DE3441856C2

DE3441856C2 - Verfahren zum laufenden quantitativen Bestimmen von Inhaltsstoffen, insbesondere von Proteinen und Wasser, in mehlförmigen oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern durch Infrarotmessung und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE3441856C2
Application number: DE3441856A
Authority: DE
Inventors: Bruno St. Gallen Bischoff
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1987-04-30
Also published as: DE3571503D1; DE3448134C2; DE3441856A1

Abstract

Die neue Erfindung betrifft insbesondere eine Infrarot-Meßvorrichtung für die kontinuierliche quantitative Bestimmung einzelner Bestandteile von Mehl oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern in einer rohrförmigen Meßstrecke (24) mit Zwangsförderung (27) des Meßgutes und weist eine mit einer Einrichtung (29, 31, 32, 33, 34) zum Verdichten des Meßgutes im Bereich eines Meßaufnehmers (30) für die Messung des verdichteten Gutes auf. Ferner ein neues Verfahren für die Messung von z. B. Protein und Wasser, wobei das Mahlgut über die Meßstrecke (24) geleitet und durch Zwangsförderung, Vibrator (27) eine leichte Pressung und Glättung des Mahlgutes im Bereich des Meßaufnehmers (30) erzeugt wird und während jeweils zyklisch wiederholten Messungen Mahlgut gegen den Meßaufnehmer (30) verdichtet, das Mahlgut vorzugsweise im Infrarotbereich bestrahlt und aus den von der verdichteten Meßprobe diffus zu dem Meßaufnehmer (30) reflektierten Strahlen bzw. Licht der Protein- und/oder Wassergehalt (allenfalls Aschengehalt und/oder Farbwert) der Meßprobe über die Meßeinrichtung und Rechnermittel (38, 40) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum laufenden quantitativen Bestimmen von Inhaltsstoffen, insbesondere von Proteinen und Wasser, in mehlförmigen oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern durch Infrarotmessung, bei dem das Meßgut unter Zwangsförderung verdichtet über eine Infrarot-Meßstrecke geleitet, vor einem dort angebrachten Meßaufnehmer vorbeigeführt und dabei zusätzlich verdichtet, hierbei die Messung vorgenommen und aus den Meßwerten der Anteil der Inhaltsstoffe berechnet wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit einer rohrförmigen Meßstrecke mit Zwangsförderung des Meßgutes, einer Infrarot-Meßeinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Meßaufnehmer für die Messung von verdichtetem Meßgut sowie mit einer Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes im Bereich des Meßaufnehmers.

In der getreideverarbeitenden Industrie wird schon seit geraumer Zeit die Infrarotspektroskopie zur Messung verschiedener Inhaltsstoffe bzw. Bestandteile (wie Protein und Wasser) in Mehl angewendet. Diese Inhaltsstoffe weisen unter Infrarotlicht ein ganz typisches Lichtabsorptions- und Reflexionsverhalten auf.

Aufgrund natürlicher Faktoren von Boden und Klima und Klimastabilität sind insbesondere z. B. im europäischen und im angrenzenden Raum sehr unterschiedliche Getreideernten eine Tatsache. Andere Gegenden, wie z. B. die USA, Kanada und Australien sind hinsichtlich der Getreideproduktion privilegiert, da dort nicht nur weniger Klimaschwankungen eintreten, sondern darüber hinaus die Böden und das Klima beste Qualitäten des Getreides bei der Produktion ermöglichen.

Die Weiterverarbeitung des Getreides in der Mühle und der Bäckerei steht dabei vor der Aufgabe, aufgrund der vorhandenen unterschiedlichen Getreidesorten Optimierungsaufgaben zu lösen, um nämlich mit einem möglichst großen Anteil an preiswertem Getreide (d. h. Getreide mit geringen Proteinwerten usw.) und mit einem kleinstmöglichen Anteil an teuerem Getreide (höhere Proteinwertigkeit usw.) das bestmögliche Mehl bzw. Brot für die Abnehmer herzustellen.

Nachdem Angebot und Preis der Getreidesorten auf dem Markt starken und schnellen Änderungen unterworfen sind, ist es für eine Mühle derzeit nicht mehr tragbar, sozusagen nach alten Erfahrungswerten Getreidesorten zu mischen und Wasser zuzugeben. Kostengesichtspunkte wie auch die Bedürfnisse des Marktes verlangen eine laufende Anpassung an die jeweils vorliegenden Bedingungen, was zu dem Einsatz von Rechnern zum Bestimmen optimierter Getreidemischungen führt.

Umfangreiche Überprüfungen herkömmlicher Infrarotmeßgeräte führten zu dem Schluß, daß man wohl eine reine Labormessung der Bestandteile von mehlartigen Nahrungsmitteln oder von Nahrungsmittel-Mahlgütern erfolgreich vornehmen kann, kontinuierliche Messungen während der laufenden Fabrikation jedoch nicht als gelöst angesehen werden können.

Die Handhabung von gewonnenen Labormeßwerten ist in einer Hinsicht sehr einfach: die eine Möglichkeit besteht darin, daß man bei einem Abweichen des Resultates von der Realität die Messung im eigenen oder in einem fremden Labor wiederholt. Die andere Möglichkeit besteht darin, daß das Labormeßergebnis einfach ignoriert und weiterproduziert wird, wenn alle anderen Werte, auch die der sensorischen Beurteilung, dies als verantwortbar zulassen. Hier steht also der Mensch mit seinem Entscheid dazwischen.

Bei der Untersuchung des aufgezeigten Problemkreises hatten sich bislang drei "Barrieren" gezeigt, die als ungelöst angesehen werden mußten:

1. Eine Labormeßeinrichtung kann bezüglich ihrer Bauteile (Elektronik usw.) zwar für weniger stark auftretende Umwelteinflüsse ausgelegt sein. Wird ein solches Labormeßgerät jedoch im täglichen Produktionsbetrieb eingesetzt, erweist es sich, daß die Fehler, die durch Umwelteinflüsse ausgelöst werden, in den allermeisten Fällen von anderen Störungen nicht abtrennbar sind.
2. Ist ein neues System, hier die Infrarotspektroskopie, von ihrer theoretischen, besonders von ihrer physikalischen, chemischen und mathematischen Seite her erforscht sowie im Labor überprüft und wird das als brauchbar erkannte System der täglichen Einsatzwirklichkeit unterworfen, so ergibt sich häufig sogleich eine völlige Unbrauchbarkeit für die praktische Eignung im täglichen Einsatz (es treten etwa durch nichts erklärbare Fehler und Abweichungen auf, deren Analyse wegen der unerklärbaren Ursache nicht erfolgen kann).
3. Auch für größere Produktmengen lassen sich repräsentative Aussagen aufgrund praktischer Messungen bei Einzelproben in aller Regel mit ausreichender Sicherheit ableiten, so daß etwa die laufende Regelung eines Mahlprozesses in Abhängigkeit von den Bestandteilen des Mahlgutes bei laufender Produktion noch nicht als ausreichend gelöst angesehen werden konnte.

Aus der Zeitschrift "Die Mühle + Mischfuttertechnik", Heft 40, 119. Jahrg., S. 550, 553 und 554, ist es bekannt, die Infrarotspektroskopie zur Bestimmung von Inhaltsstoffen, welche die Qualität von mehlförmigen oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern beschreiben, insbesondere zur Proteinbestimmung einzusetzen. Neben relativ allgemeinen Ausführungen finden sich in dieser Druckschrift jedoch keine näheren Ausführungen, die etwa speziellen Aufschluß über die Wirkungsweise des beschriebenen Meßverfahrens hinsichtlich des Einflusses bestimmter Faktoren (wie Druck oder Bewegungseinflüssen) geben könnten.

In der DE-OS 14 98 985 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur selbsttätigen kontinuierlichen Überwachung der Qualität von trockenem Mahlgut beschrieben, wobei das Mahlgut aus einer Hauptleitung laufend in einen rohrförmigen Bypass abgeleitet und mittels eines laufend angetriebenen Fördergliedes in Form einer Förderschnecke gegen die Sperrwirkung einer am Ende einer Meßstrecke vorgesehenen, in Schließrichtung durch ein Gegengewicht vorgespannten Sperrklappe angefördert wird. Durch die Sperrwirkung der Klappe und die Antriebswirkung der Förderschnecke wird dabei das in den Bypass eingeleitete Meßgut zunächst in einem gewissen Maße verdichtet, bis der Druck des verdichteten Materials den Schließdruck der Sperrklappe überwindet und diese dadurch öffnet. Im Bereich des Bypass ist eine Infrarot-Meßstrecke vorgesehen, an der laufend das in den Bypass eingeführte Mahlgut durch Zwangsförderung vorbeigeführt und dabei noch zusätzlich zur Zwangsförderung verdichtet wird, wobei während dieses Transportes die entsprechenden Infrarot-Messungen vorgenommen werden. Hierbei tritt während der Dauer der Messung eine kontinuierliche Bewegung in dem zu vermessenden Mahlgut auf, wodurch sich laufend Veränderungen in der Oberflächenstruktur, die dem Meßlicht ausgesetzt ist, ergeben. Die Genauigkeit der mit einem Infrarot-Reflexionsmeßgerät gewonnenen Meßergebnisse wird aber wesentlich von der Oberflächenstruktur bestimmt, auf die das Infrarot-Licht aufgeworfen und von der es in den Meßaufnehmer wieder reflektiert wird. Bei dem bekannten Verfahren verändert sich nicht nur die örtliche Lage der einzelnen Gutkörper innerhalb des Bereiches des auftretenden Meßlichts, sondern durch die Bewegung selbst bilden sich auch noch im leicht verdichteten Gut bestimmte Strömungsstrukturierungen aus, die sich aus einer komplizierten Wechselwirkung zwischen Wandreibung an den Rohrwänden einerseits und Druckverteilung sowie Strömungsbild innerhalb des komprimierten Meßgut-Stranges in der rohrförmigen Meßstrecke andererseits ergeben. Die dabei auftretenden laufenden zeitabhängigen Veränderungen in der zu vermessenden Meßgut-Oberfläche während der Dauer der Meßphase führen zu Ungenauigkeiten bei den abgeleiteten Meßwerten, die auch noch dadurch begünstigt werden, daß die am Einlaß der Meßstrecke angeordnete, in Längsrichtung der Meßstrecke wirkende Förderschnecke zwar insgesamt einen Verdichtungseffekt bei innerhalb der Meßstrecke vorliegendem Meßgut bewirkt, nichtsdestoweniger aber gerade wegen der fließenden Bewegungsabläufe und der dadurch bedingten instationären Zustände innerhalb des Meßgutes ausgeprägte Druckunterschiede nicht nur über dcen Querschnitt des Meßrohres hinweg, sondern auch noch über dessen Längsrichtung auftreten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses eingangs genannte Verfahren so weiterzuentwickeln, daß eine deutlich genauere Bestimmung der Einzelbestandteile des zu vermessenden Mahlgutes ermöglicht wird, und ferner eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zu finden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Zwangsförderung des Meßgutes während jeder Meßphase ausgesetzt wird, das Meßgut dabei zunächst im wesentlichen senkrecht in Richtung auf den Meßaufnehmer hin zusätzlich verdichtet und sodann vermessen wird, und daß die ermittelten Meßwerte einem Rechner zugeführt werden.

Bei der Erfindung wird das Produkt in der Meßstrecke in leicht vorgepreßten Zustand gebracht und dann im Bereich des Meßaufnehmers für die Infrarot-Messung zusätzlich senkrecht zum Meßaufnehmer hin verdichtet. Dadurch wird erreicht, daß im Produkt keinerlei Produkthohlräume mehr vorhanden sind und das Mehl nicht nur ständig glatt am Meßaufnehmer anliegt, sondern sogar leicht gegen diesen gepreßt wird. Damit aber und durch die Unterbrechung der Zwangsförderung während des Messens werden konstante Arbeitsbedingungen geschaffen; störende "Randbedingungen" fallen weg, weil 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, so daß die gewonnenen Meßwerte eine besonders große Genauigkeit aufweisen. Die ganze Meßgutsäule ruht während der Meßphase beispielsweise 3 bis 30 Sekunden. Nach Beendigung der Messung wird die ganze Produktmenge weggefördert und neues Produkt fließt nach, so daß die Gefahr einer wiederholten Messung derselben Probe, die im Bereich des Meßaufnehmers etwa haften geblieben sein könnte, völlig ausgeschaltet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt eine entscheidende Verbesserung im Hinblick auf die genaue Bestimmung der genannten Inhaltsstoffe (wie Proteine, Wasser, Aschegehalt oder Farbwerte) durch den Einsatz nicht nur von im wesentlichen hohlraumfreiem und in bestimmter Weise zusätzlich verdichtetem, sondern auch von auf seiner Bestrahlungsoberfläche durch Druck geglättetem Mahlgut.

In vorzugsweiser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ermittelten Meßwerte mit gespeicherten Vorgabewerten verglichen und in Abhängigkeit von den auftretenden Abweichungen über einen weiteren Rechner zur automatischen Steuerung der Rohrmaterialmischung und/oder der Wasserzugabe und/oder der Mehlmischung direkt eingesetzt. Vorzugsweise werden auch die Meßphasen in wählbaren Zeitabschnitten zyklisch wiederholt. Die Häufigkeit der Wiederholung richtet sich nach den besonderen Umständen des jeweiligen Verarbeitungsprozesses.

Ferner ist es sehr zweckmäßig, jede Einzelmessung während einer Meßphase zu wiederholen und die Meßergebnisse einer Gruppe von Meßphasen zu ermitteln sowie als Ist-Werte zur automatischen Steuerung der Rohmaterialmischung und/oder des Wassergehaltes und/oder der Mehlmischung dem weiteren Rechner zuzuführen, und die Produktparameter auf bestimmte vorgegebene Protein- und Wasserwerte einzuregeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt als eine weitere Information auch ein Maß für die Gleichmäßigkeit des Mühlenlaufes an, wobei aus dem Vergleich mehrerer Werte auf mögliche Störquellen geschlossen werden kann. So wird z. B. dann, wenn plötzlich unerkannt Weizen mit höherem Proteingehalt in den Mahlprozeß eingegeben wird, mit entsprechendem Zeitverzug auch ein entsprechend erhöhter Proteingehalt festgestellt werden, was wiederum einen Rückschluß auf die Ursache der Proteingehalterhöhung zuläßt.

Eine besonders genaue Bestimmung der Werte der zu bestimmenden Inhaltsstoffe läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dadurch erreichen, daß während jeder Meßphase über die Dauer der Messung hinweg die Verdichtung des dabei unbeweglichen Meßgutes im wesentlichen konstant gehalten wird.

Besonders vorzugsweise wird bei dem Verfahren nach der Erfindung die Verdichtung der Meßprobe unter Zwischenschaltung eines elastischen bzw. federnden Elements vorgenommen.

Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, daß jeweils während einer Meßphase für jeden einzelnen Spektral-Meßbereich mehrere Einzelmessungen vorgenommen werden und aus diesen ein Mittelwert gebildet wird, der anschließend mit einem gespeicherten Vorgabewert für den betreffenden Spektralbereich verglichen wird. Besonders vorzugsweise wird aus den Meßergebnissen einer Mehrzahl von Meßphasen ein Mittelwert berechnet und als Ist-Wert an den weiteren Rechner angelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine rohrförmige Meßstrecke mit Zwangsförderung des Meßgutes, eine Infrarot-Meßeinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Meßaufnehmer für die Messung von verdichtetem Meßgut sowie eine Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes im Bereich des Meßaufnehmers auf und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes dem Meßaufnehmer an der Meßstrecke gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß sie das Meßgut senkrecht zum Meßaufnehmer hin verdichtet, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, durch welche die Zwangsförderung des Meßgutes während der Dauer einer Meßphase unterbrechbar und gleichzeitig die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes betätigbar sowie anschließend die Messung auslösbar und steuerbar ist.

Vorzugsweise wird das Infrarot-Meßgerät an dem Meßrohr derart befestigt, daß die optische Achse des Meßaufnehmers im wesentlichen senkrecht zur Meßgutoberfläche ausgerichtet ist.

Besonders gute Meßwerte sind dann erzielbar, wenn die Meßeinrichtung zum Verdichten des Meßgutes einen Druckkörper aufweist, der in Richtung auf den Meßaufnehmer hin verschiebbar ist, da hierdurch zwischen Produkt und Meßaufnehmer sich eine optimale Zuordnung herstellen läßt. Vorzugsweise wird hierbei dem Druckkörper ein weg- und druckeinstellbarer Pneumatikzylinder zugeordnet. Der Druckkörper kann aber, gleichermaßen vorzugsweise, als Teil einer weg- und krafteinstellbaren Magnetspule ausgebildet sein. Besonders vorzugsweise wird der Druckkörper als Löffel ausgebildet, der, in weiterer vorzugsweiser Ausgestaltung, verschwenkbar und über pneumatische und elektrische Antriebsmittel gegen den Meßaufnehmer hin im wesentlichen in Richtung der optischen Achse bewegbar ist. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich ganz besonders gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn der Löffel in einer einem Suppenlöffel ähnlichen Form ausgebildet ist, wobei seine konkave Oberfläche (Löffelinnenseite) dem Meßaufnehmer zugewendet ist.

In einer anderen ebenfalls sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes ein aufblasbares Druckkissen auf, das vorzugsweise längs der Meßstrecke angeordnet ist und sich über eine Länge erstreckt, die ein Mehrfaches der Längserstreckung des Meßaufnehmers beträgt.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung hat sich auch durch die Ausbildung der Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes als ein elektrisch oder pneumatisch betätigbarer Kolben ergeben, wobei weniger die Art der verwendeten Mittel zum Erzeugen des Druckes (Druckluft, Drucköl oder elektrische Energie), sondern vielmehr die Steuerbarkeit von Weg, Zeit und Druck sich als wichtig erwiesen haben.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besteht darin, daß die Meßstrecke als Vibromeßstrecke mit einem Vibrator zur Zwangsförderung des Meßgutes ausgebildet ist, wobei sie, besonders vorzugsweise, als Bypass einer Hauptleitung ausgebildet ist. Hierbei empfiehlt es sich ferner, den Vibrator so auszubilden, daß er eine glockenartige Form aufweist, und ihn im Inneren der Meßstrecke pendelnd aufzuhängen, wobei am unteren Ende der Meßstrecke zwischen der Außenfläche des Vibrators und dem entsprechenden Wandabschnitt des Gehäuses ein Dosierspalt ausgebildet wird.

Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besteht auch darin, daß die in einem Bypass angeordnete Meßstrecke im Überlaufprinzip mit Produkt speisbar ist, wodurch vom Hauptproduktstrom ein erster Teilstrom durch Schwerkraft in die Meßstrecke einfließen und der Rest den Hauptstrom ausbilden kann.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich auch dadurch, daß die Dosierleistung der Vibrationsförderung derart einstellbar ist, daß zum steten Ausfüllen der Meßstrecke mit durch die Vibration leicht gepreßtem Meßgut die Einspeisleistung in die Meßstrecke größer als die Austragung durch die Vibrationsförderung ist, wodurch erreicht werden kann, daß die Meßstrecke stets voll von (durch die Vibrationsenergie) leicht gepreßtem Meßgut verbleibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Prüfmuster entsprechend dem Stand der Technik;
Fig. 2 dasselbe Prüfmuster aus Fig. 1 nach leichter Pressung z. B. in einer Förderschnecke;
Fig. 3 schematisch ein Prüfmuster in verdichtetem Zustand mit geglätteter Oberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 4 das Verhältnis von Dichte (kg/cm³) unter variierendem Druck p (kg/cm³) bei einem Mehlmuster;
Fig. 5 die Prinzipansicht einer Meßvorrichtung zum Einsatz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 5a einen Schnitt längs V-V in Fig. 5;
Fig. 6 eine zu Fig. 5 andere Ausführungsform der Meßvorrichtung mit einem Luftkissen als Einrichtung zur Verdichtung des Meßgutes;
Fig. 6a den Schnitt VI-VI aus Fig. 6;
Fig. 7 die Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Meßvorrichtung zum Einsatz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Löffel als Druckkörper;
Fig. 8 eine Fig. 5 ähnliche Ausführungsform mit einem Pneumatikkolben, wobei die Einheit über einen Schneckenförderer angeordnet ist;
Fig. 9 eine Prinzipansicht einer weiteren Ausführungsform einer Meßvorrichtung zum Einsatz bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei der die ganze Meßeinrichtung zwischen einer Förderschnecke und Rückstauelementen angeordnet ist;
Fig. 10 einen schematischen Grundriß der Vorrichtung aus Fig. 9.
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 Reflexion durch willkürliche Lage der Gutpartikel an der Oberfläche sowie der andersreagierenden Einflußfaktoren Gas bzw. Luft beeinflußt wird.
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 bzw. 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 Schneckenförderers 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 angestrebt, 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, wie sie aus der Fig. 2 entnehmbar sind, zu ermitteln. Mehlige Güter haben ein gutes Lufthaltevermögen. Beim Pressen von Mehl wird gleichzeitig auch die darin enthaltene Luft mitgepreßt. Durch Abstellen der Schneckenförderung wurde nun nicht nur der Druck auf das Mehl weggenommen, sondern auch der Luft freie Expansion gelassen. Die Luft war eine der Ursachen, weshalb sich an der Oberfläche feine Risse 6 bildeten und wieder Höhlungen in der der Infrarot-Meßoptik 2 zugekehrten 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 eine doch mehr oder weniger rauhe Gehäuseinnenseite sich einstellt, je nach zufälligen Partikelzusammensetzung in Förderrichtung Riefen 7 aufwies, die sich ebenfalls störend auf das Meßergebnis auswirkten. Ohne zusätzliches mechanisches Eingreifen und eventuelles Entlüften vor der Messung konnte diesem Problem nicht beigekommen werden. 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 Pfeilen 9 angedeutet ist. Die Pressung, Pfeilrichtung 10, wurde damit weitgehend aufgehoben.
Mit dem neuen Lösungsgedanken wurden nun aber nicht nur diese Störquellen behoben. Der neue Lösungsweg sieht vor, daß steuerbare Druckmittel für die Messung der Probe in verdichtetem Zustand vorgesehen werden. Die Zwangsförderung ergibt zwangsnotwendig eine gewisse Packungsdichte. Hier nun setzt die Erfindung ein, bei der in der Meßstrecke 24, also in dem vorgepreßten Gut, eine zusätzliche Verdichtung erzeugt wird, wie dies in Fig. 3 zum Ausdruck kommt. Das Meßgut 11 wird durch einen Kolben 12 gegen die Meßoptik 2 gedrückt. Dabei wird nicht nur das Mehl verdichtet, sondern gleichzeitig werden auch 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 Druckbereich 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.
Die Fig. 4 zeigt nun das Druck- und Kompressionsverhalten von Mehl. Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsgedanken wird vorgeschlagen, über einem Bereich von 0,1 kg/cm ², vorzugsweise über 0,4 kg/cm² als Verdichtungsdruck zu arbeiten. Beste Resultate wurden in dem Bereich von 0,4 kg/cm²-1 kg/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 6 kg/cm² gearbeitet, der Kolben jedoch auf Anschlag laufen gelassen.
Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Messung am verdichteten Produkt gemacht werden muß, da bis heute nur so innerhalb eines Produktstromes reproduzierbare Bedingungen hergestellt werden können, ohne das Produkt aus dem Produktstrom entnehmen zu müssen.
Fig. 5 zeigt nun eine ganze Meßstrecke 24. Von einer Hauptleitung 20, in welcher der Hauptproduktstrom fließt, wird eine Abzweigleitung bzw. ein Bypass 21 abgezweigt, der über ein Rohrstück 22 wieder in die Hauptleitung 20 mündet. Ein Überleitungsstück 23 stellt die Verbindung zwischen der Hauptleitung 20 und dem Bypass 21 dar. Die Meßstrecke 24 weist einen oberen Preßraum 25 sowie einen Vibroauslauf 26 auf, in dem sich ein Vibrator 27 befindet, der zusammen mit einem Gehäuse 28 des Vibroauslaufes 26 einen einstellbaren Dosierspalt "X" bildet. Im Preßraum 25 sind 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 längs der 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 befinden sich eine Optik 37 sowie eine Auswertelektronik 38, von welcher die digitalen Signale über eine genormte Schnittstelle 39 einem Mikrocomputer 40 bzw. einem Minicomputer 35 übergeben werden. Der Mikrocomputer 40 kann direkt an einen Drucker 36 angeschlossen werden. Die Befehlseinheit für die ganze Meßstrecke 24 ist durch den Mikrocomputer 40 gebildet und steuert über die Auswertelektronik 38 den Vibrator 27 und den Pneumatikzylinder 31 und leitet gleichzeitig die Meßphase über den Meßaufnehmer 30 bzw. bereitet sie vor.
Die Fig. 6 und 6a zeigen eine andere Ausführungsform einer Meßstrecke. Die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes besteht hier in zwei längs der Meßstrecke angeordneten, aufblasbaren Luftkissen 45, welche innerhalb der Meßstrecke 25 angeordnet sind. Die beiden Luftkissen 45 werden über Pneumatikleitungen 46 sowie einen pneumatischen Druckgeber 47 gespeist und über einen Steuerkopf 48 gesteuert. Der Steuerkopf 40 wird über ein elektrisches Steuerkabel 49 vom Mikrocomputer 40 gesteuert, ebenso der Vibrator 27. Der Mikrocomputer 40 steuert auch hier das ganze Meßspiel, sinngemäß zu der Lösung gemäß Fig. 5.
Die Fig. 7 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Meßstrecke. Der Grundaufbau ist aber auch hier gleich wie bei der Ausführung gemäß den Fig. 5 und 6, außer der Art der mechanischen Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes im Bereich des Meßaufnehmers 30. Die 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 erweiter ist. Die Querschnittsfläche der Meßstrecke (Preßraum) 25 nimmt nach unten zu. 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 von einem Pneumatikzylinder 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 Bewegung der gewölbten Druckfläche 34 in Fig. 5. Für die Messung wird der Löffel 52 mit dem beschriebenen Mechanismus gegen den Meßaufnehmer 30 bewegt und verdichtet so das Meßgut vor diesem. Nach Beendigung einer Messung wird über die Steuerung der Löffel 52 von dem Meßaufnehmer 30 wegbewegt, der Vibrator 27 wird eingeschaltet und somit das verdichtete Gut wieder gelockert und nach unten ausgetragen.
Die Fig. 8 zeigt eine solche Infrarot-Meßeinrichtung in Verbindung mit einer Dosierschnecke bzw. Förderschnecke 60, wie dies in Fig. 8 schematisch zum Ausdruck kommt. Der Meßaufnehmer 30 sowie die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes 29, 31, 32, 33 und 34 werden sinngemäß zu der Darstellung der Fig. 5 gezeigt; 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 des Normalbetriebes immer gefüllt ist mit entlüftetem Produkt. Der Meßaufnehmer 30, die Einrichtung zum Verdichten des Produktes sowie ein Antriebsmotor 62 für die Förderschnecke 60 werden über den Mikrocomputer 40 gesteuert.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Variante zu Fig. 8. Eine Förderschnecke 70 weist im Bereich des Auslaufens ein Rückstauelement 71 auf, das über Antriebsmittel 74 im gewünschten Takt und mit gewünschter Kraft gegen die Öffnung 75 hin- bzw. von der Öffnung 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. Die Förderschnecke 70 arbeitet gegen Druck. Für die Vorbereitung der Meßphase werden dieser Druck aufgebaut, eine Einrichtung 72 zum weiteren Verdichten des Meßgutes betätigt und von einem Meßaufnehmer 73 die notwendigen Meßwerte aufgenommen. Nach Beendigung der Messung wird die Öffnung 75 wieder freigegeben und durch Einschalten des Antriebsmotors 76 wird der kontinuierliche Produktdurchsatz wieder in Gang gebracht.
Eine weitere interessante Ausgestaltung der Vorrichtung wird darin gesehen, daß die Einrichtung zur Verdichtung des Meßgutes zum Beispiel im Bereich der Druckfläche 34 (Fig. 5) ein federndes oder elastisches Element zur Konstanthaltung des Verdichtungsdruckes aufweist. Sinngemäß dazu könnte der Löffelhalter 53 als federndes Element ausgebildet werden. So könnte der pneumatische Kolben auf Anschlag gefahren und ein Restdruck durch die verbleibende Federspannkraft aufrecht erhalten werden. Damit läßt sich ein geringes Nachgeben des verdichteten Produktes durch ein geringes Nachlaufen der Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes kompensierten.

Claims

1. Verfahren zum laufenden quantitiven Bestimmen von Inhaltsstoffen, insbesondere von Proteinen und Wasser, in mehlförmigen oder anderen Nahrungsmittel-Mahlgütern durch Infrarotmessung, bei dem das Meßgut unter Zwangsförderung verdichtet über eine Infrarot-Meßstrecke geleitet, vor einem dort angebrachten Meßaufnehmer vorbeigeführt und dabei zusätzlich verdichtet, hierbei die Messung vorgenommen und aus den Meßwerten der Anteil der Inhaltsstoffe berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsförderung des Meßgutes während jeder Meßphase ausgesetzt wird, das Meßgut dabei zunächst im wesentlichen senkrecht in Richtung auf den Meßaufnehmer hin zusätzlich verdichtet und sodann vermessen wird, und daß die ermittelten Meßwerte einem Rechner zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Meßwerte mit gespeicherten Vorgabewerten verglichen und in Abhängigkeit von den auftretenden Abweichungen über einen weiteren Rechner zur automatischen Steuerung der Rohmaterialmischung und/oder der Wasserzugabe und/oder der Mehlmischung direkt eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßphasen in wählbaren Zeitabschnitten zyklisch wiederholt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelmessung während einer Meßphase wiederholt wird und die Meßergebnisse einer Gruppe von Meßphasen ermittelt sowie als Ist-Werte zur automatischen Steuerung der Rohmaterialmischung und/oder des Wassergehaltes und/oder der Mehlmischung dem weiteren Rechner zugeführt werden, und daß die Produktparameter auf bestimmte vorgegebene Protein- und Wasserwerte eingeregelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Meßphase während der Dauer der Messung die Verdichtung des dabei unbewegten Meßgutes im wesentlichen konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung der Meßprobe unter Zwischenschaltung eines elastischen bzw. federnden Elementes vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils während einer Meßphase für jeden einzelnen Spektral-Meßbereich mehrere Einzelmessungen vorgenommen und aus diesen ein Mittelwert gebildet wird, der anschließend mit dem gespeicherten Vorgabewert für den betreffenden Spektralbereich verglichen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßergebnissen einer Mehrzahl von Meßphasen ein Mittelwert berechnet und als Ist-Wert an den weiteren Rechner angelegt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer rohrförmigen Meßstrecke mit Zwangsförderung des Meßgutes, einer Infrarot-Meßeinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Meßaufnehmer für die Messung von verdichtetem Meßgut sowie mit einer Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes im Bereich des Meßaufnehmers, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes (29, 31-34, 45, 52, 72) dem Meßaufnehmer (30; 73) an der Meßstrecke (24, 25; 50) gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß sie das Meßgut senkrecht zum Meßaufnehmer (30; 73) hin verdichtet, und daß Steuereinrichtungen (35, 40) vorgesehen sind, durch welche die Zwangsförderung des Meßgutes während der Dauer einer Meßphase unterbrechbar und gleichzeitig die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes (29, 31-34, 45, 52, 72) betätigbar sowie anschließend die Messung auslösbar und steuerbar sind.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Meßaufnehmers (30; 73) im wesentlichen senkrecht zur Meßgutoberfläche ausgerichtet ist.

11. Meßvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (29, 21-34, 45, 52, 72) zum Verdichten des Meßgutes einen Druckkörper (32-34; 45; 52; 53; 72) aufweist, der in Richtung auf den Meßaufnehmer (30; 73) hin verschiebbar ist.

12. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckkörper (34; 52) ein weg- und druckeinstellbarer Pneumatikzylinder (31; 56) zugeordnet ist.

13. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper (34; 52) als Teil einer weg- und krafteinstellbaren Magnetspule ausgebildet ist.

14. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper (52, 53) als Löffel ausgebildet ist.

15. Meßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Löffel (52) verschwenkbar und über pneumatische oder elektrische Antriebsmittel gegen den Meßaufnehmer (30) hin im wesentlichen in Richtung der optischen Achse bewegbar ist.

16. Meßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Löffel (52) in einer einem Suppenlöffel ähnlichen Form ausgebildet ist, wobei seine konkave Oberfläche (Löffelinnenseite) dem Meßaufnehmer (30) zugewendet ist.

17. Meßvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes ein aufblasbares Druckkissen (45) aufweist.

18. Meßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckkissen (45) längs der Meßstrecke (24) angeordnet ist und sich über eine Länge erstreckt, die ein Mehrfaches der Längserstreckung des Meßaufnehmers (30) beträgt.

19. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verdichten des Meßgutes als ein elektrisch oder pneumatisch betätigbarer Kolben (32) ausgeführt ist.

20. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke (24) als Vibromeßstrecke mit einem Vibrator (27) zur Zwangsförderung des Meßgutes ausgebildet ist.

21. Meßvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibromeßstrecke als Bypass (21) einer Hauptleitung (20) ausgebildet ist.

22. Meßvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (27) eine glockenartige Form aufweist und im Inneren der Meßstrecke (24) pendelnd aufgehängt ist, wobei am unteren Ende der Meßstrecke (24) zwischen der Außenfläche des Vibrators (27) und dem entsprechenden Wandabschnitt eines Gehäuses (28) ein Dosierspalt (X) ausgebildet wird.

23. Meßvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Bypass (21) angeordnete Meßstrecke (24) im Überlaufprinzip mit einen Produkt speisbar ist.

24. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierleistung der Vibrationsförderung derart einstellbar ist, daß zum steten Ausfüllen der Meßstrecke (24) mit durch die Vibration leicht gepreßtem Meßgut die Einspeisleistung in die Meßstrecke (24) größer als die Austragung durch die Vibrationsförderung ist.