DE3744962C2 - Verfahren und Anlage zur Bestimmung der Fließeigenschaften einer teigig-pastösen Masse an einem Walzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Fließeigenschaften einer teigig-pastösen Masse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits eine Walzenreibmaschine bekannt (DE-AS 10 64 323), bei der jedes Achslager einer Walze über eine eigene, mit einem Anzeigegerät für den eingestellten Lagerdruck ausgestattete hydraulische Steuereinrichtung unab­ hängig von den übrigen Lagern verstellbar ist. Da jedes ein­ zelne Lager mit einer eigenen hydraulischen Steuereinrich­ tung und einer Anzeigevorrichtung versehen ist, läßt sich der Druck auf jeder Walzenseite genauestens den gewünschten Verhältnissen anpassen und bei jeder Verarbeitung jederzeit wieder in der gewünschten, an der Anzeigevorrichtung ablesba­ ren Höhe einstellen. Nachteilig an dieser bekannten Walzen­ reibmaschine ist, daß durch die Verstellung der Achslager die Größe des Walzenspaltes und damit die Mahlfeinheit des Endprodukts verändert wird.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem die Fließeigen­ schaften des Mahlguts ohne Beeinträchtigung der Mahlfeinheit des Endproduktes auf einfacher Weise gemessen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeich­ nenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Erfindungsgemäß erfolgt also die Messung der Gegenkraft in einem Walzenspalt mit vorbestimmter Größe, wodurch die Mahl­ gutfeinheit des Endprodukts nicht beeinträchtigt wird. Durch Veränderung der Gegenkraft aufgrund einer Veränderung der Fließeigenschaften des Mahlguts ändert sich zwar die Spalt­ weite im Rahmen der Elastizität der Walzen und ihrer Lagerun­ gen, doch findet eine Verstellung der Achslager nicht statt, so daß ein voreingestellter Walzenspalt vorliegt. Das Meßer­ gebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann zur Verän­ derung der dem Walzwerk zugeführten teigig-pastösen Masse in dem Sinne verwendet werden, daß die Gegenkraft zwischen Wal­ ze und Gegenwalze konstant gehalten wird.

Besonders vorteilhaft ist es, den Gegendruck an einer Ein­ zugswalze des Walzwerks zu bestimmen, so daß die Regelzeit­ konstante verkürzt wird.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Gegendruck an einer Ab­ stützung, z. B. einer Kolbenstange der Walze bestimmt wird, die mit der Gegenwalze einen vorgegebenen Mindestwalzenspalt bildet. Auch bei dieser Ausführungsform wird also der Walzen­ spalt bis auf die durch die Gegenkraft erzeugten elastischen Verformungen konstant gehalten, und es wird an der Abstüt­ zung der Walze eine reine Kraftmessung z. B. durch einen Dehnungmeßstreifen durchgeführt.

Die Gegenkraft soll wenigstens an der dem Antrieb abgewand­ ten Seite gemessen werden; besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gegenkraft an beiden Seiten der jeweiligen Walze gemessen und vorzugsweise ein Meßwert aus beiden Messungen gebildet wird.

Zur Regelung des Druckes in einem der Antriebsseite zugeord­ neten Aggregat kann auch die an der Antriebsseite gemessene Gegenkraft oder die Differenz zwischen dieser Gegenkraft und der auf der gegenüberliegenden Seite gemessenen Gegenkraft gemessen werden.

Eine vorteilhafte Anlage zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist durch die Ansprüche 7 bis 11 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Regelschema für eine Walzwerklinie mit ei­ nem vorgeschalteten Zwei-Walzwerk mit vorge­ gebenem, jedoch regelbarem Spalt und einem nachgeschalteten Fünf-Walzwerk (Reibwalzwerk),

Fig. 2 eine Art der Schichtdickenmessung zwischen den letzten beiden Walzen des in Fig. 1 gezeigten Fünf-Walzwerkes, und

Fig. 3 eine Abwandlung dieses Meßverfahrens.

Gemäß Fig. 1 ist einem Vorwalzwerk 1, das durch ein Zwei- Walzwerk mit einer Festwalze 2 und einer beweglichen Walze 3 gebildet ist, ein Fünf-Walzwerk 4 nachgeschaltet, um die über das Vorwalzwerk 1 eingespeiste Schokoladenmasse zu Schokolade zu verreiben. Das Vorwalzwerk 1 ist oberhalb der Einzugswalzen W1, W2 des Fünf-Walzwerkes 4 angeordnet, wo­ bei dazwischen eine Rutsche 7 vorgesehen ist, die gleich­ zeitig den Einfülltrog für das Fünf-Walzwerk 4 bildet. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, vielmehr kann zwischen den Walzwerken 1 und 4 ein beliebig ausgebildeter Transportmechanismus vorgesehen sein.

Während die Walze W2 des Fünf-Walzwerkes 4 ortsfest gela­ gert ist, sind die darauf folgenden Reibwalzen W3, W4 und W5 durch einen gemeinsamen Druckzylinder 10 in üblicher Weise gegen die Einzugswalze W2 gepreßt. Wie dies bei Reibwalzwerken normalerweise der Fall ist und später auch anhand der Fig. 3 erläutert wird, wird jede nachfolgende Walze jeweils mit einer höheren Geschwindigkeit als die vorhergehende Walze angetrieben, so daß das Mahlgut zwi­ schen den Walzen zerrieben wird.

Jede der beiden Walzen 2, 3 des Vorwalzwerkes 1 ist auf ei­ nem hebelartigen Arm 5 bzw. 6 gelagert. Hierbei ist der Arm 5 mittels zweier Bolzen 8 an einem Gestell 9 befestigt, während für den Arm 6 ein einziger Schwenkbolzen 11 vorge­ sehen ist. Am oberen Ende des Armes 6 ist ein Hydraulikzy­ linder 12 vorgesehen, in dem ein Kolben 13 angeordnet ist. Die Kolbenstange 14 dieses Kolbens 13 ist mit dem gestell­ festen Arm 5 verbunden. Wird daher dem Zylinder 12 über eine Öffnung 15 ein Hydraulikmedium zugeführt, so wird die­ ser Zylinder 12 im Sinne einer Bewegung nach rechts (bezo­ gen auf Fig. 1) belastet. Allerdings sind einer solchen Be­ wegung durch einen Anschlagkolben 16 Grenzen gesetzt, des­ sen Kolbenstange 17 an ihrem linken Ende mit einem Gewinde 18 versehen ist. Das Gewinde 18 ist in eine Gewindebuchse 19 geschraubt, die an der Außenseite des Zylinders 12 in einem Lager 20 drehbar gelagert und mit einem Kettenrad 21 verbunden ist. Ferner ist über Stifte 22 eine Verbindung zu einer Handradwelle 23 mit einem außerhalb eines Gehäuses 24 vorgesehenen Handrad 25 vorgesehen. Die Stifte 22 ermögli­ chen eine Relativbewegung des Zylinders 12 am Arm 6 gegen­ über der Handradwelle 23. Demnach kann durch Drehen der Buchse 19 der Anschlagkolben 16 in die jeweils gewünschte Position gebracht werden, wodurch ein bestimmter Mindest­ spalt zwischen den beiden Walzen 2 bzw. 3 einstellbar ist.

Eine ähnliche Konstruktion ist an den Walzen W1 und W2 des Fünf-Walzwerkes 4 vorgesehen und lediglich schematisch in Form eines Zylinders 112, eines Kolbens 113 und von als Schrauben 116 angedeuteten Anschlägen dargestellt. Wenn da­ her der Kolben 113 unter Druck gesetzt wird, verbleibt zwi­ schen den Walzen W1, W2 ein durch die Stellung der An­ schläge 116 bestimmter Spalt. Das in diesen Spalt eingezo­ gene Material übt jedoch in Abhängigkeit von seiner Visko­ sität bzw. von seinen rheologischen Eigenschaften eine Ge­ genkraft auf die Walzen W1 und W2 aus, die sich entspre­ chend auf die Kolbenstange 117 des Kolbens 113 auswirkt. Legt man daher an diese Kolbenstange 117 einen Dehnungsmeß­ streifen 26 oder Druckquarz, so kann diese Gegenkraft un­ mittelbar gemessen und daraus auf die Fließeigenschaften des Mahlgutes geschlossen werden. Diese Fließeigenschaften bestimmen aber auch den Spalt zwischen den Reibwalzen W2 bis W5, da sich bekanntlich zwischen diesen Walzen ein Gleichgewicht zwischen dem durch den Zylinder 10 aufge­ brachten Druck und dem Gegendruck des Materiales einspielt. Genau dieser Gegendruck aber ist es, der durch den Deh­ nungsmeßstreifen 26 festgestellt und beispielsweise einem Differenzverstärker 27 zugeführt wird.

Im Differenzverstärker 27 wird das Ausgangssignal des Deh­ nungsmeßstreifens 26 mit einem von einem lediglich schema­ tisch angedeuteten Sollwertgeber 28 gelieferten Sollwert verglichen, woraus sich ein Regelwert R entsprechend der Beziehung

R=S-a

ergibt. Hierbei ist S der Referenzwert des Sollwertgebers 28 und a das Ausgangssignal des Dehnungsmeßstreifens 26. R wird daher umso größer sein, je kleiner das Ausgangssignal a ist und umgekehrt.

Zweckmäßigerweise kann in die Ausgangsleitung des Diffe­ renzverstärkers 27 ein Analog-Digital-Wandler 29 einge­ schaltet sein. Ebenso ist es möglich, an die Ausgangslei­ tung des Differenzverstärkers 27 ein Anzeigegerät 30 anzu­ schließen, das bei einem Anschluß vor dem Wandler 29 als Analog-Anzeige ausgebildet sein und bei einem Anschluß hin­ ter dem Wandler 29 beispielsweise eine (Digital-) LCD-An­ zeige umfassen kann.

In jedem Falle gelangt das Ausgangssignal des Differenzver­ stärkers 27 direkt oder indirekt an eine Auswerteschaltung 31, die zweckmäßigerweise von einem Mikroprozessor gebildet ist. Durch diese Auswerteschaltung 31 wird ein Elektromo­ tor, z. B. ein Schrittmotor 32, angesteuert, über den das Zahnrad 21 antreibbar ist. Ein über den Elektromotor 32 an­ getriebenes Drehpotentiometer 33 kann als Positionsgeber dienen, wobei dessen Ausgangssignal zur Auswerteschaltung 31 zurückgeführt wird. Dies kann auch im Falle eines Schrittmotors zweckmäßig sein. Gegebenenfalls kann auch ein Näherungsdetektor 34 vorgesehen sein, um den Abstand zum Zahnrad 21 und damit indirekt die Position der Walze 3 zu messen. Beispielsweise kann dieser Detektor 34 von einem induktiven Geber gebildet sein, dessen Ausgangssignal wie­ derum zur Auswerteschaltung 31 zurückgeführt wird.

Ist das Ausgangssignal des Dehnungsmeßstreifens 26 groß, so bedeutet dies, daß die Viskosität des Mahlgutes groß ist und daher das Mahlgut auch der Kraft des Hydraulikzylinders 10 eine entsprechend hohe Gegenkraft entgegensetzt. Dadurch ergibt sich eine große Schichtdicke zwischen den Walzen W2 bis W5. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 27 wird dementsprechend relativ klein sein und in der Auswerte­ schaltung 31 nochmals mit einem Sollwert verglichen. Wenn die Viskosität des dem Fünf-Walzwerk 4 angelieferten Mahl­ gutes zu groß ist, so bedeutet dies, daß das Vorwalzwerk 1 zu fein mahlt und zur Ausregelung seine Spaltgröße erhöht werden muß. In diesem Sinne bewirkt das Ausgangssignal der Schaltung 31 eine entsprechende Ansteuerung des Motors 32, wodurch der Anschlagkolben 16 entsprechend verstellt wird.

Es versteht sich, daß diese Art der Regelung nicht unbe­ dingt auf die Verwendung eines Dehnungsmeßstreifens 26 be­ schränkt ist. Vielmehr kann ein Umschalter 35 vorgesehen sein, durch den ein lediglich schematisch angedeuteter Schichtdickenmesser 36 im Bereich des letzten Walzenspaltes vor dem Abstreifer 37 an den Eingang des Differenzverstär­ kers 27 angeschlossen wird. In jedem Falle ist aber er­ sichtlich, daß das nachgeschaltete Fünf-Walzwerk 4 im we­ sentlichen frei von Verstellorganen bleiben und daher ein­ facher und billiger als ein geregeltes Walzwerk ausgebildet sein kann, ohne deswegen auf den Vorteil einer Regelung verzichten zu müssen. Es kann somit anstelle einer getrenn­ ten Regelung für jedes der beiden Walzwerke 1 und 4 auch eine gemeinsame Regelung vorgesehen sein.

Andererseits ist die Messung der Gegenkraft nicht unbedingt auf Walzen mit einem vorbestimmten Walzenspalt beschränkt. Fig. 2 zeigt, wie eine Messung der Gegenkraft auch zwischen den Walzen W4 und W5 des Walzwerkes 4 vorgenommen werden kann, die ja in üblicher Weise schwimmend gelagert sind. In diesem Falle bedarf es nur einer fixen, jedoch elastischen Verbindung zwischen den Lagerkörpern 38, 39 dieser beiden Walzen, vorzugsweise in Form einer Feder 40. An dieser Fe­ der 40 kann dann die Gegenkraft mit Hilfe eines Dehnungs­ meßstreifens 126 gemessen werden.

Es ist jedoch zu bedenken, daß die Schichtdicke zwischen den letzten Walzen besonders klein ist. Daher ist die Mes­ sung an den Einzugswalzen gemäß Fig. 1 bevorzugt. Alterna­ tiv ist es auch möglich, die Walzen W2 und W5 miteinander in ähnlicher Weise elastisch zu verbinden, wie dies in Fig. 2 mit der Feder 40 gezeigt ist. In diesem Falle ergibt sich ein größeres Ausgangssignal, doch sind dabei die besonderen Gegebenheiten in einem Reibwalzwerk zu berücksichtigen, die anhand von Diagrammen in Fig. 3 aufgezeigt sind. Dabei ist jeder der übereinanderliegend dargestellten Walzen W1 bis W5 an der rechten Seite anhand einer Treppenkurve 41 bzw. 41′ die entsprechende Umdrehungszahl zugeordnet und anhand einer Treppenkurve s bzw. s′ die sich dabei ergebende Schichtdicke (gleiche Viskositäten und Temperaturen voraus­ gesetzt). Es ergibt sich daher an der Walze W2 mit der Um­ drehungsgeschwindigkeit v2 bzw. v2′ eine Schichtdicke d2 bzw. d2′ usw. Es ist ferner ersichtlich, daß die Geschwin­ digkeit v2′ kleiner als die Geschwindigkeit v2, und dement­ sprechend die Schichtdicke d2′ größer als die Schichtdicke d2 ist. Wird also die Gegenkraft des Materiales zwischen der Walze W2 und der Walze W5 gemessen, so wird entspre­ chend den Umfangsgeschwindigkeiten v1 bis v5 bzw. v1′ bis v5′ jeweils die Gesamtheit der entsprechenden Schichtdicken d2 bis d5 bzw. d2′ bis d5′ gemessen, die sich dann nur noch aufgrund der Walzentemperatur und der Fließeigenschaften des Mahlgutes verändern wird. Um daraus die endgültige Schichtdicke d5 bzw. d5′ zu errechnen, müßte das Signal der zwischen den Walzen W2 bis W5 (oder zwischen anderen, ein­ ander nicht benachbarten Walzen) gemessenen Gegenkraft ebenso wie die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen und gege­ benenfalls auch deren Temperatur einer Recheneinrichtung zugeführt werden.

Aufgrund geringer Exzentrizitäten kann sich bei Messungen, wie sie anhand der Fig. 2 und 3 besprochen wurden, entspre­ chend der Drehzahl der zugehörigen Walzen ein Frequenzsi­ gnal ergeben, das durch ein Filter oder durch Integration ausgeschaltet werden muß. Im Fall eines Filters ist darauf zu achten, daß die Frequenzen innerhalb des Variationsbe­ reiches der Geschwindigkeiten ausgefiltert werden. Im Fall einer Integration ergibt sich die Schichtdicke aus dem Gleichstromanteil des Signales, wobei eine solche Integra­ tion jedoch auch zu einer Verlängerung der Regelzeitkon­ stante führen kann.

Daraus ergibt sich ein weiterer Grund für die bevorzugte Messung an den auf einen festen Spaltwert eingestellten Einzugswalzen W1, W2, denn dort erübrigen sich alle diese Maßnahmen.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen mög­ lich. So braucht das jeweils vorgeschaltete Walzwerk nicht unmittelbar vorhergehend zu sein. Vielmehr kann das Vor­ walzwerk (oder ein anderes Walzwerk im Bereich des Anfanges einer Walzwerklinie) mit einem der letzten Walzwerke der jeweiligen Linie in einem Regelkreis verbunden sein. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, die Gegenkraft mit ei­ nem Quarz bzw. einem Dehnungsmeßstreifen zu bestimmen, weil auch andere Kraftmeßeinrichtungen möglich sind, wie bei­ spielsweise Druckmeßdosen. Die Erfindung wurde auch nur beispielsweise an Hand einer Schokolademasse beschrieben. Sie ist an allen ähnlichen Massen mit vergleichbaren Eigen­ schaften anwendbar.

In Fig. 1 ist der Antrieb der Walzen W1 bis W5 nicht dar­ gestellt. Die Kräfte des Antriebes können aber die Messung der Gegenkraft in zweierlei Weise beeinflussen: Zum einen kann dadurch das Ausgangssignal des Kraftmessers 26 eine gewisse Welligkeit erhalten, wobei dessen Frequenz von der Antriebsgeschwindigkeit abhängt, die, falls sie stört, mit denselben Glättungsmitteln ausgeschaltet werden kann, die oben an Hand der Fig. 2 beschrieben wurden (Filtrierung bzw. Integrierung). Zum andern ergeben die Antriebsräder an einer Seite der Walzen eine Reaktionskraft, die oft durch einseitig höheren Druck im betreffenden Aggregat 10 ausgeglichen wird. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, wenn die Gegenkraft wenigstens an der dem Antrieb abgewand­ ten Seite gemessen wird.

Die vom Material ausgeübte Gegenkraft kann aber auch an beiden Seiten einer Walze (bzw. der Walzen) gemessen wer­ den. In diesem Fall ergeben sich zwei Möglichkeiten. Einer­ seits ist es denkbar, die Ausgangssignale beider Druckmes­ ser einer Mischstufe zuzuführen, um so beispielsweise das Vorwalzwerk 1 von einem Mischsignal zu regeln. Die Misch­ stufe kann eine Addierstufe oder ein Mittelwertbildner sein. Alternativ kann das Signal der beiden Seiten auch unter­ schiedlich gewichtet werden.

Die andere Möglichkeit besteht darin, das an der Antriebs­ seite gewonnene Signal der Gegenkraft (oder dessen Diffe­ renz zu der auf der Gegenseite gemessenen Gegenkraft) zur Regelung des Druckes in dem der Antriebsseite zugeordneten Aggregat 10 heranzuziehen. Diese Möglichkeit ist übrigens unabhängig davon gegeben, wie die Regelung der Schichtdicke erfolgt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung der Fließeigenschaften einer teigig-pastösen Masse, z. B. einer Schokoladenmasse, an einem wenigstens zwei Walzen aufweisenden Walzwerk, insbesondere Reibwalzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließeigenschaften der teigig-pastösen Masse auf einer gegen eine Gegenwalze gepreßten Walze ermittelt werden, indem die durch die zu verarbeitende Masse im Walzenspalt zwischen Walze und Gegenwalze ausgeübte Ge­ genkraft gemessen wird, daß die Messung der Gegenkraft in einem Walzenspalt mit vorbestimmter Größe durch­ geführt wird und der Walzenspalt auch nach der Messung unverändert bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck an einer Einzugswalze des Walzwerkes bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck an einer Abstützung, z. B. einer Kol­ benstange, der Walze bestimmt wird, die mit der Gegen­ walze einen vorgegebenen Mindestwalzenspalt bildet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft wenigstens an der dem Antrieb abge­ wandten Seite gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft an beiden Seiten der jeweiligen Walze gemessen und vorzugsweise ein Mischwert aus beiden Mes­ sungen gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Druckes in einem der Antriebsseite zugeordneten Aggregat die an der Antriebsseite gemessene Gegenkraft oder die Differenz zwischen dieser Gegenkraft und der auf der gegenüberliegenden Seite gemessenen Gegenkraft gemessen wird.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer gegen eine Gegenwalze ge­ preßten Walze eines wenigstens zwei Walzen aufweisenden Walzwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Gegendruckes bei fest eingestelltem Walzenspalt ein Druckmesser (26; 126) mit zumindest einem Lager (38, 39) einer Walze (W1; W4; W5; W2; W5) verbunden ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmesser (26) an einer Abstützung, vorzugs­ weise an einer das Walzenlager belastenden Kolbenstange (117) eines fluidischen Druckaggregates (112, 113) an­ geordnet ist.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmesser (26; 126) ein Dehnungsmeßstreifen, ein piezoelektrischer Kristall oder eine Druckmeßdose vorgesehen ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmesser (26; 126) wenigstens an der dem Antrieb abgewandten Seite der Walze (W1) vorgesehen ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Walze (W1) jeweils ein Druckmes­ ser (26; 126) vorgesehen ist, wobei an die Ausgänge der beiden Druckmesser vorzugsweise eine Mischstufe und gege­ benenfalls auch eine Glättungsstufe angeschlossen ist.