DE102005049914B4

DE102005049914B4 - Durchsatz-Messung und -Regelung unter Einbeziehung eines Chargendosierers

Info

Publication number: DE102005049914B4
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: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: DE102005049914A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung und Regelung des Durchsatzes einer kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit, wobei auf dem Einzug der kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit (4) ein zwischen seiner Einlass- und Auslassöffnung geschlossener Messtrichter (3) vorgesehen ist, der über seine Einlassöffnung von oben von einem Chargendosierer zyklisch mit Chargen bekannten Gewichts befüllbar ist und in dessen Zulauf eine Niveausonde (9) angeordnet ist und der in Form eines Zylinders, Doppelkegels, Quaders, Doppelpyramide oder einer Kombination aus den geometrischen Formen, Zylinder, Kegel, Quader oder Pyramide gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die obere Trichterhälfte des Messtrichters (3) nach oben hin verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung und Regelung des Durchsatzes einer kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus verschiedenen Veröffentlichungen wie „Automatisierung in der Kunststoffverarbeitung”, G. Menges, H. Recker, Hanser-Verlag, 1986, aber auch aus der DE 35 42 560 C1 , DE 33 11 345 A1 oder DE 33 04 865 A1 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 A1 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.
Die DE 33 11 345 A1 beschreibt eine Regeleinrichtung für einen Extruder, bei welcher einem Trichter ein Niveauschalter zugeordnet ist, der an einen Rechner ein Rückmeldesignal gibt. Sobald das von einer Waage in den Trichter aufgegebene Rohmaterial auf ein vorgegebenes Niveau abgesunken ist, gibt die von dem Rechner gesteuerte Waage eine neue Charge in den Trichter.
Aus der DE 1 964 386 A ist ein Verfahren zur Konstanthaltung der Wandstärke von mittels des Extrusionsverfahrens hergestellten Kunststoffmänteln für elektrische Kabel oder Rohre bekannt. Hierbei wird das Granulat des Kunststoffes vor dem Eintritt in den Extruder in einen mit einer elektrische Impulse abgebenden Niveauschranke versehenen Messzylinder geführt. Der zeitliche Abstand der Impulse wird mit einer von der Abzugsgeschwindigkeit und vom Gewicht des Mantels pro Längeneinheit abhängigen Sollwertzeit verglichen und zur Regelung der Granulatzuführung an den Messzylinder verwendet. Des Weiteren ist dort eine Vorrichtung mit einem Messzylinder beschrieben, an dessen oberen Endabschnitt sich eine Niveauschranke befindet. Diese gibt beim Unterschreiten des Granulatspiegels unter die Niveauschranke einen Impuls ab und betätigt dadurch eine Waage, welche die in ihrer Schale enthaltene Granulatmenge in den Messzylinder abführt.
Die DE 2 247 518 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen mehrerer Mischgutkomponenten mit einem Mischtrichter, in welchem ein sich nach unten erweiternder Verteilerkegel angeordnet ist. Über den Verteilerkegel wird die zentrisch zugeführte Mischguthauptkomponente gleichmäßig auf die Innenwand des Mischtrichters verteilt. Der Mischtrichter weist einen Niveaustandsanzeiger auf, welcher ein Überfüllen des Mischtrichters verhindern soll.
In der DE 35 42 560 C1 ist eine Trichterwaage für Massedurchsatz- und Metergewichtsregelungen beim Extrudieren von Kunststoffmaterialien beschrieben, mit einem sich in Richtung der Einlassöffnung verbreiternden Trichter. Ein Niveauschalter befindet sich am Auslaufschacht der Extrusionsmaschine.
Schließlich beschreibt die DE 198 20 709 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur messtechnischen Ermittlung des Materialdurchsatzes einer Dosiereinheit, mit einem Wägebehälter, der in seiner oberen Hälfte ein zylindrisches und in seiner unteren Hälfte ein sich nach unten hin verjüngendes Profil aufweist.
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.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nach einer Verbesserung der Messgenauigkeit wird mittels einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beschreibt die 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.
Die Durchsatz-Messung und -Regelung, die bislang für einen einzelnen Extruder beziehungsweise Dosierer beschrieben wurde, kann auch in eine Linienregelung mit Metergewicht oder in eine Co-Extrusions-Regelung integriert werden.
Ausführungsbeispiel
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen.
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, wobei auf dem Einzug der kontinuierlich arbeitenden Dosiereinheit (4) ein zwischen seiner Einlass- und Auslassöffnung geschlossener Messtrichter (3) vorgesehen ist, der über seine Einlassöffnung von oben von einem Chargendosierer zyklisch mit Chargen bekannten Gewichts befüllbar ist und in dessen Zulauf eine Niveausonde (9) angeordnet ist und der in Form eines Zylinders, Doppelkegels, Quaders, Doppelpyramide oder einer Kombination aus den geometrischen Formen, Zylinder, Kegel, Quader oder Pyramide gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die obere Trichterhälfte des Messtrichters (3) nach oben hin verjüngt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 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 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verdichten einer Schüttung im Messtrichter (3) eine am Messtrichter (3) vorgesehene Schwingvorrichtung (10) oder ein Vibrator (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (4) als Extruder ausgebildet ist.