CH713772B1 - Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung und Dosiervorrichtung . - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung (1), welche eine in einem Dosierkanal (2) angeordnete Dosierschnecke (3) aufweist, die einen Transportabschnitt (4) aufweist, welcher einen Schneckengang bildet, und die einen Abschlussbereich (5) aufweist, welches dazu geeignet ist, den Dosierkanal (2) zu verschließen. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer Menge an Material, welches von der Dosiervorrichtung (1) während eines Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde, und ein Steuern eines Materialflusses durch den Dosierkanal (2) durch ein Bewegen der Dosierschnecke (3) in einer axialen Richtung der Dosierschnecke (3), um eine Weite eines Dosierspalts festzulegen, welcher ein Spalt zwischen dem Dosierkanal (2) und dem Abschlussbereich (5) der Dosierschnecke (3) ist, wobei die Weite des Dosierspalts abhängig von der erfassten Menge an Material gewählt wird.

Description

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung.

[0002] Die Schneckendosierung ist ein gängiges Dosierverfahren für pulverförmige Stoffe und Granulate. Dabei wird ein zu dosierendes Material aus einem Dosierbehälter mittels einer rotierenden Dosierschnecke durch einen Dosierkanal transportiert, um am Ende des Dosierkanals in ein Dosierbehältnis zu fallen. Eine solche Schneckendosierung wird zumeist dann eingesetzt, wenn eine besonders genaue Dosierung des Materials erfolgen soll. So wird ein solches Dosierverfahren insbesondere bei einer Dosierung von Pulvern, Klebstoffen und Wirkstoffen eingesetzt. Beispielhafte Pulver sind beispielsweise Pigmente oder Füllstoffe für Lacke. Wirkstoffe werden oftmals im Bereich des Pflanzenschutzes oder der Pharmaindustrie mittels der Schneckendosierung dosiert.

[0003] Aus der DE19962475C2 ist es für den Bereich von Abfüllanlagen offenbart, dass eine Weite eines Spaltes zwischen einem Verschlussorgan einer Spindel und einem Füllrohr basierend auf einem Zeitverlauf verändert wird.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung, welche eine in einem Dosierkanal angeordnete Dosierschnecke aufweist, die einen Transportabschnitt aufweist, welcher einen Schneckengang bildet, und die einen Abschlussbereich aufweist, welcher dazu geeignet ist, den Dosierkanal zu verschließen, umfasst ein Erfassen einer Menge an Material, welche von der Dosiervorrichtung während eines Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde, und ein Steuern eines Materialflusses durch den Dosierkanal durch ein Bewegen der Dosierschnecke in einer axialen Richtung der Dosierschnecke, um eine Weite eines Dosierspalts festzulegen, welcher ein Spalt zwischen dem Dosierkanal und dem Abschlussbereich der Dosierschnecke ist, wobei die Weite des Dosierspalts abhängig von der erfassten Menge bzw. der noch zu dosierenden Menge an Material gewählt wird.

[0005] Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung umfasst einen Dosierkanal, eine Dosierschnecke, eine Messeinheit und eine Dosierungssteuerung. Dabei ist die Dosierschnecke in einem Dosierkanal angeordnet. Die Dosierschnecke weist einen Transportabschnitt auf, welcher einen Schneckengang bildet und weist einen Abschlussbereich auf, welcher dazu eingerichtet ist, den Dosierkanal zu verschließen. Die Messeinheit ist dazu eingerichtet, eine Menge an Material zu erfassen, welches von der Dosiervorrichtung während einem Dosiervorgang bereits abgegeben wurde, und die Dosierungssteuerung ist dazu eingerichtet, einen Materialfluss durch den Dosierkanal zu steuern, indem diese die Dosierschnecke in einer axialen Richtung der Dosierschnecke bewegt, um eine Weite eines Dosierspalts festzulegen, welcher ein Spalt zwischen dem Dosierkanal und dem Abschlussbereich der Dosierschnecke ist, wobei die Weite des Dosierspalts abhängig von der erfassten Menge an Material bzw. der noch zu dosierenden Menge gewählt wird.

[0006] Die Dosiervorrichtung ist insbesondere ein Laborautomat. Der Dosierkanal ist insbesondere ein Kanal, welcher an einem Dosierbehälter angeordnet ist, in welchem sich das zu dosierende Material befindet. Der Dosierkanal ist insbesondere ein im Wesentlichen zylindrischer Kanal. Die Dosierschnecke ist in dem Dosierkanal angeordnet. Dabei liegt eine Rotationsachse der Dosierschnecke auf einer zentralen Achse des Dosierkanals. Ein Innendurchmesser des Dosierkanals entspricht einem Außendurchmesser der Dosierschnecke.

[0007] Die Dosierschnecke weist einen Transportabschnitt auf. Der Transportabschnitt ist insbesondere spiralförmig oder weist die Form einer Wendel auf. Ein Gang, welcher durch ein Schneckenblatt der Dosierschnecke gebildet wird, wird als Schneckengang bezeichnet. Rotiert die Dosierschnecke in dem Dosierkanal, so wird das zu dosierende Material durch den Schneckengang transportiert.

[0008] Die Dosierschnecke weist einen Abschlussbereich auf, der Abschlussbereich schließt insbesondere unmittelbar an den Transportabschnitt der Dosierschnecke an. Der Abschlussbereich ist insbesondere ein plattenförmiger Bereich, welcher sich über den gesamten Innendurchmesser des Dosierkanals erstreckt, so dieser sich in dem Dosierkanal befindet.

[0009] Es erfolgt ein Erfassen einer Menge an Material, welches von der Dosiervorrichtung während eines Dosiervorgangs abgegeben wurde. Das Erfassen der Menge von Material ist dabei ein Messen einer Menge von Material. Dabei wird die tatsächliche Menge an Material, welches von der Dosiervorrichtung während eines Dosiervorgangs abgegeben wurde, messtechnisch erfasst. Dies erfolgt insbesondere durch ein Wiegen des Materials, welches von der Dosiervorrichtung während des Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde. Die dafür genutzte Messeinheit ist somit insbesondere eine Waage oder eine Wägezelle.

[0010] Die Dosierungssteuerung ist dazu eingerichtet, einen Materialfluss durch den Dosierkanal zu steuern, indem diese die Dosierschnecke in einer axialen Richtung der Dosierschnecke bewegt. Die Dosierungssteuerung ist insbesondere eine elektronische Steuereinheit. Der Dosierspalt ist ein Spalt zwischen dem Dosierkanal und dem Abschlussbereich der Dosierschnecke. Dabei befindet sich der Schneckengang des Transportabschnitts der Dosierschnecke zwischen einem Ende des Dosierkanals und dem Abschlussbereich der Dosierschnecke. Wird die Dosierschnecke in axialer Richtung so weit bewegt, bis der Abschlussbereich in axialer Richtung auf gleicher Höhe ist wie der Dosierkanal, so ist der Dosierspalt geschlossen. Der Dosierspalt ist somit eine Distanz, über welche sich der Transportabschnitt und somit der Schneckengang nicht in dem Dosierkanal befindet.

[0011] Es wird somit eine verbesserte Dosiergeschwindigkeit und eine verbesserte Dosiergenauigkeit erreicht. Die Dosiergeschwindigkeit und erzielbare Dosiergenauigkeit sind bislang bei einem spezifischen zu dosierenden Pulver abhängig von der Schneckengeometrie der Dosierschnecke und der Drehzahl, mit welcher die Dosierschnecke gedreht wird. Mit einer feinen Dosierschnecke, also eine Dosierschnecke mit geringer Gangtiefe und Steigung, sind sehr genaue Dosierergebnisse erzielbar, aber eine große Dosiermenge benötigt eine sehr lange Zeit zur Dosierung. Dies kann durch eine Anpassung der Drehzahl der Dosierschnecke nur begrenzt kompensiert werden. Hohe Drehzahlen können zudem das Pulver stark mechanisch belasten und dadurch schädigen. Eine grobe Dosierschnecke, also eine Dosierschnecke mit hoher Steigung und Gangtiefe, ermöglicht eine schnelle, aber ungenaue Dosierung. Schlecht fließende Pulver können mit feinen Dosierschnecken unter Umständen überhaupt nicht, mit großen Schnecken nur sehr ungenau dosiert werden. Eine schnelle, aber nicht gleichzeitig genaue Dosierung ist so bei vielen Pulvern nicht möglich. Bei einigen Pulvern ist eine Mindestdrehzahl der Dosierschnecke erforderlich, um einen Fluss zu erzielen. Bei Unterschreiten dieser Drehzahl kommt ein Materialfluss ins Stocken. Solche Pulver können mit den üblichen Dosierschnecken und Verfahren nicht genau dosiert werden. Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung beseitigt.

[0012] Durch die Steuerung der Dosiergeschwindigkeit, also des Materialflusses über die Öffnungsweite des Schneckengangs am Auslass des Dosierkanals kann der Materialfluss bei konstanter Drehzahl der Dosierschnecke gesteuert werden. Die Öffnungsweite des Schneckengangs am Auslass des Dosierkanafs entspricht dabei dem Dosierspalt. Es kann somit sowohl eine hohe Dosiergeschwindigkeit bei einer große Weite des Dosierspalts erreicht werden, als auch eine hohe Genauigkeit bei minimaler Weite des Dosierspalts erreicht werden. Eine maximale Weite des Dosierspalts liegt dann vor, wenn der Dosierspalt einer kompletten Schneckenganghöhe entspricht. Bei einer minimalen Weite des Dosierkanals ist der Schneckengang fast komplett abgedeckt. Es wird somit der nutzbare Massenstrombereich gegenüber einer rein drehzahlgesteuerten Dosierung erweitert. Es kann somit eine Regulierung der Dosiergeschwindigkeit bei konstanter Drehzahl der Dosierschnecke erfolgen, wobei eine hohe Drehzahl bei schlecht fließenden, unempfindlichen Pulvern gewählt wird und eine niedrige Drehzahl bei gut fließenden empfindlichen Pulvern gewählt wird. Es kann somit eine Verwendung von großen Dosierschnecken bei schlecht fließenden Pulvern und gleichzeitig hohe erzielbare Dosiergenauigkeit erfolgen. Es kann eine schnelle Dosierung und gleichzeitig eine hohe Dosiergenauigkeit erreicht werden, insbesondere dann, wenn eine große Weite des Dosierspalts bis kurz vor einem Erreichen eines Zielwertes gewählt wird und die Weite des Dosierspalts kurz vor Erreichen der Zielmenge verringert wird. Es kann eine Verwendung einer einzigen Schneckengeometrie für die meisten Pulver unabhängig von der Dosiermenge und der erforderlichen Dosiergenauigkeit erfolgen. Es ist somit lediglich eine geringe Anzahl an verschiedenen Schneckengeometrien notwendig, welche für unterschiedliche Dosiervorgänge bereitgestellt werden müssen. Durch ein entsprechend automatisiertes Verfahren wird es vereinfacht, die optimalen Dosierparameter für jeden Dosiervorgang zu finden.

[0013] Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

[0014] Es ist vorteilhaft, wenn die Dosierschnecke bei einer konstanten Drehzahl betrieben wird, und der Materialfluss durch den Dosierkanal gesteuert wird, indem die Dosierschnecke in der axialen Richtung der Dosierschnecke bewegt wird. Die konstante Drehzahl kann dabei während dem gesamten Dosiervorgang oder während einem Teil des Dosiervorgangs konstant gehalten werden. Die Drehzahl muss in diesem Falle nicht geregelt werden und kann optimal an das zu transportierende Material und eine Form des Schneckengangs angepasst werden.

[0015] Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Weite des Dosierspalts und/oder eine Drehzahl der Dosierschnecke kontinuierlich oder schrittweise reduziert wird, um von einer Grobdosierung zu einer Feindosierung zu wechseln. Dabei erfolgt das kontinuierliche oder schrittweise reduzieren der Weite des Dosierspalts und/oder der Drehzahl der Dosierschnecke während eines Dosiervorgangs. Ein Dosiervorgang ist ein Vorgang, während dem eine zu dosierende Menge von der Dosiervorrichtung abgegeben wird. So wird der Materialfluss während des Dosiervorgangs verringert und es kann verhindert werden, dass es zu einer Überdosierung kommt. Gleichzeitig wird während der Grobdosierung ein maximaler Materialfluss gewährleistet, wodurch ein schneller Dosiervorgang erreicht wird.

[0016] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Drehzahl der Dosierschnecke in Reaktion darauf reduziert wird, dass eine vorgegebene Menge an Material während des Dosiervorgangs abgegeben wurde. Somit kann erreicht werden, dass eine maximale Dosiergeschwindigkeit erreicht wird, da die Verringerung der Drehzahl nicht unnötig früh verringert wird, beispielsweise wenn der Materialfluss kurzfristig unterbrochen war.

[0017] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Feindosierung erfolgt, indem eine Drehbewegung der Dosierschnecke mit wechselnder Drehrichtung und/oder eine lineare Bewegung der Dosierschnecke mit wechselnder Richtung ausgeführt wird. Insbesondere erfolgt die Drehbewegung der Dosierschnecke mit wechselnder Drehrichtung bei konstanter Weite des Dosierspaltes. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die lineare Bewegung der Dosierschnecke mit wechselnder Richtung ausgeführt wird, wenn die Drehbewegung der Dosierschnecke gestoppt oder konstant ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sehr geringe Mengen des zu dosierenden Materials abgegeben werden und eine besonders genaue Dosierung kann erreicht werden.

[0018] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Weite des Dosierspalts und/oder eine Drehzahl der Dosierschnecke kontinuierlich oder schrittweise reduziert wird, wenn ein vorgegebenes Zeitintervall seit Beginn des Dosiervorgangs verstrichen ist. Auf diese Weise kann eine Feindosierung eingeleitet werden, wobei die Einleitung der Feindosierung nicht durch ein eventuelles Überschwingen der Messeinheit beim Messen der bereits abgegeben Dosiermenge beeinflusst wird, welches sich ergeben kann, wenn bei einer Grobdosierung ein besonders hoher Materialfluss vorliegt.

[0019] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Dosierschnecke während des Dosiervorgangs in wechselnde Richtungen entlang der axialen Richtung der Dosierschnecke bewegt wird, wobei der Dosierspalt für den Materialfluss offenbleibt. Mit einfachen Worten bedeutet dies, dass die Dosierschnecke während des Dosiervorgangs auf und ab bewegt wird. Auf diese Weise können Stauungen des Materialflusses in dem Schneckengang verhindert werden.

[0020] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Drehzahl der Dosierschnecke abhängig von einer Partikelgröße des zu dosierenden Materials und/oder einer Geometrie der Dosierschnecke gewählt wird. Das Verfahren kann somit besonders genau an das zu dosierende Material angepasst werden.

[0021] Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Abschlussbereich der Dosierschnecke derart geformt ist, dass dieser bündig mit dem Dosierkanal abschließt, wenn dieser sich innerhalb des Dosierkanals befindet. Es kann somit verhindert werden, dass sich das Material auf einem Teilbereich des Abschlussbereiches ablagert, und von diesem ungewollt abfällt, nachdem ein Dosiervorgang bereits abgeschlossen sein sollte. Es kommt somit zu einer besonders genauen Dosierung.

[0022] Allgemein ist eine Vorrichtung, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, vorteilhaft. Eine solche Vorrichtung weist alle Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0023] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 eine Darstellung einer vorteilhafte Dosierschnecke, Figur 3 eine Darstellung eines vorteilhaften Dosierbehälters, Figur 4 eine Darstellung einer in einem Dosierkanal angeordneten Dosierschnecke für unterschiedliche Weiten eines Dosierspaltes, und Figur 5 ein Diagramm, welches eine Drehzahl der Dosierschnecke und eine Weite des Dosierspalts während eines Dosiervorgangs darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung

[0024] Figur 1 zeigt eine Dosiervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Dosiervorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung auszuführen.

[0025] Die Dosiervorrichtung 1 umfasst einen Dosierkanal 2, eine Dosierschnecke 3, eine Messeinheit 7 und eine Dosierungssteuerung 8. Der Dosierkanal 2 ist ein zylindrischer Kanal, welcher am Boden eines Dosierbehälters 9 angeordnet ist. Bei einer korrekten Anordnung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 1 ist eine Längsachse des Dosierkanals 2 vertikal angeordnet. Ein in dem Dosierbehälter 9 befindliches Material, beispielsweise ein Granulat oder ein Pulver, wird somit durch die Schwerkraft in Richtung des Dosierkanals 2 bewegt.

[0026] Die Dosierschnecke 3 ist in dem Dosierkanal 2 angeordnet. Die Dosierschnecke 3 ist in Figur 2 dargestellt. Die Dosierschnecke 3 ist dazu ausgelegt, um eine Rotationsachse 11 der Dosierschnecke 3 zu rotieren, um das Material durch den Dosierkanal 2 zu befördern. Die in Figur 2 dargestellte Dosierschnecke 3 ist so dargestellt, dass die Rotationsachse 11 der Dosierschnecke 3 von links nach rechts erstreckt. Entlang der Rotationsachse 11 weist die Dosierschnecke 3 dabei im Wesentlichen drei Abschnitte auf.

[0027] Ein erster Abschnitt 10 ist dabei ein Befestigungsbereich. Dieser Befestigungsbereich ermöglicht es, die Dosierschnecke 3 in der Dosiervorrichtung 1 einzuspannen. Der Befestigungsbereich ist in Figur 2 ganz rechts dargestellt.

[0028] Der zylinderförmige Teil um die Rotationsachse der Dosierschnecke 3 wird als Kern bezeichnet. Der Raum, der zur Förderung eines Schüttguts vorgesehen ist, heißt Gang. Das spiralförmige Materialprofil trägt die Bezeichnung Blatt. Besitzt die Dosierschnecke 3 keinen Kern und besteht lediglich aus einem spiralförmig gebogenen Profil, so spricht man von einer Wendel. Bei starker Verrundung zwischen Kern und Schneckenblatt, so dass der Schneckengang eine Halbrundform hat, spricht man von einer Konkavschnecke, welche meist bei Doppelschneckenanordnungen verwendet wird. Ist ein Schneckenstegwinkel 21 gleich 0°, so wird die Schnecke als Vollblattschnecke bezeichnet.

[0029] An den Befestigungsbereich schließt entlang der Rotationsachse 11 ein Transportabschnitt 4 an, welcher einen zweiten Abschnitt der Dosierschnecke 3 bildet. Der Transportabschnitt 4 bildet einen Schneckengang. In dieser vorteilhaften Ausführungsform ist der Transportabschnitt 4 ein spindelförmiger Abschnitt. Das bedeutet, dass dieser im Zentrum einen Kern aufweist, welcher von einer Schnecke umlaufen wird. In alternativen Ausführungsformen wird auf den Kern verzichtet. In diesem Fall ist der Transportabschnitt 4 eine Wendel. Befindet sich die Dosierschnecke 3 in dem Dosierkanal 2, so schließt das spiralförmig gebogene Profil, welches den Kern umläuft, mit der Wandung des Dosierkanals 2 ab. Der Hohlraum, welcher sich zwischen dem Dosierkanal 2 und der Dosierschnecke 3 ergibt, wird als Schneckengang bezeichnet. Das Material, welches den Kern spiralförmig umläuft, wird auch als Schneckenblatt bezeichnet.

[0030] Entlang der Rotationsachse 11 schließt an den Transportabschnitt 4 ein Abschlussbereich 5 an, welcher einen dritten Abschnitt der Dosierschnecke 3 bildet. Der Abschlussbereich 5 ist dazu geeignet, den Dosierkanal 2 zu verschließen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schneckengang sich nicht in den Abschlussbereich 5 erstreckt. Gleichzeitig ist der Abschlussbereich 5 so geformt, dass dieser auf seinem vollen Umfang in Kontakt mit dem Dosierkanal 2 steht, wenn dieser sich in dem Dosierkanal 2 befindet. Ein Rotationsumfang des Transportabschnitts 4 und des Abschlussbereichs 5 sind somit identisch.

[0031] Mit Bezug auf Figur 1 ist ersichtlich, dass die Dosierschnecke 3 über eine Kupplungsvorrichtung 12 mit einem ersten Motor 13 verbunden ist. Eine Drehzahl mit der Dosierschnecke 3 wird somit durch den ersten Motor 13 bestimmt und eine Drehzahl der Dosierschnecke 3 kann durch eine Drehzahl des ersten Motors 3 gesteuert werden.

[0032] Der Dosierbehälter 9 ist an einem Arm 14 der Dosiervorrichtung 1 gelagert und wird von diesem gehalten. An dem Arm 14 ist ein zweiter Motor 15 angeordnet. Der erste Motor 13 ist über eine Mechanik an den Arm 14 gekoppelt und kann durch einen Betrieb des zweiten Motors 15 in einer axialen Richtung der Dosierschnecke 3 bewegt werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der erste Motor 13 durch den zweiten Motor 15 auf und ab bewegt werden kann. Gleichzeitig wird der Dosierbehälter 9 mit dem Dosierkanal 2 an einer konstanten Position gegenüber dem Arm 14 gehalten. Da die Dosierschnecke 3 mit dem ersten Motor 13 gekoppelt ist, wird diese mit dem ersten Motor 13 bewegt und bewegt sich somit in axialer Richtung in dem den Dosierkanal 2.

[0033] Die Kupplungsvorrichtung 12 umfasst eine gefederte Lagerung, durch welche die relative Bewegung zwischen dem Dosierbehälter 9 und der Dosierschnecke 3 ausgeglichen wird, also sowohl die Verbindung zwischen dem ersten Motor 13 und der Dosierschnecke 3 sichergestellt wird, als auch eine Lagerung der Dosierschnecke 3 in dem Dosierbehälter 9 sichergestellt ist. Der Dosierbehälter 9 mit der Kupplungsvorrichtung 12 ist in Figur 3 in einer Detailansicht dargestellt. Die Dosierschnecke 3 ist über eine Welle 17 mit dem ersten Motor 13 gekoppelt. Die Kupplungsvorrichtung 12 umfasst ein Lager 19, in welchem die Welle 17 drehbar gelagert ist, jedoch nicht in axialer Richtung fixiert ist. Die Welle 17 ist Starr mit einem Rotor des ersten Motors 13 gekoppelt. Wird der erste Motor 13 durch den zweiten Motor 15 in der axialen Richtung der Dosierschnecke 3 bewegt, so wird eine Feder 18 der Kupplungsvorrichtung 12 komprimiert oder die Feder 18 expandiert. So wird die Feder 18 komprimiert, wenn der erste Motor 13 und somit die Welle 17 mit der Dosierschnecke 3 nach unten bewegt wird. Die Feder 18 expandiert, wenn der erste Motor 13 und somit die Welle 17 mit der Dosierschnecke 3 nach oben bewegt wird.

[0034] Unterhalb des Dosierkanals 2 und somit unterhalb des Dosierbehälters 9 ist ein Zielbehälter 16 angeordnet. In dem Zielbehälter 16 wird das durch den Dosierkanal 2 transportierte Material gesammelt und somit die zu dosierende Menge an Material gesammelt. Der Zielbehälter 16 ist auf der Messeinheit 7 angeordnet. Die Messeinheit 7 ist dazu eingerichtet, eine Menge an Material zu erfassen, welche von der Dosiervorrichtung 1 während des Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde. Dazu wird ein Gewicht des Zielbehälters 16 gemessen, welcher sich erhöht, sobald das Material in den Zielbehälter 16 fällt, nachdem dieses durch den Dosierkanal 2 transportiert wurde.

[0035] Der Dosierbehälter 9 und der Zielbehälter 16 werden händisch oder durch ein Handlingsystem in eine Aufnahme gestellt. Beim Dosiervorgang wird eine den erstem Motor 13, ein Getriebe und eine Nuss umfassende Antriebseinheit durch einen pneumatischen Hubzylinder abgesenkt und damit an den Dosierbehälter 9 an den ersten Motor 13 angekoppelt. Das Pulver wird durch Rotation der Dosierschnecke 3 im Dosierkanal 2 aus dem Behälter gefördert und fällt dadurch in den darunter befindliche Zielbehälter 16. Dieser steht auf der Messeinheit 7, die das gravimetrisch geregelte Dosieren ermöglicht. Die Anlagensteuerung kann durch die kontinuierlichen Waagenmesswerte der Messeinheit 7 während dem Dosierprozess direkt die Drehzahl und somit die Dosiergeschwindigkeit regeln. Dadurch lassen sich hohe Genauigkeiten im Dosierergebnis erzielen. Die Dosiergeschwindigkeit bzw. der Massenstrom des Pulvers hängt neben der Drehzahl v.A. von der Schneckengeometrie der Dosierschnecke 3, insbesondere der Ganghöhe/-Tiefe und der Steigung ab. Der Massenstrom lässt sich daher bei einer definierten Schnecke durch die Drehzahl nur in begrenztem Umfang regeln.

[0036] Die Dosierschnecke 3 ist in axialer Richtung federnd gelagert. Das Ende der Dosierschnecke 3 bzw. des Schneckengangs, an dem das Pulver austritt, ist nicht offen sondern wird durch eine Scheibe abgeschlossen. Die Dosierschnecke 3 wird bei ausgekoppeltem Dosierbehälter 9 durch die Feder 18 nach oben gedrückt, wodurch die Scheibe mit dem Auslass des Dosierkanals 2 bündig abschließt und diesen verschließt. Ein Austreten des Pulvers wird so verhindert. Zum Dosieren wird die Dosierschnecke entgegen der Federkraft durch eine pneumatische Achse gegen einen mechanischen Anschlag nach unten gedrückt. Die vollständig offene Schnecke bzw. Schneckengang ragt nun aus dem Auslass und es kann dosiert werden. Die Dosiereigenschaften entsprechen denen einer Standard-Schnecke ohne Verschlussmechanismus.

[0037] Die Messeinheit 7, der erste Motor 13 und der zweite Motor 15 sind mit der Dosierungssteuerung 8 gekoppelt. Die Dosierungssteuerung 8 ist eine elektronische Steuereinheit. Durch die Dosierungsteuerung 8 wird ein Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert. Die Dosierungssteuerung 8 umfasst eine Motorsteuerung, durch welche der erste Motor 13 und der zweite Motor 14 angesteuert wird. Somit kann durch die Dosierungssteuerung 8 eine Drehzahl des ersten Motors 13 und somit eine Drehzahl der Dosierschnecke 3 gesteuert werden. Ferner kann durch die Dosierungssteuerung 8 der zweite Motor 15 angesteuert werden und somit die Dosierschnecke 3 in axialer Richtung gegenüber dem Dosierkanal 2 bewegt werden. Zudem wird von der Dosierungssteuerung 8 ein Messwert von der Messeinheit 7 empfangen und somit eine Menge an Material erfasst, welche von der Dosiervorrichtung 1 während eines Dosiervorgangs von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 bereits abgegeben wurde, messtechnisch erfasst.

[0038] Wird durch die Dosierungssteuerung 8 die Dosierschnecke 3 in einer axialen Richtung gegenüber dem Dosierkanal 2 bewegt, so wird eine Weite eines Dosierspalts 6 verändert. Die Weite des Dosierspalts 6 kann somit durch die Dosierungssteuerung 8 festgelegt werden. In Figur 4 ist das Prinzip des Dosierspalts 6 dargestellt.

[0039] Anstelle einer herkömmlichen pneumatischen Achse zum Einkoppeln des Dosierantriebs an den Dosierbehälter 9 und zum Öffnen des Dosierbehälters 9 durch Herausdrücken der scheibenförmig abgeschlossenen Dosierschnecke 3 aus der Austrittsöffnung des Dosierkanals 2 wird eine exakt positionierbare Achse, z.B. elektrische Servoachse eingesetzt. Dadurch kann der Dosierbehälter 9 nicht nur vollständig geschlossen oder geöffnet werden sondern es sind auch Zwischenstufen möglich. D.h. durch die axiale Positionierbarkeit der Dosierschnecke 3 relativ zum Auslass des Dosierkanals 2 lässt sich der Dosierspalt 6 am Auslass des Dosierkanals 2 kontrolliert regeln. Durch eine Verringerung des Dosierspalts 6 vermindert sich der Massenstrom des Pulvers bei konstanter Drehzahl, da das Pulver durch die Verengung gebremst wird. D.h. das Pulver staut sich in der Dosierschnecke 3 zurück, bleibt aber fließfähig.

[0040] In Figur 4 links ist ein Zustand dargestellt, in dem der Dosierspalt 6 die Weite Null aufweist, also kein Dosierspalt 6 vorliegt. Dazu ist die Dosierschnecke 3 in axialer Richtung in eine Position gegenüber dem Dosierkanal 2 bewegt worden, dass der Abschlussbereich 5 der Dosierungsschnecke 3 sich in dem Dosierkanal 2 befindet. Da der Abschlussbereich 5 so gestaltet ist, dass dessen äußerer Umfang einem inneren Umfang des Dosierkanals 2 entspricht, kann der Abschlussbereich 5 in den Dosierkanal 2 hinein bewegt werden. Der Abschlussbereich 5 der Dosierschnecke 3 schließt somit bündig mit dem Dosierkanal 2 ab. Auch wenn die Dosierschnecke 3 sich bei dem in Figur 4 ganz links dargestellten Zustand mit einer bestimmten Drehzahl rotieren würde, so würde kein Material durch den Dosierkanal 2 transportiert, da dieser durch den Abschlussbereich 5 der Dosierschnecke 3 verschlossen ist.

[0041] Bei dem in Figur 4 ganz rechts dargestellten Zustand ist die Weite des Dosierspalts 6 maximal. Dies ist dann der Fall, wenn die Dosierschnecke 3 so weit in axialer Richtung gegenüber dem Dosierkanal 2 bewegt wurde, dass der Abschlussbereich 5 so weit von einem Ende des Dosierkanals 2 entfernt ist, dass eine volle Ganghöhe 20 des Schneckengangs der Dosierschnecke 3 aus dem Dosierkanal 2 herausragt. In diesem Zustand kann ein maximaler Materialfluss durch den Dosierkanal 2 erfolgen.

[0042] Bei dem in Figur 3 mittig dargestellten Zustand ist die Weite des Dosierspalts 6 nicht maximal, jedoch ist die Weite des Dosierspalts 6 auch nicht gleich Null. Somit kann zwar Material durch den Dosierspalt 6 austreten, jedoch ist der Materialfluss durch die Weite des Dosierspalts 6 begrenzt. Es ist ersichtlich, dass die Weite des Dosierspalts 6 durch die Bewegung der Dosierschnecke 3 in axialer Richtung der Dosierschnecke 3 gegenüber dem Dosierkanal 2 verändert werden kann. Dies erfolgt in der in Figur 1 dargestellten Dosiervorrichtung durch ein Betreiben des zweiten Motors 15, welcher durch die Dosierungssteuerung 8 gesteuert wird.

[0043] Ein Ablauf eines Dosiervorgangs wird durch die Dosierungssteuerung 8 gesteuert. Der Dosiervorgang ist dabei ein Vorgang, bei dem eine bestimmte Menge des zu dosierenden Materials von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 abgegeben wird. Ein Ablauf des Dosiervorgangs ist in dem in Figur 5 dargestellten Diagramm abgebildet. Dabei beschreibt eine erste Kurve 110 die Weite des Dosierspalts 6 während dem Dosiervorgang. Eine zweite Kurve 120 beschreibt die Drehzahl der Dosierschnecke 3 während dem Dosiervorgang. Entsprechend ist über eine X-Achse des Diagramms 100 eine Masse des Materials dargestellt, welches von der Dosiervorrichtung 1 von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 transportiert wurde. Für den Ursprung des in Figur 5 dargestellten Diagramms gilt, dass die Masse gleich 0 ist, also noch kein Material von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 transportiert wurde. Es wird Material von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 abgegeben bis ein Zielwert 104 erreicht ist. Din diesem Fall ist der Dosiervorgang abgeschlossen. Auf der Y-Achse des in Figur 5 dargestellten Diagramms ist für die erste Kurve 110 eine Weite des Dosierspalts 6 dargestellt und für die zweite Kurve 120 die Drehzahl der Dosierschnecke 3 dargestellt.

[0044] Der Dosiervorgang unterteilt sich in drei Phasen. Diese drei Phasen setzen sich aus einer ersten Phase 101 zu Beginn des Dosiervorgangs, einer zweiten Phase 102, welche an die erste Phase 101 anschließt und einer dritte Phase 103, welche eine abschließende Phase des Dosiervorgangs ist, zusammen. In der ersten Phase 101 erfolgt eine Grobdosierung. In der dritten Phase 103 erfolgt eine Feindosierung.

[0045] Wird ein Dosiervorgang gestartet, so wird in der ersten Phase 101 zunächst die Grobdosierung durchgeführt. Dabei wird die Dosierschnecke 3 bei einer konstanten Drehzahl betrieben, welche eine für die Dosierschnecke 3 maximale Drehzahl für das zu dosierende Material ist, um möglichst viel Material durch den Dosierkanal 2 zu bewegen. Damit am Ende des Dosierkanals kein Widerstand für den Materialfluss entsteht, ist die Weite des Dosierspalts 6 in der ersten Phase 101 maximal, also gleich der Höhe eines Schneckengangs. Es wird nun Material von dem Dosierbehälter 9 in den Zielbehälter 16 transportiert. Das von der Messeinheit 7 erfasste Gewicht des Zielbehälters 16 steigt, bis ein Zielwert erreicht ist. Ist dieser Zielwert erreicht, so beginnt die zweite Phase 102 des Dosiervorgangs.

[0046] In der zweiten Phase 102 des Dosiervorgangs wird die Weite des Dosierspalts 6 und die Drehzahl der Dosierschnecke 3 kontinuierlich reduziert, um von der Grobdosierung zu der Feindosierung zu wechseln. Dies ist in Figur 5 dadurch dargestellt, dass die Drehzahl der Dosierschnecke kontinuierlich von einem höheren Wert zu einem niedrigeren Wert abnimmt. Dies gilt in entsprechender Weise für die Weite des Dosierspalts 6. Die zweite Phase 102 dauert solange an, bis die Drehzahl und die Weite des Dosierspalts 6 auf einen vorgegebenen Anfangswert der dritten Phase 103 abgefallen sind. Dadurch, dass die zweite Phase 102 dann eingeleitet wird, wenn durch die Messeinheit 7 festgestellt wurde, dass eine einem Zielwert entsprechende Menge an Material, also eine vorgegebene Menge an Material, während des Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde, wird die Drehzahl der Dosierschnecke 3 in Reaktion darauf reduziert, dass eine vorgegebene Menge an Material während des Dosiervorgangs abgegeben wurde.

[0047] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die zweite Phase 102 nach einer vorgegebenen Zeit ab Beginn des Dosiervorgangs eingeleitet. Die Weite des Dosierspalts 6 und die Drehzahl der Dosierschnecke 3 wird in diesem Falte kontinuierlich reduziert, wenn ein vorgegebenes Zeitintervall seit Beginn des Dosiervorgangs verstrichen ist.

[0048] In der dritten Phase 103 erfolgt die Feindosierung. In dem in Figur 5 dargestellten Dosiervorgang wird die Dosierschnecke 3 bei einer konstanten Drehzahl betrieben, welche eine deutlich geringere Drehzahl ist, als die, bei der Dosierschnecke 3 in der ersten Phase 101 betrieben wurde. In entsprechender Weise ist die Weite des Dosierspalts 6 in der dritten Phase 103 deutlich geringer, als die maximale Weite des Dosierspalts 6 aus der ersten Phase 101. Während der Feindosierung in der dritten Phase 103 wird konstant das Gewicht des Zielbehälters 16 von der Messeinheit 7 überwacht. Sobald ein für die Dosierung gewählter Zielwert, also der Zielwert 104 erreicht ist, wird die Drehzahl der Dosierschnecke 3 auf 0 gesetzt und zugleich die Weite des Dosierspalts 6 soweit verringert, dass der Dosierspalt 6 eine Weite von 0 aufweist, also der Dosierkanal 2 von dem Abschlussbereich 5 der Dosierschnecke 3 verschlossen wird. Es wird somit ein Nachrieseln von Material in den Zielbehälter 16 verhindert.

[0049] Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zielwert 104, bei dem die Rotation der Dosierschnecke 3 eingestellt wird, etwas geringer gewählt wird, als eine tatsächlich zu dosierende Menge an Material. Die noch verbleibende Menge an Material kann dadurch durch den Dosierkanal 2 befördert werden, dass die Dosierschnecke 3 lediglich mit wechselnder Richtung in dem Dosierkanal 2 bewegt wird. Die Dosierschnecke wird dabei so gesteuert, dass sie sich im Mittel langsam vorwärts bewegt und Material dosiert wird. D.h. die Dauer bzw. Strecke der Vorwärtsbewegung ist größer als die Dauer bzw. Strecke der Rückwärtsbewegung. Dadurch wird ein Ausrieseln von Material aus dem Dosierkanal 2 erreicht, wodurch geringste Mengen in den Zielbehälter 16 gelangen. Es wird somit eine besonders genaue Dosierung erreicht, In gleicher Weise ist es möglich, die Dosierschnecke 3 bei zumindest teilweise geöffnetem Dosierspalt 6 mit wechselnder Drehrichtung zu bewegen. Auf diese Weise wird ein ähnlicher Effekt erreicht und es erfolgt ein Abrieseln von Material aus dem Dosierspalt 6, und es werden ebenfalls geringste Mengen an Material in den Zielbehälter 16 bewegt.

[0050] Optional ist es möglich, dass die Dosierschnecke 3 in der ersten, der zweiten oder in der dritten Phase 101, 102, 103 während des Dosierungsvorgangs in wechselnde Richtung entlang der axialen Richtung der Dosierschnecke 3 bewegt wird, wobei der Dosierspalt 6 für den Materialfluss offenbleibt. So wird eine alternierende Bewegung der Dosierschnecke 3 in axialer Richtung ausgeführt. Dies bedeutet, dass eine Weite des Dosierspalts 6 kontinuierlich in alternierender Weise verändert wird. Durch eine solche Bewegung der Dosierschnecke 3 wird vermieden, dass es zu Stauungen in dem Schneckengang kommt.

[0051] Eine Steuersoftware der Dosiervorrichtung 1 ist so gestaltet, dass der Pulver-Massenstrom sowohl durch die Drehzahl des Dosierantriebs als auch durch die Positionierung der Dosierschnecke durch die Vertikalachse und des daraus resultierenden, einstellbaren Dosierspalts 6 geregelt werden kann. Zunächst wird mit einer hohen Dosierdrehzahl und einem vollständig geöffneten Dosierspalt dosiert. D.h. es wird zunächst mit einem hohen Massenstrom dosiert. Ab einem bestimmten Abstand zum Zielwert 104 (z.B. kontrolliert durch Waage) werden die Drehzahl und/oder der Dosierspalt schrittweise oder kontinuierlich reduziert, je näher der Zielwert 104 kommt. Kurz vor dem Zielwert 104 wird mit kontinuierlicher Drehzahl und geringem Dosierspalt 6 (geringer Massenstrom) dosiert, bis der Zielwert 104 erreicht ist. Nach Erreichen des Zielwerts 104 wird Rotation der Dosierschnecke 3 gestoppt und der Dosierspalt 2 vollständig geschlossen. Die Feindosierung kann beispielsweise durch eine Oszillationsbewegung der Drehbewegung (rechts - links) und oder der Vertikalbewegung (Auf - Ab) verfeinert werden.

[0052] Die Umschaltpunkte (Abstand zum Zielwert 104) für Drehzahl und Dosierspalt 6 können identisch oder unterschiedlich sein. D.h. Es kann bereits mit konstanter Feindosierdrehzahl dosiert werden, während der Dosierspalt kontinuierlich reduziert wird. Es ist auch möglich, mit konstanter Drehzahl (nur Anpassung des Dosierspalts 6) oder mit konstantem Dosierspalt 6 (nur Anpassung der Drehzahl) zu dosieren.

[0053] Zusätzlich zur Regelung von Dosierspalt 6 und Drehzahl abhängig vom Waagenwert, können beide auch zeitgesteuert geregelt werden. Beispielsweise wird nach einer definierten Dosierzeit der Dosierspalt 6 und die Drehzahl der Dosierschnecke 3 verändert oder gestoppt bzw. geschlossen. Die positionierbare Vertikalachse kann auch dazu verwendet werden, die Dosierschnecke 3 während des Dosiervorgangs auf und ab zu bewegen, um ein Nachfließen des Pulvers, insbesondere bei schlecht fließenden Pulvern, zu verbessern.

[0054] Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 5 verwiesen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung (1), welche eine in einem Dosierkanal (2) angeordnete Dosierschnecke (3) aufweist, die einen Transportabschnitt (4) aufweist, welcher einen Schneckengang bildet, und die einen Abschlussbereich (5) aufweist, welches dazu geeignet ist, den Dosierkanal (2) zu verschließen, umfassend: – Erfassen einer Menge an Material, welches von der Dosiervorrichtung (1) während eines Dosiervorgangs bereits abgegeben wurde, und – Steuern eines Materialflusses durch den Dosierkanal (2) durch ein Bewegen der Dosierschnecke (3) in einer axialen Richtung der Dosierschnecke (3), um eine Weite eines Dosierspalts (6) festzulegen, welcher ein Spalt zwischen dem Dosierkanal (2) und dem Abschlussbereich (5) der Dosierschnecke (3) ist, wobei die Weite des Dosierspalts (6) abhängig von der erfassten Menge an Material gewählt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierschnecke (3) bei einer konstanten Drehzahl betreiben wird, und der Materialfluss durch den Dosierkanal (2) gesteuert wird, indem die Dosierschnecke (3) in der axialen Richtung der Dosierschnecke (3) bewegt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite des Dosierspalts (6) und/oder eine Drehzahl der Dosierschnecke (3) kontinuierlich oder schrittweise reduziert wird, um von einer Grobdosierung zu einer Feindosierung zu wechseln.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Dosierschnecke (3) in Reaktion darauf reduziert wird, dass eine vorgegebene Menge an Material während des Dosiervorgangs abgegeben wurde.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feindosierung erfolgt, indem eine Drehbewegung der Dosierschnecke (3) mit wechselnder Drehrichtung und/oder eine lineare Bewegung der Dosierschnecke (3) mit wechselnder Richtung ausgeführt wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite des Dosierspalts (6) und/oder eine Drehzahl der Dosierschnecke (3) kontinuierlich oder schrittweise reduziert wird, wenn ein vorgegebenes Zeitintervall seit Beginn des Dosiervorgangs verstrichen ist.

7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierschnecke (3) während des Dosiervorgangs in wechselnde Richtungen entlang der axialen Richtung der Dosierschnecke bewegt wird, wobei der Dosierspalt (6) für den Materialfluss offen bleibt.

8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Dosierschnecke (6) abhängig von einer Partikelgröße des zu dosierenden Materials und/oder einer Geometrie der Dosierschnecke (3) gewählt wird.

9. Dosiervorrichtung (1), umfassend einen Dosierkanal (2), eine Dosierschnecke (3), eine Messeinheit (7) und eine Dosierungssteuerung (8), wobei – die Dosierschnecke (3) in dem Dosierkanal (2) angeordnet ist, – die Dosierschnecke (3), • einen Transportabschnitt (4) aufweist, welcher einen Schneckengang bildet, und • einen Abschlussbereich (5) aufweist, welches dazu geeignet ist, den Dosierkanal (2) zu verschließen, – die Messeinheit (7) dazu eingerichtet ist, einer Menge an Material zu erfassen, welches von der Dosiervorrichtung (1) während einem Dosiervorgang bereits abgegeben wurde, und – die Dosierungssteuerung (7) dazu eingerichtet ist, einen Materialfluss durch den Dosierkanal (2) zu steuern, indem diese die Dosierschnecke (3) in einer axialen Richtung der Dosierschnecke (3) bewegt, um eine Weite eines Dosierspalts (6) festzulegen, welcher ein Spalt zwischen dem Dosierkanal (2) und dem Abschlussbereich (5) der Dosierschnecke (3) ist, wobei die Weite des Dosierspalts (6) abhängig von der erfassten Menge an Material gewählt wird.

10. Dosiervorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussbereich (5) der Dosierschnecke derart geformt ist, dass dieser bündig mit dem Dosierkanal (2) abschließt, wenn dieser sich innerhalb des Dosierkanals (2) befindet.