Die vorliegende Erfindung betri f ft eine autonome Mühle zur Verkleinerung von Naturprodukten und ein Mahlverfahren .

Der Zweck einer Mühle ist das Zerkleinern von grobem Material in ein feinkörniges Endprodukt , wobei die Grösse der gemahlenen Partikeln in vielen Fällen das entscheidende Qualitätsmerkmal und somit die Führungsgrösse des Mahlprozesses darstellt . In der Mühle wird das grobe Material meistens zwischen paarweise angeordneten Wal zen befördert , wobei die Wal zen eines Wal zenpaars mit einem gewissen Wal zenspalt beabstandet sind . Die Partikelgrösse des resultierenden Mahlguts ist abhängig von der Breite des Wal zenspalts und kann durch ein Zusammen- bzw . Auseinanderf ahren der Wal zen eingestellt werden . Neben der Breite des Wal zenspalts können auch die Umgebungstemperatur, die Temperatur der zu mahlenden Produkte , der in der Mühle herrschende Druck, die Luftfeuchtigkeit , die Feuchtigkeit der zu mahlenden Produkte , die Drehzahl der Wal zen, die Wal zentemperatur und die in der Mühle herrschenden Vibrationen einen Einfluss auf die Qualität des Mahlgutes haben oder Hinweise auf die Leistung der Mühle geben . Zur Gewährleistung der gleichbleibenden Qualität des Mahlgutes und der Leistung der Mühle ist es im Stand der Technik bekannt , diese Parameter während des Mahlvorgangs zu messen und an einen vorgegebenen Sollwert anzupassen . Zur Überwachung und Einstellung der Partikelgrösse wird typischerweise Mahlgut mithil fe einer Probeentnahmeschaufel aus der Mühle gezogen, die Probe wird anschliessend in einem externen Gerät analysiert und die Mühleinstellungen werden dann j e nach Messresultat angepasst . Die Probeentnahme stellt j edoch einen erheblichen sich wiederholenden Aufwand und Materialverlust dar und der durch die externe Messung verursachte Zeitverzug ermöglicht keine ef fi ziente Regelung und Steuerung der Mühleinstellungen . Gewisse Mühlenhersteller haben also automatische Messsysteme zur Bestimmung und Regulierung der Kraftverteilung zwischen den Wal zen entwickelt , um die Partikelgrösse während des Mahlvorgangs kontinuierlich anzupassen . Jedoch wird bei dieser Methode nicht direkt die Partikelgrösse gemessen, sondern es wird davon ausgegangen, dass sich die Kraft proportional zum Mahlgrad, d . h . zur Partikelgrösse , verhält . Dies mag für synthetische Produkte wohl der Fall zu sein, aber sicherlich nicht für Naturprodukte , die üblicherweise sehr uneinheitliche Eigenschaften aufweisen . So kann beispielsweise die Härte von Kaf feebohnen oder Wei zenkörnern j e nach Pflanzensorte , Anbauort , Anbaubedingungen und/oder Trocknungsverfahren stark variieren, und entsprechend variiert dann auch die Grösse der durch die Wal zen gemahlenen Partikeln, auch mit identischer Kräfteverteilung zwischen den Wal zen . Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe , ein Mahlverfahren und eine autonome Mühle bereitzustellen, welche eine automatische , dynamische und feine Einstellung der Partikelgrösse des Mahlguts während des Mahlprozesses ermöglicht .

Diese Aufgabe löst eine autonome Mühle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Mahlverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 . Weitere Merkmale und Aus führungsbeispiele gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert .

Die Zeichnungen zeigen :

Figur la Schematische Darstellung der erfindungsgemässen Mühle , Seitenansicht im Schnitt

Figur 1b Detailansicht des Wal zenspaltes eines

Wal zenpaars , Seitenansicht im Schnitt

Figur 1c Detailansicht des Wal zenspaltes eines

Wal zenpaars , Ansicht von unten

Figuren 2a-b Schematische Darstellungen von Aus führungsvarianten der erfindungsgemässen Mühle , Seitenansichten im Schnitt Die Figuren stellen mögliche Aus führungsbeispiele dar, welche in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden .

In der einfachsten Aus führungsvariante der Erfindung umfasst die autonome Mühle einen Einlauf 1 für zu mahlende Produkte P, mindestens ein Mahlwerk 2 , einen Auslauf 3 für das Mahlgut M, mindestens eine Partikelmesssonde 4 , eine Steuereinheit und Mittel zur Einstellung des Mahlwerks 2 ( Figuren la-b ) . Die mindestens eine Partikelmesssonde 4 wird im Mahlwerk 2 oder zwischen dem Mahlwerk 2 und dem Auslauf 3 angeordnet und misst regelmässig die Grössen der daran vorbeilaufenden Partikeln . Die ermittelten Grössen werden an die Steuereinheit weitergeleitet , welche mit diesen Messwerten eine Grössenverteilung bestimmt . Aufgrund dieser Informationen werden die Mittel zur Einstellung des Mahlwerks 2 angesteuert . Die Mittel zur Einstellung des Mahlwerks 2 umfassen beispielsweise Antriebe , mit welchen die Einstellungen des Mahlwerks 2 geändert werden können . Vorzugsweise ist in der Steuereinheit ein Sollwert oder Vergleichswert für die gewünschte Grössenverteilung der Partikeln des Mahlguts M hinterlegt und die gemessene Grössenverteilung der Partikeln wird mit diesen Angaben verglichen . Stimmt die ermittelte Grössenverteilung nicht mit dem gewünschten Wert überein, werden die Einstellungen des Mahlwerkes 2 entsprechend angepasst . Die Informationen zur Anpassung der Einstellungen sind entweder in Abhängigkeit der vorhandenen Messwerte als vordefinierte Werte oder als Erfahrungswerte hinterlegt, oder die Einstellungen werden mittels Trial and Error Methode verändert , bis die gewünschte Grössenverteilung der Partikeln erreicht ist . Die Ermittlung der Grössenverteilung der gemahlenen Partikeln durch die Partikelmesssonde 4 und die entsprechende Anpassung der Einstellungen des Mahlwerkes 2 erfolgt vorzugsweise laufend, automatisch und in Echtzeit während des Mahlprozesses . Diese Regelung ermöglicht die sofortige Reaktion auf Änderungen der Partikelgrösse ohne manuelle oder fremde Einwirkung, um eine gleichbleibende Ausgangsqualität j ederzeit sicherzustellen .

In der bevorzugten Aus führungsvariante der Erfindung umfasst das Mahlwerk 2 mindestens ein Paar Wal zen 21 , die mit einem gewissen Wal zenspalt 22 beabstandet sind ( Figur 1b ) . Während des Mahlprozesses rotieren die Wal zen 21 gegeneinander, so dass das zu mahlende Produkt P durch den Wal zenspalt 22 befördert und in kleinere Partikeln zermahlen wird . Die Partikelmesssonde 4 wird nach dem Wal zenpaar 21 angeordnet und ermittelt die Grössenverteilung der resultierenden Partikeln . Da die Grösse der Partikeln eine steigende Funktion der Breite des Wal zenspalts 22 ist , wird die Breite des Wal zenspalts 22 j e nach der gemessenen Grössenverteilung der gemahlenen Partikeln durch die Steuereinheit dynamisch angepasst : Sind die Partikeln zu gross , werden die Wal zen 21 zusammengefahren und der Wal zenspalt 22 wird schmaler - sind die Partikeln zu klein, werden die Wal zen 21 auseinander gefahren und der Wal zenspalt 22 wird breiter . Die Mittel zur Einstellung des Mahlwerks 2 dienen dem Zusammen- und Auseinanderf ahren der Wal zen 21 und werden durch die Steuereinheit gesteuert . Zur Kontrolle der Bewegung der Wal zen 21 relativ zueinander und der Breite des Wal zenspaltes 22 kann eine Messeinheit vorgesehen werden, die entweder direkt die Breite des Wal zenspaltes 22 oder die Position der Drehachse j eder Wal ze 21 misst .

Aufgrund von Verschleiss oder Verschmutzung der Wal zen kann es zu einer Ungleichheit der Breite des Wal zenspalts 22 entlang der Wal zen 21 kommen, was zu einer uneinheitlichen Partikelgrösse des Mahlguts M führt . In einer vorteilhaften Aus führungsvariante der Erfindung sind daher mehrere Partikelmesssonden 4 entlang des Wal zenspaltes 22 angeordnet ( Figur 1c ) . Falls zu grosse Abweichungen der Partikelgrösse durch die Partikelmesssonden 4 entlang des Wal zenspaltes 22 festgestellt werden, kann mit den Mitteln zur Einstellung des Mahlwerks 2 die Ausrichtung der Wal zen 21 relativ zueinander automatisch angepasst werden, um den ungleichen Wal zenspalt 22 zu korrigieren .

Von Vorteil ist es , wenn das Mahlwerk 2 mehrere Paare Wal zen 21 aufweist , durch welche das zu mahlende Produkt P mehrmals und in immer feinere Partikeln zermahlen wird ( Figur la ) . Die mehreren Wal zenpaare können beispielsweise nacheinander oder übereinander angeordnet werden, damit das zu mahlende Produkt von einem Wal zenpaar zum nächsten Wal zenpaar gelangt . In diesem Fall kann die Mühle mit einer Partikelmesssonde 4 nach j edem Paar Wal zen 21 versehen werden, zur Kontrolle der Partikelgrösse und Justierung j edes einzelnen Wal zenpaars 21 ( Figur 2a ) . In einer einfachen Aus führungsvariante der Mühle kann auch eine einzige Partikelmesssonde 4 nach dem letzten Wal zenpaar 21 oder im Auslauf 3 oder zwischen dem Mahlwerk 2 und dem Auslauf 3 angeordnet werden ( Figur 2b ) . Es ist damit zu rechnen, dass das gemahlene Endprodukt M durch die verschiedenen Paare Wal zen 21 oder durch dazwischen angeordnete Förderer bereits genügend vermischt wird, so dass diese einzige Partikelmesssonde 4 repräsentative Messungen ermitteln kann .

In einer möglichen Aus führungsvariante ist die Mühle mit einer Absaugvorrichtung versehen, welche Partikelproben, mittels Partikelentnahmevorrichtungen, abwechslungsweise an mehreren verschiedenen Stellen des Mahlwerks 2 entnehmen und diese zu einer einzigen Partikelmesssonde 4 befördern kann . Dies ermöglicht die Kontrolle der Partikelgrösse am mehreren Stellen des Mahlwerks 2 und die Justierung j edes Wal zenpaars 21 , ohne dass mehrere Partikelmesssonden 4 in der Mühle eingebaut werden müssen .

Zusätzlich zur Partikelgrösse können während des Mahlprozesses auch noch weitere Parameter gemessen und gesteuert werden, die für die Qualität des Mahlguts M relevant sind :

• Temperatur : Die Temperatur der zu mahlenden Produkte P kann mittels einer Temperatursonde im Einlauf 1 überwacht werden . Falls nötig, kann eine Vorkonditionierung der zu mahlenden Produkte P vorgesehen werden, um diese auf eine bestimmte Temperatur zu bringen, bevor sie zum Mahlwerk 2 gelangen . Mit der Vorkonditionierung wird sichergestellt , das im Mahlwerk 2 keine qualitätsrelevante Abweichung der Temperatur des Mahlguts stattfindet . Die Temperatur des Mahlguts kann auch während des Mahlprozesses im Mahlwerk 2 oder im Ablauf 3 überwacht werden . Gesteuerte Hei z- oder Kühlmittel können vorgesehen werden, um die Temperatur des Mahlguts um einen vorbestimmten Sollwert zu halten . Entsprechendes gilt natürlich auch für die Umgebungstemperatur, welche ebenfalls möglichst einheitlich gehalten werden sollte .

Druck im Mahlwerk 2 : Der Druck im Mahlwerk 2 kann j e nach verarbeitetem Produkt P variieren und während des

Mahlprozesses steigen, wenn eine Ausgasung des Mahlgutes stattfindet . Der im Mahlwerk 2 herrschende Druck kann also überwacht werden und eine gesteuerte Luftabsaugung oder eine externe Luft Zuführung können für gleichbleibende Druckverhältnisse um einen vorbestimmten Sollwert sorgen .

• Feuchtigkeit : Die Feuchtigkeit der zu mahlenden Produkte P kann mittels einer Feuchtigkeitssonde im Einlauf 1 überwacht werden . Falls nötig, kann eine Vorkonditionierung der zu mahlenden Produkte P vorgesehen werden, um diese auf eine bestimmte Feuchtigkeit zu bringen, bevor sie zum Mahlwerk 2 gelangen . Mit der Vorkonditionierung wird sichergestellt , dass im Mahlwerk 2 keine qualitätsrelevante Abweichung der Feuchtigkeit des Mahlguts stattfindet . Die Feuchtigkeit des Mahlguts kann auch während des Mahlprozesses im Mahlwerk 2 oder im Ablauf 3 überwacht werden . Gesteuerte Befeuchtungsoder Trocknungsmittel können vorgesehen werden, um die Feuchtigkeit des Mahlguts um einen vorbestimmten Sollwert zu halten . Die Luftfeuchtigkeit im Innenraum der Mühle , sowie ausserhalb kann ebenfalls entsprechend kontrolliert und möglichst stabil gehalten werden . In vorteilhaften Aus führungsvarianten der Mühle werden auch Parameter überwacht , die Hinweise auf die Leistung der Mühle geben :

• Stromverbrauch der Wal zenmotore : Ändert sich der Stromverbrauch eines Wal zenmotors bei gleichbleibendem Produkt , kann von einer Verschmutzung oder Verschleiss der Wal ze 21 ausgegangen werden, weil die Reibungskraft zunimmt .

• Vibrationen und Wal zentemperatur : Ändern sich die Vibrationen oder die Temperatur der Wal zen oder die Temperatur der Wal zenkühlmittel flüssigkeit bei gleichem Produkt langsam und stetig, kann von einer schlechten Produktqualität oder von verschmutzen Wal zen ausgegangen werden . Eine Erwärmung ist meistens auf eine schlechtere Wärmeableitung aufgrund von Schmutz zurückzuführen .

Durch die Überwachung eines oder mehrerer dieser Parameter können Defekte frühzeitig erkannt und die nötige Reparatur des Mahlwerks 2 rechtzeitig geplant oder der ideale Zeitpunkt einer Wal zenreinigung oder einem Ersatz der Wal zen errechnet werden .

Eine Verschmutzung der Wal zen kann bis zu einem gewissen Mass durch die Wal zenspaltenregulierung kompensiert werden .

Aufgrund von Verschleiss oder Verschmutzung kann es zu einer allmählichen Veränderung des Sollwertes kommen .

Solche Änderungen werden vom System erkannt und als neue

Sollwerte direkt nach Ende des Prozesses in der

Steuereinheit hinterlegt .

In einer Aus führungsvariante der Erfindung ist die Mühle mit einem automatischen Wal zenreinigungssystem versehen, das durch die Steuereinheit automatisch aktiviert und gesteuert wird, wenn eine Verschmutzung der Wal zen 21 detektiert wird .

Zu bestimmten Zeitpunkten muss dennoch eine Wal zengrundreinigung oder eine Wal zenersatz vorgenommen werden . Dazu müssen die Wal zen ausgebaut , gereinigt bzw . ersetzt und wieder eingebaut werden . Anschliessend werden die Abstände der Wal zen neu ref erenziert . Im Ideal fall kann für die Referenzeinstellung auf einen Erfahrungswert nach der Reinigung oder dem Ersatz der Wal zen zurückgegri f fen werden . In gewissen Fällen müssen die Wal zen mit einem Testlauf neu geeicht werden . Nach einer durchgeführten Wartung oder Reinigung an der Anlage werden die ursprünglichen Sollwerte wiederhergestellt .

Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass vor dem Mahlprozess ein Rezept zusammengefasst wird, in welchem ein oder mehrere der oben erwähnten Parameter, darunter mindestens die gewünschte Grössenverteilung der gemahlenen Partikeln, als Sollwert festgelegt werden . Von Vorteil ist es , wenn für j eden Parameter neben dem Sollwert auch rezeptspezi fische Toleranzen definiert werden . Während des Mahlprozesses werden diese Parameter gemessen und durch die Steuereinheit mit dem festgelegten Sollwert gemäss Rezept verglichen . Befinden sich alle gemessenen Werte im gewünschten Bereich, kann davon ausgegangen werden, dass das Mahlgut M mit gewünschter und konstanter Qualität erzeugt wird . Falls die gemessenen Werte nicht den festgelegten Sollwerten entsprechen, werden die Einstellungen des Mahlwerks 2 durch die Steuereinheit mithil fe der Mittel zur Einstellung des Mahlwerks 2 angepasst . Die Ermittlung der Grössenverteilung der gemahlenen Partikeln durch die Partikelmesssonde 4 und die entsprechende Anpassung der Einstellungen des Mahlwerkes 2 erfolgt vorzugsweise laufend, automatisch und in Echtzeit während des Mahlprozesses .

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante gibt die Mühle während des Mahlprozesses ein Signal aus , welches die gemessenen Werte enthält oder einen Alarm auslöst , wenn die gemessenen Werte nicht den gewünschten Sollwerten entsprechen . Dieses Signal kann beispielsweise ein visuelles Signal sein, das auf einem Bildschirm angezeigt wird . Dieses Signal kann auch akustisch sein, insbesondere wenn es als Alarm dient . Das Signal kann auch elektrisch oder elektromagnetisch sein und mittels eines Kabels oder kabellos an ein separates elektronisches Gerät gesandt werden, beispielsweise an eine zentrale Kontrolleinheit . Zur Eingabe der zu überwachenden Parameter und der entsprechenden Sollwerte und Toleranzen kann die Mühle mit einer Benutzeroberfläche versehen werden, und/oder sie kann ein elektrisches oder elektromagnetisches Signal eines separaten elektronischen Geräts entgegennehmen, das die Parameter, Sollwerte und Toleranzen enthält .

Von Vorteil ist es , wenn gewisse oder sämtliche gemessenen Werte während des Mahlprozesses in einer Datenbank gespeichert und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden . Anhand der gesammelten Daten können Prozesse j ederzeit nachträglich oder live analysiert werden . Dies ermöglicht eine lückenlose Prozessverfolgung und Kontrolle, sowie eine präzisere Festlegung von Sollwerten .

Von Vorteil ist es , wenn die zu mahlenden Produkte P entweder vorgewogen und dosiert werden oder der Einlauf 1 kann mit einer Inlinemengenmessung versehen werden .

Zusammenfassend werden eine neue Mühle und ein neues Mahlverfahren vorgestellt , die erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweisen :

Die Mühle funktioniert praktisch ohne menschliches Eingrei fen;

• Sämtliche Abweichungen der qualitätsrelevanten Prozessparameter werden umgehend erkannt und direkt behoben oder gemeldet ; • Die Messung der Partikelgrösse erfolgt in einem geschlossenen System, ohne Verluste oder Risiken durch unnötige Probeentnahmen;

• Die Mühle sorgt für gleichbleibende Qualität dank unverzüglicher Korrektur der qualitätsrelevanten Parameter bei Abweichung vom festgelegten Sollwert .

Dadurch können selbst Naturprodukte kontrolliert und gleichbleibend gemahlen werden;

• Stillstände während des Prozesses sind dank der zahlreichen Überwachungen und Datenpunkte praktisch ausgeschlossen;

• Die Mühle kann mit einer künstlichen Intelligenz versehen werden, die aufgrund der gemessenen Parameter durch Machine Learning Wartungsbedürfnisse anti zipiert und zum idealen Zeitpunkt planen kann .