin wurde wenig auf die anderen, durch das gleiche Prinzip gewonnenen
Werte wie Mehlasche und Mehl farbe eingegangen. Für diese beiden Werte kann sinngemäss
vorgegangen
werden, wenn auch im gegenwärtigen Zeitpunkt für das
Ziel einer Regelung der Mühle Asche- und Farbwertennicht die gleich grosse Bedeutung
beigemessen wird, wie dem Protein und dem Wasser.
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Alle bisherigen Versuchsresultate deuten daraufhin, dass nun tatsächlich
ein weiterer entscheidender Fortschritt für eine noch bessere Kontroll und Steuerung
der Mühle als ganzes möglich wird, insbesondere durch die Möglichkeit der Realisierung
der direkten Regelung von Proteinwerte und der direkten Regelung von Wasserwerten
Das neue Messverfahren wird dadurch noch optimiert, indem für die Durchführung einer
Messphase - eine leichte Pressung des Mahlgutes durch Abstellen bzw. stoppen der
Zwangsförderung sichergestellt und - durch mechanisches Verdichten des Messgutes
in dem Bereich des Messaufnehmers die Messprobe bereitgestellt - und bis zur Messung
aller Inhaltsstoffe (Protein, Wasser, Asche, Helligkeit) konstant gehalten wird.
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Aus Gründen der Betriebssicherheit drängt es sich in fast allen Fällen
auf, die Messphase in wählbaren Zeitabschnitten zyklisch zu wiederholen. Die Häufigkeit
der Wiederholung richtet sich nach den besonderen Umständen des Verarbeitungsprozesses.
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Ferner ist es zweckmässig, gegebenenfalls jede Einzelmessunq während
einer Messphase zu wiederholen, und vor allem die Messergebnisse einer Gruppe von
Messphasen gemittelt und als
Ist-Werte den zweiten Rechnermitteln
zur Steuerung bzw.
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Regelung der Mischung und/oder des Wassergehaltes und/oder der Mehlmischung
zur Verfügung gestellt, und die Produktparameter auf bestimmte vorgegebene Werte
geregelt werden.
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Die neue Lösung ergibt als eine weitere Information nun auch ein Mass
für die Gleichmässigkeit des Mühlenlaufes, wobei aus dem Vergleich von mehreren
Werten auf mögliche Störquellen geschlossen werden kann.
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Zum Beispiel kam bei einem Versuch, nach Zugabe von einigen Prozent
Weizen mit höherem Proteingehalt mit entsprechendem Zeitverzug,sofort bei einem
Ausdrucker zur Anzeige. Die Rückfrage bei der Person, die die Mischungsänderung
vornahm, bestätigte erst die Vermutung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ueberwachung der Bestandteile
mehlartiger Nahrungsmitteln oder von Nahrungsmittel-Mahlgütern, bei dem das Mahlgut
mit Infrarotlicht bestrahlt und der Anteil einzelner Bestandteile (Inhaltsstoffe)
aus der Messung der Reflexionsintensität der den einzelnen Bestandteilen (Inhaltsstoffe)
zugeordneten Spektralbereiche bestimmt wird, das dass Mahlgut kontinuierlich über
eine Infrarot-Messstrecke geführt sowie für die laufend aufeinander erfolgende Messungen
auf seiner Bestrahlungsoberfläche geglättet und verdichtet wird, wobei während jeder
Messung die Bewegung des Mahlgutes innerhalb der Infrarot-. Messstrecke gestoppt
wird, und dass bei jeder Messung das von der verdichteten Messprobe reflektierte
Licht über einen Rechner hinsichtlich der Refelxionsintensität der gewünschten Spektralbereiche
ausgewertet und die so ermittelten Werte der Inhaltsstoffe jeweils mit einem von
einem weiteren Rechner vorgegebenen Sollwert verglichen werden,
und
dass in Abhängigkeit von den festgestellten Abweichungen zwischen ermittelten und
vorgegebenen Werten Massnahmen (beispielsweise Rohmaterialmischung, Mehlzusammenstellung,
Wasserzugabe, Glutenbeigabe, Vorgabewerte für Mahlwalzeneinstellungen, usw.) getroffen
bzw. korrigiert werden.
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In der Folge wird nun die Erfindung anhand von einigen Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt ein Prüfmuster entsprechend dem Stand der Technik.
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Die Fig. 2 zeigt das selbe Prüfmuster nach leichter Pressung z.B.
in Förderschnecke.
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Die Fig. 3 zeigt schematisch ein Prüfmuster im verdichteten Zustand
gemäss der neuen Erfindung.
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Die Fig. 4 zeigt das Verhältnis von Dichte ß (kg/cm3) unter varierendem
Druck P (kg/cm3) bei einem Mehlmuster.
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Die Fig. 5 zeigt die neue Erfindung schematisch in der Ansicht, wobei
die Fig. 5a ein Schnitt V - V der Fig. 5 darstellt.
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In Fig. 6 ist eine Variante zu der Fig. 5 mit Luftkissen als Einrichtung
zum Verdichten des Messgutes, die Fig. 6a ein Schnitt VI - VI der Fig. 6 In Fig.
7 ist eine weitere Variante mit einem Löffel als Druckkörper.
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Die Fig. 8 weist wie die Fig. 5 einen Pneumatikkolben auf, wobei die
Einheit über einen Schneckenförderer angeordnet ist.
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die Fig. 9 ist eine Ansicht und die Fig. 10 der Grundriss einer weiteren
Variante, bei der die ganze Messeinrichtung zwischen einer Förderschnecke und Rückstauelementen
angeordnet ist.
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In Fig. 11A ist schematisch die Steuerung der Rohmaterialmischung
dargestellt.
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Die Fig. 11B zeigt die Regelung der Wasserzugabe.
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Die Fig. 12A stellt schematisch die Mischung von verschiedenen Mehlqualitäten
dar.
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Die Fig. 1 zeigt ein Häufchen 1 loses Mehl mit einer darauf gerichteten
Infrarot-Messoptik 2. Wie ersichtlich, weist das Gut eine grössere Anzahl Gashohlräume
3 auf, so dass eine Messung mittels Infrarot-Strahlen erfahrensgemäss sehr ungenaue
Resultate bringt. Sowohl die unregelmässige Oberfläche wie die unkontrollierbaren
Lufthohlräume verfälschen das Resultat, da die Reflektion durch willkürliche Lage
der Gutpartikel an der Oberfläche sowie der andersreagierenden Gas bzw. Luft beeinflusst
wird.
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Die ganz neuen Erkenntnisse mit der Erfindung sind nun in der Fig.
2 und 3 bildlich festgehalten worden, wobei in beiden Lösungen im Hinblick auf eine
kontinuierliche Messung die Produktbewegung mit Pfeil 4 reso. 5 angegeben ist. Wird
die Produktbewegung durch eine Zwangsförderung sichergestellt, dann führt dies zu
einer leichten Pressung soweit es z. B. die Schneckenförderung mit sich bringt.
Es wurde zuerst vergeblich in langen Versuchsreihen nach allen möglichen Fehlerquellen
gesucht, die für nicht wegbringbare Streuungen der Messresultate verantwortlich
sein müssten. Die Förderung insbesondere im Falle eines Schnekkenförderers kann
leicht so eingestellt werden, dass die Messstrecke immer gefüllt ist mit Produkt.
Es wurde auch bewusst das Gehäuse des Schneckenförderers so lange gewählt, dass
das schneckenfreie Ende ebensolang war wie die Länge der Schnecke, so dass ein Pfropfen
von Produkt mit
der Schnecke gestossen werden musste. Damit wurde
anqestrebt, dass das Produkt aus dem Messbereich nicht entweichen, und die Packungsdichte
sich während der Messung nicht ändern konnte. Durch Stoppen der Förderung wurde
sichergestellt, dass die Messprobe unverändert blieb. Grosse Streuungen waren nicht
wegzubringen Die neue Erfindung erlaubte dann,die Hauptstörquellen,wic sie aus der
Figur 2 entnehmbar sind, zu ermitteln. Mchli« Güter haben ein gutes Lufthaltevermögen.
Beim Pressen von Me@@ wird gleichzeitig auch die darin enthaltene Luft mit qepresst
Durch Abstellen der Schnecken förderung wurde nun nicht nur der Druck auf das Mehl
weggenommen, sondern auch der Luft freie Expansion qelassen. Die Luft war eine der
Ursachen, weshalb sich an der Oberfläche feine Risse 6 bildeten und wieder Höhlungen
in die der Infrarot-Messoptik 2 zugekehrte Mehloberfläche auftraten. Die Dichte
des Produktes blieb nur scheinbar die gleiche. Weitere Untersuchungen führten dann
aber auch zu der Erkenntnis, dass die Mehloberfläche, wie sie durch eine mechanische
Zwangsförderung und einer doch mehr oder weniger rauhen Gehäuseinnenseite sich einstellt,
je nach zufälligen Partikelzusammensetzung in Förderrichtung Riefen 7 ergaben, die
sich ebenfalls störend auf das Messergebnis auswirkten. Ohne zusätzlich mechanisches
Eingreifen und eventuell Entlüften vor der Messung, konnte diesem Problem nicht
beigekommen werden.
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Die Messprobe 8 ist aufgrund der doch beachtlichen Kompressibilität
von Mehl ohne zusätzlichen Eingriff nicht konstant in der Beschaffenheit. Da sich
die Ausdehnung im Mittenbereich des Pfropfens nicht auf beide Seiten erstreckte,
das Produkt im Bereich der Infrarot-Messoptik 2 also nahezu unbewegt war, wurde
dieser Sachverhalt lange nicht erkannt. Das Produktmuster dehnte sich nach allen
Seiten,aus wie mit Pfeil9 angedeutet ist.
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Die Pressung, Pfeilrichtung 10, wurde damit weitgehend aufgehoben.
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Mit dem neuen Lösungsgedanken wurden nun aber nicht nur diese Störquellen
behoben. Der neue Lösungsweg sieht vo, dass steuerbare Druckmittel vorgesehen werden,
für dick Messung der Probe in verdichtetem Zustand. Die Zwn-sfiilderung ergibt zwangsnotwendig
eine gewisse Packungsdjciite.
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Hier nun setzt die rfindunq ein, von dem in der Messstl-ekke, 24,
also in dem vorgepressten Gut, eine tatsächliche Verdichtung erzeugt wird, wie in
Fiq. 3 zum Ausdruck kommt.
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Innerhalb des Messgutes 11 wird durch einen Kolben 12 gegen die Messoptik
2 gedrückt.Dabei wird nicht nur das Mehl verdichtet, sondern gleichzeitig allenfalls
vorhandene Lufteinschlüsse beseitigt, da die Luft aus dem hohen Druckbereich 13
austritt. Der Druckbereich 13 ist schraffiert eingetragen, damit wird angedeutet,
dass nun eine für den Zweck der Messung absolut gleichmässige Oberfläche gebildet,
und so lange gehalten werden kann, bis der Messvorgang abgeschlossen ist. Mit den
Pfeilen 14 ist angedeutet, dass das Mehl von dem Druckbereich 13 auf keine Seite
entweichen kann, es ist räumlich unter Druck gehalten. Der höhere Druck bereich
hat effektiv eine Kegelform und wird aufgrund der Schüttgutmechanik gebildet. Ist
die Messung zu Ende, wird das ganze Messgut 11 weggeschoben. Die neue Messung kann
zu einem beliebigen Zeitpunkt, bzw. zyklisch wiederholt werden.
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Die Fig. 4 zeigt nun das Druck- und Kompressionsverhalten von Mehl.
Gemäss einem besonders vorteilhaften Ausführungsgedank wird vorgeschlagen, über
einem Bereich von 0,1kg/cm , vorzugswei über 0,4kg/cm2 als Verdichtunqsdruck zu
arbeiten. Beste Resultate wurden in dem Bereich von 0,4 kg/cm2 - 1kg/cm2 ermittelt.
Höhere Drücke können gewählt werden, haben aber den Nachteil, dass das Produkt teilweise
verklumpt, und bei ganz hohen Drücken besteht die Gefahr, dass das Mehl beschädigt
wird. Für Versuche wurde auch mit 6kg/cm2 gearbeitet, der Kolben jedoch auf Anschlag
laufen gelassen.
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Aus dem Gesagten geht hervor, dass die Messung an dem verdichteten
Produkt gemacht werden muss, da bis heute nur so innerhalb eines Produktstromes
reproduzierbare Bedinqungen hergestellt werden können, ohne das Produkt aus dem
Produktstrom entnehmen zu müssen.
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Die Fig. 5 zeigt nun eine ganze Messstrecke 24 mit der neuen Erfindung.
Von einer Hauptleitung 20,in welcher der Hauptproduktstrom fliesst, wird eine Abzweigleitung
bzw. ein By-Pass 21 angeschlossen, der über ein Rohrstück 22 wieder mit der Hauptleitung
20 verbunden ist. Ein Ueberleitungsstück 23 stellt die Verbindung zwischen der Hauptleitung
20 und dem By-Pass 21 dar. Die Messstrecke 24 weist einen oberen Pressraum 25 sowie
einen Vibroauslauf 26 auf In dem Vibroauslauf 26 befindet sich ein Vibrator 27,
der zusammen mit einem Gehäuse 28 des Vibroauslaufes 26 einen einstellbaren Dosierspalt
"X" bildet. Im Pressraum 25 ist im unteren Drittel Druckmittel 29 sowie ein Messaufnehmer
30 angeordnet. Die Druckmittel 29 bestehen aus einem Pneumatikzylinder 31, einem
pneumatischen Kolben 32 sowie einen Presskolben 33, der bezüglich des Pressraumes
in Achse des Pneumatikzylinders 31 verschiebbar ist. Der Presskolben 33 weist eine
gewölbte Druckfläche 34 auf, die schaufelartig gegen den Messaufnehmer 30 gerichtet
ist. Im Messaufnehmer 30 befindet sich eine Optik 37 sowie eine Auswertelektronik
38, von welcher die digitalen Signale über genormte Schnittstelle 39, einem Mikrocomputer
40 bzw. einem Minicomnuter 35 übergeben werden. Der Mikrocomputer 40 kann direkt
mit einem Drucker 36 angeschlossen werden. Die Befehltseinheit für die ganze Messstrecke
24 ist durch den Mikrocomputer 40 gebildet1 welche über die Auswertelektronik 38,
Vibrätor 27 und Pneumatikzylinder 31 ster und gleichzeitig die Messphase über den
Messaufnehmer 30 vorbereitet und einleitet.
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Die Fig. 6 und 6a zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Die Einrichtung zum Verdichten des Messgutes besteht hier in zwei, längs über die
Messstrecke angeordnete, aufblasbare Luftkissen 45, welche innerhalb der Messstrecke
25 angeordnet sind. Die beiden Luftkissen 45, werden über Pneumatikleitungen 46
sowie einem pneumatischen Druckgeber 47 gespiesen und über Steuerkopf 48 gesteuert.
Der Steuerkopf 40 wird über ein elektrisches Steuerkabel 49 von dem Mikrocomputer
40 gesteuert, ebenso der Vibrator 27. Der Mikrocomputer 40 steuert auch hier das
ganze Messspiel, sinngemäss zu der Lösung gemäss Fig. 5.
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Die Fig. 7 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform.
Der Grundaufbau ist aber auch hier gleich wie bei der Ausführung gemäss der Figuren
5 und 6, ausser der Art der mechanischen Einrichtung zum Verdichten des Messgutes
im Bereich des Messaufnehmers 30. Eine Messstrecke 50 ist deshalb leicht abgewandelt.
In allen drei Ausführungsbeispielen der Fig. 5, 6 und 7 ist die Messstrecke (Pressraum)
25 durch ein rohrähnliches Gehäuse gegeben. Ganz besonders wichtig ist es nun in
der Lösung gemäss Fig. 5 und 7, dass der Pressraum nach unten leicht erweitert ist.
Die Querschnittsfläche der Messstrecke (Pressraum) 25 nimmt nach unten zu.
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Damit kann nicht nur der Einfluss der Wandreibung auf das Produkt
vermindert, sondern auch eine allfällige Störeinwirkung der mechanischen Einbauten
in der Messstrecke (Pressraum) 25 ausgeschaltet werden. In Fig. 7 besteht die Einrichtung
zum Verdichten des Messgutes aus einem Löffel 52, der über einen Löffelhalter 53
innerhalb der Messstrecke (Pressraum)25 um eine horizontale Achse 55 verschwenkbar
ausgebildet ist. der Löffelhalter 53 ist über die Achse 55 fest mit einem Hebel
54 verbunden und ist von einem Pneumatikzilinder 56 antreibbar. Der Pneumatikzylinder
56 ist für die erforderliche Verschwenkbewegung über einen Bolzen 57 gelenkig über
eine Lagerstelle 58 an der £Messstrecke (Pressraum) 25 befestigt. Der Löffel 52
kann damit eine Bewegung, Pfeil 59, ausführen, die sinngemäss ist zu der Be-
wegung
der gewölbten Druckfläche 34 in Fig. 5. Für
wird der Löffel 52 mit dem beschriebenen Mechanismus gegen den Meeaufnehmer 30 bewegt
und verdichtet so das Messgut vor dem Messaufnehmer 30. Nach Beendigung einer Messung
wird über die Steuerung der Löffel 52 von dem Messaufnehmer 30 weg bewegt, der Vibrator
27 wird eingeschaltet und somit das verdichtete Gut wieder gelockert und nach unten
ausgetragen.
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Die Fig. 8 zeigt den Einsatz des neuen Messverfahrens im Zusammenhang
mit einer Dosierschnecke bzw. Förderschnecke 60 wie in der Figur schematisch zum
Ausdruck kommt. Der Messaufnehmer 30 sowie die Einrichtung zum Verdichten des Messgutes
29, 31, 32, 33 und 34 wird sinngemäss zu der Fig. 5 dargestellt. Anwendbar wäre
hier aber auch die Lösung mit dem Löffel 52 gemäss Fig. 7. Die Förderschnecke 60
wird über nicht dargestellte Mittel derart gesteuert, dass ein Messraum 61 während
dem Normalbetrieb immer gefüllt ist mit entlüftetem Produkt. Messaufnehmer 30, die
Einrichtung zum Verdichten des Produktes sowie ein Antriebsmotor 62 für die Förderschnecke
60 werden über den Mikrocomputer 40 gesteuert.
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Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Variante zu der Fig. 8.
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Eine Förderschnecke 70 weist im Bereich des Auslaufes ein Rückstandelement
71 auf, das über Antriebsmittel 74 im gewünschten Takt und der gewünschten Kraft
gegen die Oeffnung 75, bzw. von der Oeffnung 75 wegbewegbar ist. Ein Antriebsmotor
76 und die Antriebsmittel 74 bzw. das Rückstauelement 71 werden so aufeinander abgestimmt,
dass für die Messung ein bestimmter Druck in dem Messgut aufrechterhalten wird.
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Die Förderschnecke 70 arbeitet gegen Druck. Für die Vorbereitungder
Messphase wird dieser Druck erhalten, eine Einrichtung 72 zum Verdichten des Messgutes
betätigt und von einem Messaufnehmer 73 die notwendigen Messwerte aufgenommen. Nach
Beendigung der Messung wird die Oeffnung 75 wieder frei gegeben, und durch Einschalten
des Antriebsmotors 76 der kontinuierliche Produktdurchsatz wieder in Gang gebracht.
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Die Fig. 11 A zeigt eine besonders vorteilhafte Anwendung
des
neuen Messverfahrens zur Steuerung und Regelung der Produktmischung in einer Mühle
für die Herstellung von Mehl, Gries oder Dunst.
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Von den jeweils eingelagerten Produktsorten wird über je ein kontinuierliches
Durchflussmessgerät 100 mit angebauter elektronischer Steuerung 101 werden über
einen Rechner 102 auf benötigte Mengenverhältnisse eingestellt.
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Die Produktmischung wird über eine gemeinsame Förderschnecke 103 in
die Mühle, bzw. Walzenstühle 107 und Siebeinheiten 104 gegeben. Das produzierte
Mehl wird von in einer Messstrecke 105 bezüglich der Inhaltsstoffe, hier zum Beispiel
der Proteingehalt gemessen und die Werte über Steuerleitungen 106 dem Rechner 102
übergeben. Stellt nun der Rechner 102 Abweichungen eines gewünschten Protein -Sollwertes
fest, korrigiert er automatisch die Mischung, so lange, mit Berücksichtigung der
Zeitverzöyerung, bis der gewünschte Protein - Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt.
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Die Fig. 11 B zeigt sinngemäss zu der Fig. 11 A die Regelung der Wasserzugabe.
Die Rohmaterialmenge wird über einen automatischen Mengenregler 110 kontinuierlich
gemessen und entsprechend einem gewünschten Sollwert die dazu erforderliche Wassermenge
automatisch über ein Wasserdosierer 111 zudosiert. Rohmaterial und Wasser werden
in einem Intensivnetzer 112 vermischt, in Walzenstühlen 113 vermahlen, in Plansichtern
114 das Mehl ausgesiebt und die Inhaltsstoffe, hier der Wassergehalt des Mehles
über eine Messstrecke 115 gemessen. Der Wert des Infrarotmessgerätes 116 über eine
Steuerleitung an einen Rechner 117 gegeben, welcher seinerseits den Ist - Wert -
Soll - Wert Vergleich macht und Abweichungen gemäss einem eingespeicherten Programm
durch Aenderung der Wasserzugabe über den Wasserdosierer 111 korrigiert.
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Die Fig. 12 A zeigt eine weitere interessante Anwendung des neuen
Verfahrens, nämlich die Mehlmischung auf das Ziel von vorgegebenen Inhaltsstoffen,
zum Beispiel Protein, Asche und Farbe. Die Stutzen 90 und die Ausläufe der Sichterabteile,
welche auf eine der 3 Mischschnecken 91, 92, 93 führbar sind.
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An den Stutzen 90 ist jeweils eine Rohrweiche 90' angebracht, welche
auf Grund der Abweichungen zwischen gewünschtem Messwert bezüglich der Inhalts stoffe
und der tatsächlich gemessenen Werte vom Rechner 97 angesteuert werden. Bei jedem
Ausgang der Mischschnecken 91, 92 und 93 ist je eine Messstrecke 94, 95 bzw. 96
angeordnet.
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Ein weiterer interessanter Aspekt des neuen Verfahrens besteht in
der nun erstmaligen Regelung auch einzelner Parameter bei der Walzenvermahlung,
z.Bsp. des Walzendruckes, indem zum Beispiel eine allfällige Proteinbeschädigung
durch Verminderung des Mahldruckes automatisch überwacht - und entsprechende Steuerbefehle
erteilt werden.
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Ein weiterer interessanter Gedanke für die Vorrichtung wird darin
gesehen, indem die Einrichtung zur Verdichtung des Messgutes zum Beispiel im Bereich
der Druckfläche 34 (Fig. 5) ein federndes oder elastisches Element aufweist, zur
Konstanthaltung des Verdichtungsdruckes. Sinngemäss dazu könnte der Löffelhalter
53 als federndes Element ausgebildet werden. So konnte der pneumatische Kolben auf
Anschlag gefahren werden und ein Restdruck durch die verbleibende Federspannkraft
aufrecht erhalten werden. Damit kann ein geringes Nachqeben des verdichteten Produktes
kompensiert werden, durch ein qerinqes Nachlaufen der Einrichtung zum Verdichten
des Messgutes.