DE102005049914A1

DE102005049914A1 - Durchsatz-Messung und -Regelung unter Einbeziehung eines Chargendosierers

Info

Publication number: DE102005049914A1
Application number: DE102005049914A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr.-Ing. Bolder; Matthias Bolder
Original assignee: BOLDER AUTOMATION GmbH
Current assignee: BOLDER AUTOMATION GmbH
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: DE102005049914B4

Abstract

Bei Verwendung eines Chargendosierers (1) für eine oder mehrere Komponenten kann der Durchsatz eines Extruders (4) über das Chargen-Gewicht und die Verbrauchsperiodenzeit bestimmt und nachfolgend geregelt werden. Eine genaue Messung wird mit einem Messtrichter (3) erreicht, der das Material für die Niveauerfassung definiert zusammenhält und damit eine genaue Periodenzeit erzielt. Der Messtrichter (3) wird auf dem Extrudereinzug platziert. Der Chargendosierer kann gekoppelt oder abgesetzt montiert sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Regelung des Durchsatzes am Einzug eines Extruders oder einer kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit.

Aus verschiedenen Veröffentlichungen wie „Automatisierung in der Kunststoffverarbeitung", G.Menges, H.Recker, Hanser-Verlag, 1986 aber auch aus der DE 3542560 , DE 3311345 oder DE 3304865 ist bekannt, dass der Durchsatz eines Extruders aus einem Chargengewicht und einer Periodenzeit ermittelt werden kann. Das Chargengewicht wird dabei mittels einer Waage oberhalb eines Vorratstrichters gemessen. Zur Ermittlung der Periodenzeit wird eine Niveausonde eingesetzt, die jeweils am unteren Ende des Vorratstrichters montiert ist, in den die Charge mit bekanntem Gewicht eingefüllt wird. Unterschreitet der Materialfüllstand die Niveausonde, so wird die Periodenzeit ermittelt und eine neue Charge in den Vorratstrichter eingefüllt.

In der EP 1 175 293 wird die oben beschriebene Durchsatzerfassung einer Monokomponente auf ein Gemisch aus mehreren Komponenten übertragen, die mit einem Chargen-Gemisch-Dosierer verwogen werden. Der Niveausensor wird hierbei jedoch nicht mehr am unteren Ende eines Vorratstrichters positioniert, sondern am oberen Ende. Die Ungenauigkeit der Zeitmessung über Störungen des Materialniveaus wird durch die Signalfilterung korrigiert.

Problem

Allen bisherigen Verfahren ist gemeinsam, dass die Vorratstrichter sich nach oben hin öffnen. Wird der Sensor am Auslauf des Trichters montiert, so ist die Schüttgrenze durch den engen Querschnitt zwar gut zu erfassen. Nachteilig ist jedoch die Tatsache, dass keine Materialvorlage mehr zu Verfügung steht, um auf Störungen bei Ausfließen reagieren zu können.

Wird der Sensor am oberen Ende des Vorratstrichters montiert, so ist zwar genügend Materialvorlage vorhanden, aber die Schüttung, die sich auf einer großen Querschnittsfläche einstellt, läßt sich bezogen auf die Schüttgrenze nur ungenau erfassen.

Erfindung und vorteilhafte Wirkungen

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie mittels eines Verfahrens nach Patentanspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beschreibt die verfahrensmäßige Trennung von Gewichtserfassung und Durchsatzmessung über einen geschlossenen Messtrichter, der zwischen einer Monowaage oder Chargendosierer und Extruder bzw. und einem kontinuierlichem Dosierer eingebaut ist. Der Durchsatz errechnet sich ebenfalls über das Gewicht einer Charge und die Messung der Periodenzeit, die mittels einer Niveausonde bestimmt werden kann.

Die Form des Messtrichters und die Positionierung der Niveausonde sind so ausgelegt, dass sowohl ein gewünschtes Volumen vor dem Extruder bevorratet, als auch eine Periodenmessung mit geringen Störeinflüssen gemessen werden kann.

Der Messtrichter hat ein definiertes Volumen, das größer oder gleich dem Volumen der Charge ist. Damit ist sichergestellt, dass sowohl eine gewünschte Mindestvorlage an Material vor dem Einzug des Extruders vorrätig ist, als dass auch eine Materialsäule auf dem Einzug steht, die ein gutes Einzugsverhalten sicherstellt. Um das Vorrats-Volumen sicherzustellen, wird die Niveausonde an das obere Ende des Messtrichters gesetzt.

Bei der Niveaumessung am oberen Rand eines offenen Trichters zeigen sich deutliche Variationen in der Periodenzeit, die auf veränderliche Schüttbedingungen zurückzuführen sind. Die Schüttung kann sich am unbehinderten Schüttkegel nach stochastischen Regeln bewegen damit das Material die Niveausonde früher oder später bedecken und wieder freigeben kann.

Die Erfindung löst dieses Problem einerseits durch die Einengung des Fließquerschnitts in der Messkammer als auch durch die Verhinderung einer freien Schüttung durch die obere Trichterhälfte.

Der am Messtrichter gemessene Durchsatz wird für die Extruder- oder Dosierregelung als Messwert eingelesen und mit dem Sollwert verglichen. Ein Regler wertet die Differenz aus und korrigiert den Stellwert des Antriebs des nachfolgenden Extruders oder Dosierers.

Die Form des Messtrichters ist ein Doppelkegel oder eine Doppelpyramide mit oder ohne Zwischenstück in Form eines Zylinders oder Quaders. Die obere Trichterhälfte des Messtrichters verjüngt sich nach oben hin auf einen kleinen Querschnitt mit einer Steigung, die so bemessen ist, das beim Befüllen der Trichters und Ausfließen im voll gefüllten Zustand kein freies mit Luft gefülltes Volumen auftritt. Die Steigung ist so steil gewählt, dass unter allen Fließbedingungen die freie Schüttung an der äußeren Kontur behindert ist.

Die Messgröße Durchsatz wird zwar gravimetrisch berechnet, ist aber über die Materialdurchlaufzeit und die Niveaumessung von volumetrischen Materialeigenschaften abhängig. Die Periodenzeit ändert sich durch die Menge des eingefüllten Materials, dessen Schüttdichte und die Rate der Entleerung. Die Schüttdichte kann in der Varianz reduziert werden, wenn am Messtrichter eine Schwingvorrichtung angebracht wird, die das eingefüllte Material verdichtet. Die Positionierung der Schwingvorrichtung und die Richtung und die Amplitude der Schwingung sollen fest oder frei wählbar sein.

Die Schüttdichte prägt auch das Einzugsverhalten von Extruder oder Dosierer. Wenn sich unter stationären Bedingungen die Schüttdichte ändert, kann der Antrieb von Extruder oder Dosierer prädikativ verstellt werden, um die Durchsatzregelung zu unterstützen. Es kann eine Störgrößenaufschaltung auf den Stellantrieb von Extruder oder Dosierer integriert werden, die den Schüttdichte- Änderungen entgegenwirkt.

Das Verfahren der Durchsatz-Messung und -Regelung, dass bislang für einen einzelnen Extruder/Dosierer beschrieben wurde, kann auch in eine Linienregelung mit Metergewicht oder in eine Co-Extrusions-Regelung integriert werden.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Messung und Regelung des Durchsatzes am Einzug eines Extruders und
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Behälters.
Der mechanische Aufbau lässt sich wie folgt an 1 erläutern. Aus dem Chargendosierer 1 wird zyklisch bei Anforderung Material über einen Schlauch- oder Rohranschluß 2 in den Messtrichter 3 abgelassen, das nachfolgend in den Extruder 4 fließt.
Die Bestandteile des Messtrichters 3 und ihre Funktion sind gemäß 2 wie folgt zu beschreiben: Die verengte Messkammer 5 in der die Niveausonde 9 den Füllstand misst, die obere Trichterhälfte 6 mit steilen Wänden, die das eingefüllte Material zusammenhält, ein Übergangsstück 7 als Verbindungsstück zwischen unterer und oberer Trichterhälfte 8 und die untere Trichterhälfte 8, die die Form und Aufgabe eines Vorratstrichters hat. Ein Vibrator 10 kann am Übergangsstück 7 oder alternativ an der oberen Trichterhälfte 6 oder unteren Trichterhälfte 8 befestigt werden.
Die einzelnen Abschnitte des Messtrichters sind nach Bedarf über feste Verbindungen oder Spannringe zusammenzufügen.

1: Chargendosierer
2: Anschluß
3: Messtrichter
4: kontinuierliche Dosiereinheit
5: Extruder
6: Messkammer
7: Tichterhälfte
8: Zwischenstück
9: Trichterhälfte
10: Niveausonde
11: Schwingvorrichtung

Claims

Vorrichtung zur Messung und Regelung des Durchsatzes einer kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit oder eines Extruders (4) dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Einzug des Extruders oder der kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit (4) ein zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung geschlossener Behälter (3) vorgesehen ist, der von einem Chargendosierer zyklisch mit Chargen bekannten Gewichts befüllt wird, welche erst dann aufbereitet oder abgeworfen werden, wenn eine im Zulauf des Behälters (3) angeordnete Niveausonde (9) registriert, dass eine Charge verbraucht ist, wobei der Durchsatz als Quotient aus dem Gewicht und der Periodenzeit zwischen Anforderungs- und Verbrauchsmeldung bzw. neuer Anforderungen ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als Messtrichter (3) ausgebildet und in Form eines Zylinders, Doppelkegels, Quaders, Doppelpyramide oder einer Kombination aus den geometrischen Formen, Zylinder, Kegel, Quader oder Pyramide gestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen eines Durchsatz-Sollwertes eine Drehzahl des Extruders oder die Austragungs-Geschwindigkeit der Dosiereinheit (4) über einen Regler veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verdichten einer Schüttung im Behälter (3) eine am Behälter (3) vorgesehene Schwingvorrichtung (10) oder ein Vibrator (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Messung und Regelung des Durchsatzes am Einzug einer kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit oder eines Extruders (4), dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Einzug des Extruders (4) oder der kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit (4) ein zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung geschlossener Behälter (3) vorgesehen ist, der von einem Chargendosierer (1) zyklisch mit Chargen bekannten Gewichts befüllt wird, welche erst aufbereitet oder abgeworfen werden, wenn eine im Zulauf des Behälters (3) angeordnete Niveausonde (9) registriert, dass eine Charge verbraucht ist, wobei der Durchsatz als Quotient aus dem Gewicht und der Periodenzeit zwischen Anforderungs- und Verbrauchsmeldung bzw. neue Anforderung errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Extruders oder die Austragungs-Geschwindigkeit der Dosiereinheit (4) mittels eines Reglers so verändert wird, dass ein Durchsatz-Sollwert erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schüttung im Behälter (3) mittels eines Vibrators (10) oder mittels einer am Behälter (3) angeordneten Schwingvorrichtung (10) verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem stationären Betrieb der Vorrichtung aus einer Änderung der gemessenen Periodenzeit und dem Chargengewicht eine Änderung der Schüttdichte berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schüttdichten-Änderung in eine Störgrößen-Aufschaltung bei der Durchsatzregelung einbezogen wird.