Vorrichtung und Verfahren zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren sowie auf ein Kalibrierungsverfahren für eine Regeleinheit einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikel in einem fliessfähigen Material gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Beim Betrieb einer Walzenmühle müssen verschiedene Prozesspara¬ meter einzeln geregelt werden, um eine gleich bleibende Mahlqua¬ lität zu gewährleisten. Da sich die mechanischen Eigenschaften des Mahlguts von Charge zu Charge unterscheiden oder auch innerhalb eines Mahlvorgangs, insbesondere bei mehreren Durchläufen durch die gleiche Walzenmühle, verändern, muss sichergestellt werden, dass die Prozessparameter auf die jeweiligen mechanischen Eigenschaften des Mahlguts angepasst werden.
Als Prozessparameter einstellbar sind Walzenspalt, Walzenanpressdruck, Walzentemperatur, Mahlguttemperatur sowie Walzendrehgeschwindigkeit oder Walzendrehzahl.
Aus der EP 0 492 080 ist bekannt, bei Erreichen von festgelegten Füllstandshöhen innerhalb des Aufgabebunkers einer Walzenmühle einen Prozessparameter, insbesondere den Walzenanpressdruck, um einen bestimmten Wert zu verändern. Dies erfolgt so lange, bis der Füllstand sich auf einen stabilen Wert eingependelt hat, oh¬ ne dass ein Sollwert vorgegeben wird. Damit wird erreicht, dass eine Walzenmühle mit einer stabilen Regelung der Prozessparame¬ ter betrieben werden kann, selbst bei sich verändernden mechanischen Eigenschaften des Mahlguts.
An diesem Verfahren ist nachteilig, dass durch die Veränderung des Anpressdrucks und des Füllstandes im Aufgabebunker der Zer¬ kleinerungsgrad der Partikel im Mahlgut nach den Walzen je nach Anpressdruck und Füllstand variiert. Dadurch lässt sich kein Produkt mit konstanter Partikelgrösse herstellen.
Die EP 2 103 223 offenbart ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Reduzieren der Partikelgrösse in einem Material, insbesonde¬ re einer Schokoladenmasse, wobei ein Spalt zwischen zwei Walzen in Abhängigkeit der durch einen Antriebsmotor der Walzen aufgenommenen elektrischen Leistung verändert wird.
Ferner beschreibt die EP 0 953 291 ein Verfahren zur Herstellung von Schokolade, wobei der Walzenspalt zwischen zwei Walzen ge¬ messen und mit einem Referenzwert verglichen wird. Aufgrund des ermittelten Unterschieds wird die Drehgeschwindigkeit von einer der Walzen verändert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material zu schaffen, welche die Nachteile des Bekannten verhindert und wel¬ che insbesondere einen konstanten Zerkleinerungsgrad selbst bei sich verändernden Eigenschaften des Mahlguts ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material umfasst mindestens ein Walzenpaar, für das mindestens ein Prozessparameter, insbesondere der Walzenanpressdruck der Walzen und/oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen, einstellbar ist.
Die Zahl der Walzenpaare ist durch die Zahl der Walzenspalte zwischen den Walzen definiert. Ein Walzenpaar besteht in der Regel aus zwei Walzen. Umfasst die Vorrichtung mehr als ein Wal¬ zenpaar, so kann ein und dieselbe Walze zu verschiedenen Walzenpaaren gehören. Es müssen also nicht unbedingt doppelt soviel Walzen wie Walzenpaare vorhanden sein. In einem Grenzfall kann ein Walzenpaar nur eine Walze umfassen, wenn nämlich der Walzenspalt zwischen einer Walze und einer Wand gebildet wird.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Füllstandsmesser zum Messen der Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials in einem Walzenspalt oder einem den Walzen vorgelagerten Walzentrog.
Der Füllstandsmesser kann die Füllstandshöhe in dem Walzenspalt des Walzenpaares messen, für das ein Prozessparameter einstellbar ist, oder in einem anderen, vor- oder nachgelagerten Walzenspalt. Alternativ kann der Füllstand in einem vorgelagerten Walzentrog gemessen werden.
Die Vorrichtung verfügt ferner über eine Regeleinheit, welche in Abhängigkeit der gemessenen Füllstandshöhe des fliessfähigen Ma¬ terials mindestens einen Prozessparameter verändert.
Als „fliessfähiges" Material im Sinne der Anmeldung wird ein Ma¬ terial verstanden, dessen Viskosität gering genug ist, um ein selbstständiges Zerfliessen des Materials zu ermöglichen. Als fliessfähiges Material im Sinne der Anmeldung gelten insbesonde¬ re Flüssigkeiten und Halbflüssigkeiten sowie rieselfähige Materialien, wie Pulver. Die Vorrichtung ist insbesondere zum Zerkleinern von Partikeln in einem Pulver oder einer Halbflüssigkeit zur Herstellung einer Schokoladenmasse geeignet.
Bei der Vorrichtung handelt es sich bevorzugterweise um eine Walzenmühle. Bevorzugt verfügt die Vorrichtung über mindestens zwei Walzen, welche als Walzenpaar angeordnet sind und durch ei¬ nen Anpressdruck gegeneinander gepresst werden. Ferner können in der Vorrichtung noch weitere Walzen angeordnet sein. Insbesondere kann die erfindungsgemässe Vorrichtung vier oder fünf Walzen aufweisen .
Die Anzahl der Walzen, die während des Zerkleinerungsprozesses aktiv genutzt werden, kann variabel sein. Die Anzahl der aktivierten Walzen kann von der gewünschten Filmdicke und/oder von der zu zerkleinernden Masse abhängig gemacht werden. So können beispielsweise zu Beginn eines Zerkleinerungsprozesses nur zwei oder drei Walzen genutzt werden und später, zum Beispiel bei erneuten Durchläufen der fliessfähigen Masse durch die Vorrichtung, weiter Walzen hinzugeschaltet werden.
In der Regel wird ein Filmtransfer, wie er bei Benutzung von mehr als zwei Walzen nötig ist, eher ermöglicht, wenn schon eine gewisse Feinheit des Materials vorliegt.
Walzen, die deaktivierbar sein sollen, können derart abhebbar ausgeführt sein, dass sie im abgehobenen Zustand nicht mit der fliessfähigen Masse in Kontakt kommen.
Einem Walzenpaar ist bevorzugt ein Walzentrog vorgelagert, d.h. der Walzentrog ist in der Verarbeitungsrichtung des fliessfähi- gen Materials vor den Walzen angeordnet. Das fliessfähige Mate¬ rial wird über eine Zuführeinrichtung, wie beispielsweise einem Vorratsbunker oder einem Beschickungsband, zunächst in den Wal¬ zenspalt oder den Walzentrog befördert.
Besonders bevorzugt erfolgt die Zuführung des Mahlguts unter ei¬ nem konstanten Massenstrom. D.h. die zugeführte Menge des Mahlguts pro Zeiteinheit ist während des Betriebs der Vorrichtung stets gleich. Vorzugsweise lässt sich die zugeführte Menge mit¬ tels einer entsprechenden Zuführvorrichtung genau einstellen.
Durch die Drehung der Walzen wird das fliessfähige Material durch den sich zwischen den Walzen befindenden Walzenspalt befördert. Durch den Anpressdruck der Walzen und die durch die Drehbewegung erzeugten Scherkräfte erfolgt die Zerkleinerung der sich im fliessfähigen Material befindlichen Partikel. Bei diesen Partikeln handelt es sich beispielsweise um Zuckerkristalle, Ka- kaonibs, Milchpulver oder dergleichen.
Mindestens eine der Walzen des Walzenpaars wird über eine Druck¬ einrichtung gegen die zweite Walze gepresst. Bevorzugt verfügen beide Walzen über eine Druckeinrichtung, wobei beide Walzen gegenseitig aneinander gepresst werden. Die Druckeinrichtung ist beispielsweise ein Hydraulikkolben oder dergleichen. Alternativ kann eine Walze auch starr angeordnet sein, während die zweite Walze des Walzenpaares gegen die starre Walze angepresst wird. Ferner können die Walzen auch derart angeordnet sein, dass an beiden Enden der Walzen ein unterschiedlicher Anpressdruck eingestellt werden kann.
Ferner bevorzugt lässt sich für jede der Walzen des Walzenpaares die Drehgeschwindigkeit einzeln verstellen. Dies kann beispiels¬ weise über eine separate Drehzahlsteuerung der Antriebsmotoren der Walzen erfolgen oder alternativ über verstellbare Getriebe zwischen einem gemeinsamen Antriebsmotor und den einzelnen Walzen .
Die Vorrichtung verfügt bevorzugt über mindestens einen Sensor, welcher die Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials im Wal¬ zenspalt und/oder im Walzentrog misst. Um die Messgenauigkeit zu verbessern kann die Vorrichtung auch über mehrere Sensoren verfügen, welche die Füllstandshöhe messen. Bevorzugt handelt es sich dabei um kontaktlose Sensoren.
Unter Messung der Füllstandshöhe im Walzenspalt im Sinne dieser Anmeldung wird das Messen der Füllstandshöhe eines Mahlgutdepots oberhalb des Walzenspalts verstanden. Das sich vor dem Walzenspalt ansammelnde Mahlgut bildet dieses Mahlgutdepot.
Die Regeleinheit verändert in Abhängigkeit der gemessenen Füll¬ standshöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt oder im Walzentrog mindestens einen Prozessparameter. Die Regeleinheit ist bevorzugt eine Mikrocontrollereinheit . Die Regeleinheit lässt sich dabei bevorzugt auf einen Sollwert für die einzuhal¬ tende Füllstandshöhe einstellen, beispielsweise über eine Einga¬ bevorrichtung. Die Regeleinheit ist bevorzugt derart ausgestal¬ tet, dass diese bei einer vorgegebenen Abweichung des Sollwerts der Füllstandshöhe, beispielsweise um 5cm, die mindestens eine Prozessgrösse um einen bestimmten Wert verändern, beispielsweise wird die Drehgeschwindigkeit der Walzen um 50 Umdrehungen pro Minute reduziert. Besonders bevorzugt verfügt die Regeleinheit dabei über eine zusätzliche Speichereinheit, in der zum Beispiel Füllstandssollwerte für verschiedenes Mahlgut und/oder für ver¬ schiedene zu erreichende Zerkleinerungsgrade der Partikel ge¬ speichert sind. Ferner bevorzugt können für verschiedenes Mahl¬ gut und/oder für verschiedene zu erreichende Zerkleinerungsgrade spezifische Veränderungswerte der Prozessparameter gespeichert sein .
Bevorzugt verändert die Regeleinheit den Anpressdruck der Walzen und/oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen. Alternativ und/oder zusätzlich könnten noch weitere Prozessparameter durch die Regeleinheit verändert werden, wie beispielswei¬ se der Walzenspalt oder die Zuführgeschwindigkeit des fliessfä- higen Materials in den Walzenspalt oder in den Walzentrog. Die Zuführgeschwindigkeit kann beispielsweise über die Pumpleistung zur Förderung des fliessfähigen Materials eingestellt werden.
Veränderungen der mechanischen, physikalisch-chemischen oder strukturellen Eigenschaften eines fliessfähigen Materials wirken sich auf den Durchsatz des Materials zwischen den Walzen aus. Durch Messung der Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt oder im Walzentrog kann zu jeder Zeit dieser Durch¬ satz des Materials berechnet werden. Entweder wird dabei die Veränderung der Füllhöhe pro Zeit berechnet oder es wird über¬ prüft, ob der Füllstand bei konstantem Einbringen von fliessfä- higem Material in den Walzenspalt oder in den Walzentrog gleich hoch bleibt, d.h. die Menge an zugeführtem Material derjenigen Menge entspricht, welche in der gleichen Zeiteinheit zwischen den Walzen eingezogen wird.
Der Durchsatz durch einen Walzenspalt kann auch durch einen Vergleich von zufliessender und abfliessener Menge ermittelt werden, die jeweils beispielsweise mit einem Durchflussmesser ermittelt werden.
Bevorzugt wird mittels einer Zuführeinrichtung das Mahlgut mit einem konstanten Massenstrom in Walzentrog beziehungsweise in den Walzenspalt eingebracht. Wird eine konstante Füllstandshöhe im Walzentrog beziehungsweise im Walzenspalt durch Verändern des Anpressdrucks der Walzen und/oder der Drehgeschwindigkeit min-
destens einer Walze eingehalten, so kann der Durchsatz und damit der Zerkleinerungsgrad konstant gehalten werden.
Der Durchsatz kann mittels einer direkten Messung in der Zuführeinrichtung, der Abfuhreinrichtung oder in der Vorrichtung gemessen werden. Zudem kann die Zuführeinrichtung derart ausgestaltet sein, dass die in den Walzenspalt oder dem Walzentrog eingetragene Menge an Mahlgut einstellen lässt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht so das Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material bei konstantem Durchsatz sowie bei gleich bleibendem Zerkleinerungsgrad der Partikel, selbst dann, wenn sich die Eigenschaften der dem Walzenpaar zugeführten fliessfähigen Materials verändert.
Der Füllstandsmesser umfasst bevorzugt einen optischen oder a- kustischen Sensor. Der Sensor kann dabei beispielsweise mittels eines Laserstrahls, Infrarotstrahlen oder von Ultraschallwellen die Füllstandshöhe im Walzenspalt oder im Walzentrog messen. Die Verwendung solcher Sensoren ermöglicht eine kontaktlose Messung der Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt oder im Walzentrog. Die Messung kann dabei an einem bestimmten Punkt erfolgen, ein- oder mehrdimensional erfolgen. Als eindi¬ mensionale Messung wird die Ermittlung nur in einer Raumrichtung verstanden, d.h. in diesem Fall eine Füllstandshöhenmessung entlang einer Raumrichtung. Eine mehrdimensionale Messung kann z.B. zum Bestimmen des Füllstandsvolumens oder andere geometrische Grössen verwendet werden. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung lassen sich punktuell gemessene, ein- und mehrdimensionale Füll¬ standshöhen in kurzer Zeit bis hin zu Echtzeit ermitteln.
Bevorzugt umfasst der Füllstandsmesser eine auf den Walzenspalt gerichtete Kamera sowie eine Bildauswertungseinheit, welche zur
Berechnung der Füllstandshöhe anhand eines Kamerabildes geeignet ist. Durch eine solche Einrichtung lässt sich die Füllstandhöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt oder im Walzentrog über die gesamte Breite und/oder Länge des Walzenspalts kontinu¬ ierlich messen. Die Bildauswertungseinheit verfügt vorzugsweise über eine entsprechende Auswertesoftware, welche die gleichzei¬ tige Bestimmung der Füllstandshöhe an verschiedenen Punkten innerhalb des Walzenspalts oder des Walzentrogs ermöglicht. Vor¬ teilhafterweise verfügt die Auswerteeinheit zudem über eine An¬ zeige, welche das durch die Kamera erfasste Bild in Echtzeit an¬ zeigt, so dass es dem Bedienpersonal möglich ist, den Füllstand auch optisch zu kontrollieren.
Die Regeleinheit ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass bei Zu¬ führung des fliessfähigen Materials mit einem konstanten Volumenstrom in den Walzenspalte oder in den Walzentrog die Füll¬ standshöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt oder im Walzentrog durch Verändern des Anpressdrucks und/oder der Drehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen auf einen vorbe¬ stimmten oder vorbestimmbaren Wert gehalten wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass trotz sich verändernden Eigenschaf¬ ten des fliessfähigen Materials, insbesondere dann, wenn das fliessfähige Material mittels einer Rückführung mehrere Durch¬ gänge durch dieselbe Walzenmühle durchläuft, dass ein konstanter Durchsatz sichergestellt wird. Dieser Durchsatz kann auch nur während zeitlich definierter Perioden auf einem Wert bzw. einem Wertebereich konstant gehalten werden. Die zeitlichen Perioden lassen sich z.B. aufgrund von Erfahrungswerten einstellen oder diese werden aufgrund von Veränderungen in der Füllstandshöhe definiert .
Als „konstanter Volumenstrom" im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird verstanden, dass pro Zeiteinheit das gleiche Volumen an fliessfähigem Material zugeführt und/oder gefördert wird.
Weiter bevorzugt ist in Materialflussrichtung vor den Walzen eine Speiseeinrichtung zum Zuführen des fliessfähigen Materials in den Walzenspalt oder in den Walzentrog angeordnet. Dies ermög¬ licht das Zuführen von fliessfähigem Material in den Walzenspalt oder in den Walzentrog, insbesondere bevorzugt mit einem ein¬ stellbaren und/oder konstanten Volumenstrom.
Die Vorrichtung kann mit einer Rückführeinrichtung ausgestattet sein, die mindestens einen Teil des bereits durch die Walzen ge¬ führten Materials nochmals durch das mindestens eine Walzenpaar führt .
Die Walzenspalte können so häufig von der Masse durchlaufen wer¬ den, bis die gewünschte Filmdicke erreicht ist. Mit mehrfachen Durchlaufen der Walzen kann beispielsweise mit einem Zwei- oder Dreiwalzwerk das gleiche Resultat erreicht werden, wie mit einem Fünfwal zwerk .
Bevorzugt weist die Vorrichtung weiterhin eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Teilchendicke im Mahlgut, insbesondere eine Feinheitsmessgerät oder einen Filmdickenmesser, auf. Dabei kann es sich um eine elektro-magnetische, opto-elektronische, akusti¬ sche oder mechanische Messeinrichtung handeln. Bevorzugt ist die Messvorrichtung in der Nähe einer Mahlwalze angebracht und es wird die Feinheit oder Filmdicke auf der Mahlwalze gemessen. Al¬ ternativ kann die Messvorrichtung an einer separaten Austrags- walze angebracht sein und die Feinheit bzw. Schichtdicke auf dieser gemessen werden.
Insbesondere wird für die Feinheitsmessung ein Feinheitsmessge¬ rät unter Verwendung von Licht im Nah-Infrarot-Bereich verwendet. Die Wellenlänge wird auf das zu messenden Material abge¬ stimmt, sodass aus der absorbierten Strahlung die Menge von de¬ finierten Produktinhaltsstoffen, wie Zucker und Fett, bestimmt werden können, die mit der Feinheit des Produkts korreliert. Die Korrelationsbeziehung ist produktspezifisch und muss vorher durch einen Kalibrierung ermittelt werden. Das Gerät strahlt Infrarot-Licht auf eine Produktschicht auf einer Walze aus, misst die reflektierte Lichtmenge und berechnet die Feinheit des Produkts in Mikrometern. Eine Spüllufteinheit schützt das Mess¬ gerätefenster vor Verschmutzung.
Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung eine Regeleinheit auf, welche dafür sorgt, dass mindestens einen Teil des Materials in die Rückführeinrichtung geleitet wird, wenn die Feinheit, bzw. die Filmdicke noch nicht das Sollmass erreicht hat.
Insbesondere ist die Regeleinheit derart gestaltet, dass das Sollmass nach Kundenwünschen einstellbar ist.
Besonders feine Schokolade, wie sie z.B. häufig auf dem asiati¬ schen Markt gefordert wird, hat, erfordert Filmdicken, zwischen 12 und 18 Mikrometern. In der Regel werden allerdings schon Schokoladen mit Filmdicken zwischen 18 und 30 Mikrometern als feine Schokoladen wahrgenommen, da kleinere Strukturen zumeist von den Rezeptoren der Zunge nicht aufgelöst werden können.
Für viele Anwendungen reicht allerdings auch eine Filmdicke zwi¬ schen 30 und 40 Mikrometern aus.
Füllmassen für Schokolade weisen in der Regel Filmdicken zwischen 35 und 50 Mikrometern auf.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung, insbesondere wie oben beschrieben, zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material, insbesondere einem Pulver oder einer Halbflüssigkeit zur Herstellung einer Schokoladenmasse. Die Vor¬ richtung umfasst mindestens ein Walzenpaar, für welches mindes¬ tens ein Prozessparameter, insbesondere der Walzenanpressdruck, die Temperatur und/oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen einstellbar ist, und eine Einrichtung zum Erfassen des Durchsatzes des fliessfähigen Materials durch einem Walzenspalt. Die Vorrichtung umfasst ausserdem eine Regeleinheit, wel¬ che in Abhängigkeit des gemessenen Durchsatzes des fliessfähigen Materials in dem Walzenspalt oder in Abhängigkeit von der Ände¬ rung des Durchsatzes mindestens einen Prozessparameter, insbe¬ sondere ausgewählt aus dem Walzenanpressdruck, dem Walzenspalt und der Walzendrehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen, sowie Kombinationen davon, verändert.
Beispielweise ist der Durchsatz in dem Walzenspalt des Walzen¬ paares ermittelbar, dessen Prozessparameter einstellbar sind.
Die Einrichtung zum Erfassen des Durchsatzes umfasst bevorzugt mindestens eine Messvorrichtung für einen Parameter, aufgrund desser der Durchsatzes bestimmt werden kann. Bei der Messvorrichtung kann es sich, wie oben beschrieben, um einen Füllstandsmesser handeln. Der Durchsatz kann jedoch auch mittels eines Durchflussmessers bestimmt werden oder aus der Mengendiffe¬ renz von abfliessender und zufliessender Masse, die über eine Volumen- oder Gewichtsmessung ermittelt werden kann.
Die Regeleinheit ist bevorzugt so ausgelegt, dass festgelegter konstanter Durchsatz erzielt wird.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Anlage zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material, insbesondere in Pulvern oder Halbflüssigkeiten zur Herstellung einer Schokoladenmasse, bei welcher mehrere Vorrichtungen zum Zerkleinern, wie oben beschrieben, in Materialflussrichtung hintereinander angeordnet sind. Die jeweiligen Vorrichtungen können bevorzugt in den Materialfluss einkoppelbar sein, so dass die Anzahl der an dem Zerkleinerungsprozess beteiligten Vorrichtungen wählbar ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähi- gen Material.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material, insbesondere in Pulvern oder Halbflüssigkeiten zur Herstellung einer Schokoladenmasse, werden die Partikel zwischen mindestens einem Walzenpaar zerkleinert.
Bevorzugt sind die Prozessparameter von mindestens einem Walzenpaar einstellbar.
Dabei wird der Durchsatz des fliessfähigen Materials durch einen Walzenspalt erfasst oder eine Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials in einem Walzenspalt oder in einem Walzentrog, der ei¬ nem Walzenpaar vorgelagert ist, gemessen.
Beispielweise wird der Durchsatz durch einen Walzenspalt oder die Füllstandshöhe im Walzenspalt des Walzenpaares gemessen, dessen Prozessparameter einstellbar sind.
In Abhängigkeit des erfassten Durchsatzes und/oder der gemesse¬ nen Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials wird mindestens ein Prozessparameter, insbesondere ein Prozessparamter eines
Walzenpaares, weiter insbesondere der Walzenanpressdruck und/oder die Walzendrehgeschwindigkeit mindestens einer der Wal¬ zen verändert.
Zusätzlich oder alternativ kann auch die Temperatur mindestens einer Walze verändert werden.
Dies ermöglicht die Zerkleinerung der im fliessfähigen Material enthaltenen Partikel bei einem konstanten Durchsatz und/oder bei einem gewünschten, insbesondere gleich bleibenden, Zerkleinerungsgrad .
Bevorzugt wird dem Walzenspalt oder dem Walzentrog kontinuier¬ lich fliessfähiges Material zugeführt, zum Beispiel über ein Be¬ schickungsband .
Besonders bevorzugt wird die Füllstandshöhe kontinuierlich ge¬ messen. Dadurch können Veränderungen der Füllstandshöhe im Walzenspalt oder im Walzentrog sehr schnell erfasst werden und eine entsprechende Veränderung mindestens eines Prozessparameters oh¬ ne Verzögerung erfolgen.
Die Füllstandshöhe des fliessfähigen Materials im Walzenspalt und/oder im Walzentrog wird bevorzugt berührungsfrei gemessen, insbesondere mit einem akustischen oder optischen Sensor. Berührungsfreie Sensoren haben den Vorteil, dass die Messdaten durch kleben gebliebenem Material verfälscht werden. Ausserdem muss bei diesen lediglich eine Linse gereinigt werden, was den Wartungsaufwand reduziert.
Der Durchsatz kann über eine Füllstandsmessung ermittelt werden. Der Durchsatz kann auch über ein Flussmessung oder eine Differenzbildung von abfliessender und zufliessender Menge, also zum
Beispiel über Volumen- oder Gewichtsmessungen der zufliessenden und/oder abfliessenden Masse, ermittelt werden.
Bevorzugt wird ein Sollwert oder ein Sollwertbereich für den Durchsatz und/oder die Füllstandshöhe festgelegt und der mindes¬ tens eine Prozessparameter automatisch derart verändert, dass der Durchsatz und/oder die gemessene Füllstandshöhe dem vorgege¬ ben Sollwert entspricht oder innerhalb des Sollwertbereichs liegt .
Ein Sollwertbereich im Sinne dieser Anmeldung ist ein Bereich innerhalb dessen sich der Durchsatz oder die Füllstandshöhe be¬ finden kann, ohne dass ein Regeleingriff erfolgt. D.h., dass z.B. kleine Schwankungen der Füllstandshöhe noch keine Verände¬ rung der Prozessparameter verursachen, sondern erst das Verlassen des Sollwertbereichs durch die gemessene Füllstandshöhe.
Vorzugsweise wird das Mahlgut zusätzlich bei voreingestellten Prozessparametern durch das mindestens eine Walzenpaar zerkleinert bis sich ein stationärer Zustand eingestellt hat. Die Füll¬ standshöhe im Walzenspalt oder im Walzentrog, welche sich im stationären Zustand einstellt, wird als Sollwert festgelegt be¬ ziehungsweise basierend auf diesen Wert ein Sollwertbereich de¬ finiert .
Die Prozessparameter werden bevorzugt durch eine Regeleinheit automatisch verändert. Die Regeleinheit ist bevorzugt derart eingestellt oder einstellbar, dass eine Veränderung der Füllstandshöhe um einen bestimmten Wert die Veränderung mindestens eines Prozessparameters um einen definierten Wert verursacht.
Vorzugsweise kann bei der Vorrichtung eine minimale Spaltbreite eingestellt werden, welche während des Betriebs mindestens wäh-
rend des Anfahrens der Vorrichtung nicht unterschritten werden kann. Die minimale Spaltbreite kann vorzugsweise über eine ent¬ sprechende Mechanik eingestellt werden. Das Vorgeben einer minimalen Spaltbreite vereinfacht das Anfahren der Walzenmühle, da das Mahlgut besser eingezogen wird als bei einer vollständigen Aneinanderpressung der Walzen.
Alternativ kann auch beim Anfahren der Walzenmühle der Anpressdruck für eine gewisse Zeit reduziert werden, bis ein entspre¬ chender Durchsatz an Material erreicht wird.
Bevorzugt kann beim Verfahren zunächst ein Kalibrierungsschritt erfolgen, bei dem der Zusammenhang zwischen Zerkleinerungsgrad und mindestens einem Prozessparameter ermittelt wird. Beispiels¬ weise kann bei einem gegebenen Anpressdruck und einem beabsichtigten Durchsatz die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze so lange verändert werden, bis sich eine konstante Füllstandshö¬ he des Mahlguts im Walzenspalt oder im Walzentrog einstellt. Der zugehörige Zerkleinerungsgrad wird dann ermittelt und es kann ein Prozessgrössenkennfeld erstellt werden, welches entsprechend in der Regeleinheit oder in einer Steuerungsvorrichtung hinterlegt und zur Regelung eingesetzt werden kann.
Bevorzugt erfolgt ein Kalibrierungsschritt, bei dem der Sollwert oder der Sollwertbereich der Füllstandshöhe festgelegt wird.
Vorzugsweise können beim Kalibrierungsschritt die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern, der Füllstandshöhe, dem Durchsatz sowie dem Zerkleinerungsgrad der Partikel bestimmt werden. Insbesondere kann durch Konstanthalten von zwei dieser Werte und Variation eines Dritten Werts die Auswirkung dieser Variation auf den vierten Wert bestimmt werden.
Bevorzugt wird in einem weiteren Verfahrensschnitt die Filmdicke auf mindestens einer Walze, insbesondere mit einem Filmdicken¬ messer, der einen Sensor zur Erfassung der Filmdicke aufweist, gemessen .
Weiter bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren wieder¬ holt, also die Masse nochmals von dem mindestens einen Walzepaar zerkleinert. Insbesondere umfasst das Verfahren eine Prüf- schritt, in welchem festgestellt wird, ob eine Prüfgrösse, ins¬ besondere eine gemessene Feinheit oder Filmdicke, einen Sollwert erreicht und/oder über- oder unterschritten hat.
Weiter insbesondere umfasst das Verfahren einen Steuerschritt, wobei die vorhergehenden Verfahrensschritte wiederholt werden, solange die Prüfgrösse, insbesondere die gemessenen Feinheit o- der Filmdicke, den Sollwert noch nicht erreicht ist.
Weiter insbesondere umfasst das Verfahren einen Steuerschritt, wobei eine oder weitere zusätzliche Walzen aktiviert werden, so¬ bald die Prüfgrösse einen Sollwert erreicht hat.
Weiter insbesondere umfasst das Verfahren einen Einstellschritt, mit welchen mindestens eine Sollgrösse, insbesondere eine ge¬ wünschte Feinheit oder Filmdicke, oder eine Abfolge von Soll- grössen, vorgegeben wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Partikeln in einem fliessfähigen Material, insbesondere einem Pulver oder einer Halbflüssigkeit zur Herstellung einer Schokoladenmasse, welche eine wesentliche Steigerung des Durchsatzes ermöglicht, insbesondere für eine Vorrichtung wie oben beschrieben. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäss Anspruch 15 gelöst.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst mindestens ein Walzen¬ paar. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner wenigstens ei¬ ne weitere Walze, welche and das Walzenpaar angepresst wird. Weiter bevorzugt kann die Vorrichtung noch weitere Walzen aufweisen, welche sequenziell hintereinander angeordnet sind und gegeneinander angepresst werden. Mindestens ein Prozessparameter des mindestens einen Walzenpaars oder der wenigstens einen zu¬ sätzlichen Walze kann verändert werden, insbesondere der Anpressdruck und/oder die Walzendrehgeschwindigkeit mindestens ei¬ ner der Walzen. Ferner ist vorzugsweise mindestens eine Walze des Walzenpaars und/oder wenigstens eine weitere Walze als bom¬ bierungslose Walze ausgestaltet.
Es wurde gefunden, dass die Kombination von bombierungslosen Walzen und variablem Anpressdruck sowie variabler Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze eine wesentliche Steigerung des Durchsatzes einer Walzenmühle ermöglicht, ohne dass der Zerklei¬ nerungsgrad und/oder die Qualität des gemahlenen Guts abnimmt.
Bevorzugt weist die bombierungslose Walze einen steifen Kernman¬ tel, bevorzugt aus Stahl, sowie eine dünne Wandung auf. Zwischen dem Kernmantel und der Wandung ist ferner eine elastische
Schicht angeordnet. Der Kernmantel kann als Hohlwalze mit stei¬ fem Walzenmantel ausgeführt sein.
Derartige Walzen werden beispielsweise in der EP 0 712 469 be¬ schrieben und ermöglichen einen konstanten Zerkleinerungsgrad über die gesamte Walzenlänge, selbst bei sich veränderndem Druck im Walzenspalt. Der Vorteil gegenüber den üblicherweise einge¬ setzten bombierten Walzen liegt darin, dass bei jedem Druck im Walzenspalt dieser stets eine konstante Breite über die gesamte Länge aufweist.
Bevorzugterweise wird der mindestens ein Prozessparameter auf¬ grund eines gemessenen Werts, insbesondere einer Füllstandshöhe des Mahlguts im Walzenspalt oder in einem dem mindestens einen Walzenpaar vorgelagerten Walzentrog, verändert.
Die Vorrichtung erlaubt einen gut kontrollierbaren und zügigen Ablauf des Walzvorgangs, der zu einem definierten Zerkleine¬ rungsgrad der Partikel führt und somit eine gute Produktqualität garantiert .
Weitere Details und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können aus der folgenden Beschreibung der Figuren und Beispielen entnommen werden. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines vierten Beispiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung;
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines fünften Beispiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Auf der Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 verfügt über mindestens zwei als Walzenpaar angeordnete Walzen 2,3. Zwi¬ schen den Walzen 2,3 ist ein Walzenspalt 14 vorhanden. Jede der zwei Walzen 2,3 des Walzenpaares wird durch einen separaten, drehzahlgesteuerten Motor 6, 7 angetrieben. Der Anpressdruck zwischen den Walzen 2, 3 wird über einen Druckregler 8 einge-
stellt. Vor den Walzen 2,3 ist ein Walzentrog 4 angeordnet, dem fliessfähiges Material 13 durch eine Speiseeinrichtung 9 zuge¬ führt wird. Der Füllstand 5 des fliessfähigen Materials 13 im Walzentrog 4 wird durch einen Füllstandsmesser 11 gemessen. Die Messrichtung des Füllstandsmessers 11 ist derart, dass die Füll¬ standshöhe 5 des fliessfähigen Materials im Walzentrog 4 gemes¬ sen werden kann. Die gemessene Füllstandshöhe wird an eine Re¬ geleinheit 10 übermittelt. Anhand der gemessenen Füllstandshöhe 5 wird mindestens ein Prozessparameter durch die Regeleinheit 10 verändert. Insbesondere wird über die Drehzahl des zugehörigen Motors 6, 7 die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze 2,3 verändert. Alternativ kann über den Druckregler 8 der Anpressdruck der Walzen 2,3 verändert werden.
Beispiel 1 :
Bei konstantem Anpressdruck der Walzen von 28 bar und bei konstantem Durchsatz von 1200 kg/h ergibt sich bei einem beispielhaften Material eine Partikelgrösse von 80 μιη. Ändern sich im Verlauf des Verfahrens die Eigenschaften des fliessfähigen Mate¬ rials so verändert sich auch der Produkteinzug des Materials zwischen die Walzen und somit der Durchsatz. Bei konstanter Zuführung des Materials in die Walzenspalte oder in den Walzentrog verändert sich im Beispiel die Füllstandshöhe derart, dass sie abnimmt. Diese Veränderung wird durch den Füllstandsmesser registriert worauf durch die Regeleinheit eine entsprechende Ver¬ änderung des Anpressdrucks erfolgt, beispielsweise eine Erhöhung des Drucks in Schritten von 0.5 bar. Diese Veränderung erfolgt so lange, bis der Sollwert der Füllstandshöhe im Walzenspalt o- der im Walzentrog wieder erreicht wird. Bei grösseren Verände¬ rungen des Durchsatzes wird zusätzlich die Drehzahl der Walzen verändert, beispielsweise um 30 bis 100 Umdrehungen pro Minute.
Beispiel 2 :
Beim Einsatz von nicht bombierten Walzen mit elastischem Mantelzwischenmaterial zum Erzeugen kleiner Partikel, beispielsweise 40μιη, wird ein hoher Anpressdruck benötigt, z.B. 35 bar, was einen entsprechend kleineren Durchsatz des fliessfähigen Materials ergibt. Daher kann durch Erhöhung der Walzendrehzahlen bei konstant hohem Druck der Durchsatz erhöht werden.
Beispiel 3:
Ein Mahlgut wird bei einem eingestellten Startdruck im Walzenspalt von 28 bar und Walzendrehgeschwindigkeiten von 50 U/min für eine erste Walze sowie 100 U/min für die zweite Walze des Walzepaares gemahlen. Daraus resultiert ein Durchsatz von 800 kg/h bei einem Zerkleinerungsgrad der im Mahlgut befindlichen Partikel auf 30 μιη.
Wird der Druck im Walzenspalt auf 35 bar erhöht, verringert sich der Durchsatz auf 600 kg/h, wobei der Zerkleinerungsgrad der Partikel auf 20 μιη fällt.
Eine Erhöhung der Walzendrehgeschwindigkeiten auf 75 U/min für die erste Walze und auf 150 U/min für die zweite Walze erhöht den Durchsatz auf 1000 kg/h, wobei sich der Zerkleinerungsgrad der Partikel wieder auf 30 μιη erhöht.
Ferner kann durch eine weitere Erhöhung des Drucks auf 45 bar sowie eine Erhöhung der Walzendrehgeschwindigkeiten auf 75 U/min für die erste Walze sowie auf 150 U/min für die zweite Walze der Durchsatz auf die ursprünglichen 800 kg/h eingestellt werden bei einem Zerkleinerungsgrad der Partikel von 20 μιη.
Ein kontinuierliches Verfahren wird erreicht, wenn die Füll¬ standshöhe des Mahlguts im Walzenspalt oder in einem dem mindes¬ tens einen Walzenpaar vorgelagerten Walzentrog konstant bleibt. In diesem Zustand sind die Prozessparameter derart eingestellt, dass die zugeführte Menge an Mahlgut der abgeführten Menge ent¬ spricht, also ein vorgewählter Durchsatz erreicht ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Bei¬ spiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 101.
Eine Walze 102 bildet mit einer feststehenden Wand 115 einen Walzenspalt 114. In Abhängigkeit von dem Füllstand 105 der fliessfähigen Masse in dem Walzenspalt 114 kann ein Prozespara- meter der Walze 102, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit, geregelt werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Bei¬ spiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 201.
Zwei gleich grosse Walzen 202, 203 bilden ein erstes Walzenpaar 220, für welches ein Prozessparameter, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer der Walzen 202, 203 einstellbar ist.
Den Walzen 202, 203 vorgelagert ist eine weitere Walze 216 mit geringeren Durchmesser, die als Auftragswalze dient und mit ei¬ ner der Walzen 203 ein weiteres Walzenpaar bildet. Dieses schliesst einen Walzenspalt 217 ein, in welchem eine erste Bean¬ spruchung des fliessfähigen Materials stattfindet.
Es liegt somit eine Dreiwalzwerk mit zwei Walzenpaaren vor.
Die Auftragswalze 216 bildet mit einer Trogwand 218 einen Wal¬ zentrog 204.
In Abhängigkeit von dem Füllstand 205 der fliessfähigen Masse in dem Walzentrog 204 kann ein Prozessparameter des Walzpaares 220, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindes¬ tens einer Walze 202, 203, geregelt werden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Bei¬ spiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 301, in Form eines weiteren Beispiels für ein Dreiwalzwerk.
Eine Walze 316 mit geringerem Durchmesser ist einem Walzenpaar 320 mit zwei grösseren Walzen 302, 303 nachgelagert.
In Abhängigkeit von dem Füllstand 305 der fliessfähigen Masse 313 in dem Walzenspalt 314 des ersten Walzepaarens 320 kann ein Prozessparameter des Walzpaares 320, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze 302, 303, oder des zweiten Walzenpaares 321, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze 303, 316, geregelt werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Bei¬ spiels für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 401, in Form eines weiteren Beispiels für ein Dreiwalzwerk.
Das Dreiwalzwerk weist ebenfalls zwei Walzenpaare 420, 421 auf.
In Abhängigkeit von dem Füllstand 405 der fliessfähigen Masse 413 in dem Walzenspalt 414 des ersten Walzepaarens 420 kann ein Prozessparameter des Walzpaares 420, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze 402, 403
oder des zweiten Walzenpaares 421, z.B. der Walzenanpressdruck oder die Drehgeschwindigkeit mindestens einer Walze 403, 416 geregelt werden.
Zusätzlich kann ein in der Figur nicht explizit dargestelltes Feinheitsmessgerät vorgesehen sein, das die Feinheit des auf der Austragswalze 416 befindlichen Produkts ermittelt. Hat die Fein¬ heit noch nicht einen festgelegten Sollwert erreicht, kann das Produkt wieder dem ersten Walzenspalt 414 zugeführt werden.