VERFAHREN ZUM MESSEN DER DICKE EINER SCHICHT UND VORRICHTUNG , ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Dicke einer Schicht von pasten- oder teigartigem Mahlgut auf einer bewegten Fläche und auf eine Schichtdickenmessein- richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durch¬ zuführendes Verfahren zu schaffen, das es gestattet, die Dicke einer Schicht von Mahlgut festzustellen, ohne dass der Mahlprozess beispielsweise in einem Walzwerk beeinflusst wird. Um stets ein Produkt gleichbleibend hoher Qualität zu erzielen, muss der Verarbeitungsprozess und hiebei insbe¬ sondere das Mahlen des pasteusen Schokolade-Rohmaterials un¬ ter vorherbestimmten und kontrollierten Bedingungen durchge¬ führt werden, wobei die Erfassung der Schichtdicke an einer Mahlfläche, wie an einer Walze des Mahlwerkes, ein optimales Kriterium zur Qualitätssicherung darstellt. Fernerhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Schichtdickenmessein- richtung zu schaffen, mit der das Verfahren einfach, schnell und ökonomisch durchgeführt werden kann.

Bei der Lösung dieses Problems liegt ein erster Schritt in der Erkenntnis der besonderen Eigenschaften pasten- bzw. teigartigen Mahlgutes, das die Tendenz hat, sich an zwei gegeneinander gedrückten Rotationskörpern über deren Ober¬ fläche zu verteilen. Nun muss ein mechanischer Messfühler mit einem bestimmten Druck gegen die zu messende Schicht gedrückt werden, um eine vorbestimmte Anlagekraft des Fühlers zu sichern. Dies muss aber dann zwangsläufig bewirken, dass die Rolle, die beispielsweise am Fühler angebracht ist und auf der Schicht aufliegt, etwa mit der Geschwindigkeit der das Mahlgut tragenden Fläche, also etwa mit der Umfangsge¬ schwindigkeit der das Mahlgut tragenden Walze eines Walz¬ werkes umläuft, wobei unvermeidbar ist dass sich auf der

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Messrolle eine gewisse Mahlgutschicht aufbaut, die dann das Messergebnis verfälscht. Im zweiten Schritt auf dem Wege zur Erfindung ist also die Aufgabe zu lösen, wie diese nachtei¬ lige Erscheinung bzw. dieser Zustand verhindert werden kann.

Gemäss der Erfindung werden bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 vorgeschlagen. Durch diese verblüffend einfache Massnahme wird derjenige Effekt vermieden, der bisher die Anwendung solcher Schichtdickenmesser in der Praxis verhindert hat, nämlich der Effekt des Aufwickeins der Schicht auf der Messrolle. Überraschend ist diese Lösung deshalb, weil man denken sollte, es würde sich dabei die Schicht vor der Messrolle aufstauen und so erst recht eine Verfälschung der Messergebnisse bringen. Praktische Versuche haben aber erwie¬ sen, dass eine solche Befürchtung nicht zutrifft, sondern dass vielmehr eine solche Massnahme eine hohe Messgenauigkeit bei einfachster und platzsparender Konstruktion erzielt wer¬ den kann.

Im Prinzip wäre die Bremsung durch Einsatz einer Reibkraft erzielbar. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es vor¬ teilhaft ist, der Bremskraft eine vorbestimmte Grosse zu er¬ teilen, was bei blosser Reibung meist nicht zu erzielen ist, weil sich die Reibkraft mit der Temperatur, mit der Feuchtig¬ keit usw. zu stark verändert. Die Bremsung im vorbestimmten Ausmass kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass die Messrolle motorisch mit einer geringeren Geschwindigkeit angetrieben wird, als die Bewegungsgeschwindigkeit der Schicht bzw. der Fläche vorgese¬ hen ist. Durch den motorischen Antrieb der Messrolle kann sehr einfach eine vorbestimmte und an die Bewegungsgeschwin¬ digkeit der Schicht angepasste Rotationsgeschwindigkeit ein¬ gestellt werden.

Ein anderes Problem, das mit der Auflage der Messgenauigkeit verknüpft ist, ist das Problem der Nullpunkteinstellung, d.h. der Bezugsebene, von der aus die Dicke der Schicht gemessen

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werden soll. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird da¬ her vorgeschlagen, dass das Ausgangssignal des Sensors vor dem Vorhandensein bzw. vor dem Entstehen der Schicht auf der , bewegten Fläche gespeichert wird und während des Vorhanden¬ seins der Schicht auf der bewegten Fläche mit dem vorab ge¬ speicherten Signal zumindest periodisch verglichen wird. Da¬ nach lässt sich das Vergleichsresultat für wenigstens einen der folgenden Schritte heranziehen: Regelung der Bewe¬ gungsgeschwindigkeit der die Schicht tragenden Fläche, Rege¬ lung der Zufuhrmenge des Mahlgutes, Regelung des Druckes, der Temperatur, der Viskosität des Mahlgutes, Sicherung gegen Trockenlauf der Walzen und/oder zur Anzeige der Dicke der Schicht.

Ferner wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, vorge¬ schlagen, dass zwei, vorzugsweise auch quer zur Bewegungs¬ richtung der Fläche, wie die zylindrische Oberfläche einer Walze eines Walzwerkes, z.B. gegen Federkraft, bewegliche Messrollen vorgesehen sind, denen ein ihre Bewegung und/oder ihre Position zumindest der Höhe nach über der Walze detek- tierender elektronischer Sensor zugeordnet ist.

Wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung jede Messrolle mit einem Generator drehfest gekuppelt und dessen induktiv erzeugtes Bremsmoment zur geschwindigkeitsabhängigen Bremsung der Messrolle herangezogen, so kann eine selbsttätige Rege¬ lung der Bremskraft in äusserst einfacher Weise erzielt wer¬ den, was wiederum den baulichen Aufwand gering hält und dar¬ über hinaus nahezu wartungsfreien Betrieb ermöglicht.

Besonders gute, d. h. genaue Messergebnisse werden erzielt, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung das Ver¬ hältnis der Breite der U fangsflache jeder Messrolle an der Auflagefläche auf der Schicht bzw. auf der Walze zu ihrem Durchmesser kleiner als 1:5, insbesondere kleiner als 1:10 gewählt wird. Damit wird nämlich ebenfalls der Tendenz der Schicht zum Aufwickeln auf die Messrolle entgegengewirkt.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ausgangssignal des Sensors über eine Filter- und Verstärkeranordnung einer Auswertestufe zugeführt ist, die eine Umschaltstufe zur wahlweisen Zuführung des vom Sensor abgeleiteten, verstärkten und gefilterten Signales an eine Speichereinrichtung oder an eine Vergleichseinrichtung auf¬ weist, der einerseits das aus der Speichereinrichtung aus¬ lesbare Signal und andererseits das zeitlich aktuelle, vom Ausgangssignal des Sensors abgeleitete Signal zugeführt sind, dass mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtung ein Eingang einer Regeleinrichtung für mindestens einen Parameter zur Steuerung des Walzwerkes verbunden ist, und dass ein Wahl¬ schalter vorgesehen ist, der zur Betätigung der Umschalt¬ einrichtung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Walz, wie Normalbetrieb oder Anfahr- bzw. Auslaufbetrieb, vorgesehen ist. Neben der hohen Messgenauigkeit wird somit auch das Erfordernis der Nullpunkteinstellung mit geringem apparativem Aufwand zuverlässig gelöst. Unter dem Begriff Speicherein¬ richtung soll jegliche Schaltung bzw. Einrichtung verstanden werden, die imstande ist, einen bestimmten, den Nullpunkt repräsentierenden Wert festzuhalten und wiederzugeben.

Ungenauigkeiten des Messergebnisses, hervorgerufen durch die Exzentrizität der Walze selbst bzw. Unebenheiten der die Schicht tragenden Fläche können dadurch vermieden werden, dass das Ausgangssignal des Sensors zur Reduzierung bzw. Eli¬ minierung von durch diese Exzentrizitäten der Walze hervorge¬ rufenen Welligkeiten des Signales über ein Tiefpassfilter zu¬ mindest mittelbar an die Umschalteinrichtung geführt ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungssbeispieles.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema für eine erfindungsgemässe

Schichtdickenmesseinrichtung, die vorzugsweise, wie dargestellt, zur Regelung eines Walzwerkes eingesetzt wird;

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Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrosserten Schnitt durch das Gehäuse des Schichtdickenmessers, wozu

Fig. 3 eine Druntersicht veranschaulicht.

An einem, im wesentlichen gemäss der DE-C-31 53 304 ausge¬ bildeten Walzwerk WW ist ein Schichtdickenmesser SM vorge¬ sehen. Dieser besitzt eine auf der auf der obersten Walze liegenden Schicht anliegenden Messrolle, deren Abstand von der Walze über eine Induktionsspule als Sensor bestimmt wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Einzelheiten dieses Schicht¬ dickenmessers SM, wobei im vorliegenden Falle innerhalb eines Gehäuses 30 ein hebelartiger Träger 31 mittig zwischen zwei Messrollen 32 angeordnet ist. Im Prinzip könnte an Stelle einer mittigen Anordnung des Trägers 31 auch ein gabel¬ förmiger Träger vorgesehen sein, der zwischen seinen Gabel¬ armen eine einzige, gegebenenfalls auch breiter ausgebildete Messrolle lagert. Allerdings ist am freien Ende der Träger¬ anordnung 31 ein Sensorgehäuse 33 vorgesehen, innerhalb des¬ sen ein aus einer Gehäuseöffnung heraus messender Sensor 34 (Induktionsspule, gegebenenfalls aber auch Kondensatorplatte) angeordnet ist. Dadurch ist eine symmetrische Ausbildung von Sensor 34 und Messrolle 32 gegeben.

Die Traganordnung 31 weist zweckmässig Federarme 35 auf, die ein leichtes Auslenken der Messrollen 32 gestatten, falls das Gehäuse 30 einmal nicht so montiert würde, dass die Messrol¬ len 32 mit ihren Ebenen genau in der Bewegungsrichtung der jeweiligen Walze 5 liegen. Eine weitere Massnahme, die kumu¬ lativ oder alternativ zur automatischen Korrektur von Tole¬ ranzen bei der Montage des Gehäuses 30 angewendet werden kann, besteht darin, dass die Traganordnung 31 um eine zur Laufrichtung der Walze 5 quer liegende Achse 36 verschwenkbar ist.

Dazu können die Federarme 35 so ausgebildet sein, dass die

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Laufrollen 32 federnd gegen die Oberfläche der Walze 5 ge¬ drückt werden bzw. elastisch ausweichen können. Gewünschten- falls kann auch eine kardanische Aufhängung der Trageinrich- . tung 31 vorgesehen sein.

Es wurde eingangs bereits erwähnt, dass die Messgenauigkeit durch Vermeidung der Bildung einer Schicht auf den Messrollen 32 dadurch erhöht werden kann, dass deren Umfangsgeschwindig¬ keit kleiner gehalten wird, als die der sie reibungsschlüssig mitnehmenden Walze 5. Zwar mag sich ein Schlupfverlust aus natürlichen Ursachen ergeben, doch reicht dieser nicht aus, um die Bildung einer Schicht aus dem auf der Walze 5 vorlie¬ genden pastosen bzw. teigigen Mahlgut am Umfange der jeweili¬ gen Messrollen 32 zu verhindern. Deshalb ist der jeweiligen Messrolle 32 eine Bremseinrichtung 37 zugeordnet. Diese kann an sich eine Reibungsbremse sein, doch ist es zuverlässiger, wenn eine besser definierte Bremskraft ausgeübt wird, die allenfalls von der Geschwindigkeit der jeweiligen Walze 5 ab¬ hängig ist. Zu diesem Zwecke sind die Bremseinrichtungen 37 generatorartig ausgebildet, d.h. es ist eine Bremsung durch Erzeugung von Induktionsströmen in den Bremseinrichtungen 37 vorgesehen. Alternativ wäre es auch denkbar, die Messrollen 32 von Motoren antreiben zu lassen, die den Messrollen 32 eine geringere Geschwindigkeit erteilen, als der Umfangsge¬ schwindigkeit der Walze 5 entspricht.

Eine weitere, die Vermeidung von Anhaftungen des zu mahlenden Materiales fördernde Massnahme liegt darin, dass die Mess¬ rollen 32 relativ schmal ausgebildet sind, d.h. dass das Ver¬ hältnis der Breite B an der Schicht auf der Walze 5 zur An¬ lage kommenden Umfangsfläche zu ihrem Durchmesser D kleiner ist, als 1:5, insbesondere kleiner als 1:10. Zwar würde man annehmen, es bestünde die Gefahr eines Einschneidens derart dünner Messrollen in die Schicht auf der Walze 5, und damit die Gefahr einer Messungenauigkeit. Ganz im Gegenteil hat sich aber überraschend gezeigt, dass diese Massnahme, insbe¬ sondere im Zusammenhang mit der Bremsung über die Bremsein-

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richtungen ,37, eher zu einer Art "Selbstreinigungseffekt" der Oberflächen dieser Rollen 32 führt.

Die Signale des Sensors 34 werden entlang der Traganordnung 31 etwa bis zur Drehachse 36 geführt, so dann entlang einer Gehäusewand bis zu einem Kabelträger 38, von wo die Signale nach aussen gelangen. Gemäss Fig. 1 werden die Signale sodann einem Vorverstärker 39 zugeführt, dessen Ausgang mit einer verstärkenden und filternden Anordnung 40 verbunden ist. Die Anordnung 40 kann beispielsweise einen Verstärker 41 sowie ein Tiefpassfilter 42 umfassen (gegebenenfalls auch in umge¬ kehrter Reihenfolge), wobei das Tiefpassfilter dazu dient, Welligkeiten des Signales aufgrund von Exzentrizitäten der Walze auszufiltern.

Im Anschluss an die filternde und verstärkende Anordnung 40 gelangt das Signal in eine Auswertungsschaltung 43. Diese Schaltung 43 kann einen Analog/Digital-Wandler 44 aufweisen, um das analog ankommende Signal in ein digitales umzuwandeln. Anschliessend gelangt das digitale Signal an eine Schaltstufe 45, die das Signal an einen ihrer Ausgänge 45' oder 45' ' ver¬ teilt.

Am Ausgang 45' liegt ein von einem Taktgenerator 46 betrie¬ bener Speicher RAM. Der Ausgang 45' ' der Schaltstufe 45 bil¬ det den Eingang eines Komparators 47, dessen anderer Eingang vom Ausgang des Speichers RAM gebildet wird.

Die Ausgangssignale des Vorverstärkers 39 werden aber auch einer weiteren filternden Verstärkerstufe 40" zugeführt, die einen Verstärker mit Wechselstromkopplung 41 ' sowie ein Band¬ passfilter 42' umfasst. Die Frequenzen dieses Filters 42' sind gegebenenfalls über einen Stelleingang 42' ' einstellbar.

Mit dieser Filteranordnung 40' lässt sich erkennen, wenn sich Unregelmässigkeiten aufgrund eines abgenützten Abstreif¬ messers 18 an der Walze 5 ergeben. Die von dieser Filter¬ anordnung 40' hindurchgelassenen Signale werden zweckmässig

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einer Gleichrichterstufe 48 zugeführt, an die ein Schwell¬ wertschalter 49 angeschlossen ist. Uebersteigt das Signal aus der Gleichrichterstufe 48 einen vorbestimmten Schwellwert, d.h. sind die Signaländerungen pro Umlauf der Walze 5 zu gross, so deutet dies an, dass das Abstreifmesser 18 abge¬ nützt ist und geschliffen oder erneuert gehört. Zu diesem Zwecke ist eine entsprechende akustische und/oder visuelle Alarmeinrichtung 50 vorgesehen.

Für eine Zeit mag aber das Signal an der Gleichrichterstufe 48 gerade noch unter dem Schwellwert der Stufe 49 liegen und kann gegebenenfalls, wie strichliert angedeutet ist, einer Leitung 51 zugeführt werden, um als Korrekturwert für die Komparatoreinrichtung 22 zu dienen. Eine derartige Kompara- toreinrichtung an einem Walzwerk ist in der DE-PS-31 53 304 beschrieben und dient der Regelung der Geschwindigkeit der Einzugwalzen-Antriebswelle, die ein oder zwei Einzugwalzen 1 , 2 mit entsprechend geregelter Geschwindigkeit über einen Motor 10 antreibt, wogegen mindestens zwei weitere Walzen 3-5 von einem gesonderten Motor 20 angetrieben werden. An der letzten Walze 5 liegt dann in bekannter Weise ein Abstreif¬ messer 18 an. Für die Einzugwalzen 1, 2 einerseits und die Walzen 3-5 anderseits ist je eine Andruckeinrichtung 6 bzw. 7 vorgesehen, die über eine hydraulische Steuereinrichtung 127 betätigbar sind.

Wie besonders aus Fig. 2 hervorgeht, liegt ja nun die jewei¬ lige Messrolle 32 im Normalbetrieb an der Oberfläche der auf der Walze 5 befindlichen Materialschicht an. Ein Problem bil¬ det nun die Feststellung des exakten Nullpunktes, d.h. jenes Signales, das sich bei Anliegen der jeweiligen Messrolle 32 unmittelbar an der Oberfläche der Walze 5 ergibt.

Zu diesem Zwecke sind in Fig. 1 zwei Möglichkeiten darge¬ stellt, die jeweils für sich oder in der gezeigten Kombina¬ tion verwendet werden können. Es ist ersichtlich, dass die den Walzenandruck bewirkenden Zylinder 6 und 7 über je ein Paar von Leitungen 52 und 53 mit einer hydraulischen Steuer-

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stufe 127 verbunden sind, die vorzugsweise im wesentlichen der in der DE-PS-30 16 785 gezeigten Steuerung mit einem Umsteuerventil 27 entspricht. Dementsprechend ist es möglich,, aus einem Normalbetriebszustand mindestens in einen gelösten Zustand der Walzen zu schalten, in welchem die Walzen nicht gegeneinander gepresst werden. Die Umsteuerung erfolgt mit¬ tels einer elektrisch wirkenden, manuellen Steuerung 227 mit einem Steuerhebel 54.

Ferner ist aber auch eine an sich bekannte Einrichtung 55 zur TrockenlaufSicherung vorgesehen. Diese kann beispielsweise entsprechend der DE-OS-36 34 715 ausgebildet sein, so dass Einzelheiten ihrer Funktion nicht beschrieben werden müssen. Im wesentlichen wird mit Hilfe des Gerätes 55 die Walzenober¬ fläche der Walze 2 optisch überwacht, wobei das Walzwerk WW über eine Ausgangssignalleitung 56 bzw. 56' und die elektri¬ sche Steuereinrichtung 227 automatisch ausser Betrieb gesetzt wird, falls an der Oberfläche der Walze 2 kein Produkt mehr vorhanden sein sollte (Trockenlauf). Umgekehrt wird das Gerät 55 auch von der Stellung des Hebels 54 gesteuert, indem es über eine Leitung 57, 57' abgeschaltet wird, wenn das Walz¬ werk WW manuell abgeschaltet wird.

Die beiden Leitungsabschnitte 57 und 57' bzw. 56 und 56' sind über einen Wahlschalter 58 miteinander verbunden. Der Wahl¬ schalter 58 ist an eine Ausgangsleitung 59 angeschlossen, mit der die Schaltstufe 45 gesteuert wird. Wahlweise kann dabei die Steuerung der Schaltstufe 45 in Abhängigkeit des Aus¬ gangssignales der TrockenlaufSicherung 55 und/oder von der Position des Hebels 54 erfolgen.

Wenn nun also das Walzwerk WW in Betrieb gesetzt wird, die Schicht des zu vermählenden Materials also noch nicht an der Walze 5 im Bereiche der Messrollen 32 angelangt ist, wird das Ausgangssignal des Messfühlers SM über die Stufen 39 und 40 sowie 44 zunächst an den Ausgang 45' der Schaltstufe 45 zum Speicher RAM geführt und dort gespeichert. Somit ist der exakte Nullpunkt festgestellt.

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Sobald aber die Schicht die Messrollen 32 erreicht hat bzw. nach einer vorbestimmten Zeit (zu welchem Zwecke die Schalt¬ stufen 45 oder 58 mit einem entsprechenden Zeitgeber versehen sein können) wird die Schaltstufe 45 umgepolt, so dass die weiteren Signale des Schichtdickenmessers SM an den Ausgang 45' ' gelangen. Gleichzeitig wird der Speicher RAM über den Ausgang 45' in den Lesezustand geschaltet, so dass dem Kom- parator 47 einerseits das IST-Signal über die Leitung 45' ' und gleichzeitig das Nullpunktsignal aus dem Speicher RAM zugeführt wird, so dass ein exakter Schichtdickenvergleich stattfinden kann. Das Ausgangssignal des Komparators 47 wird dann zum Vergleich mit dem Signal des Sollwertgebers ds dem Komparator 22 aus der DE-PS-31 53 304 bekannten Regelung der Geschwindigkeit der Einzugwalzenwelle EW zugeführt.

Es versteht sich, das Messignal vom Ausgang des Komparators 47 auch in anderer Weise verwendet werden könnte, beispiels¬ weise zu einer blossen Anzeige der Schichtdicke, zur Regelung des Druckes, der Temperatur, der Viskosität des Mahlgutes usw.

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