DE102021114534A1

DE102021114534A1 - Dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE102021114534A1
Application number: DE102021114534.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Wucher; Bernd Allenberg
Original assignee: Schenck Process Europe GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN117425811A; WO2022258628A1; EP4352467A1; US20240102846A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung (1) zum Austrag von Schüttgut (2) an einer Abwurföffnung (3), mit einem Vorratsbehälter (4) zur Bevorratung des Schüttguts (2), und einer Fördereinrichtung (5) zum Fördern des Schüttguts (2) von dem Vorratsbehälter (4) zu der Abwurföffnung (3), wobei der Vorratsbehälter (4) eine Austragsöffnung (6), durch die das Schüttgut (2) mittels der Fördereinrichtung (5) aus dem Vorratsbehälter (4) förderbar ist, und einen Schieber (7), dessen Position einen Austragsquerschnitt der Austragsöffnung (6) bestimmt, aufweist, wobei die Dosiervorrichtung (1) einen motorisch betätigbaren Stellantrieb zur Verstellung des Austragsquerschnitts aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Austrag von Schüttgut an einer Abwurföffnung. Die Dosiervorrichtung kann beispielsweise als eine Dosierbandwaage, ein Vibrationsdosierer oder als ein Schwingförderer ausgebildet sein. Die Dosiervorrichtung weist einen Vorratsbehälter zur Bevorratung des Schüttguts und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Schüttguts von dem Vorratsbehälter zu der Abwurföffnung auf. Die Fördereinrichtung kann beispielsweise als ein Fördermittel, wie ein Förderband, eine Förderrinne, ein Schwingförderer oder ein Plattenband, ausgebildet sein. Der Vorratsbehälter weist eine Austragsöffnung, durch die das Schüttgut mittels der Fördereinrichtung aus dem Vorratsbehälter förderbar ist, sowie einen Schieber auf, dessen Position einen Querschnitt der Austragsöffnung bestimmt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Dosiervorrichtungen bekannt, bei denen die Höhe eines Materialbelags, d.h. einer Aufschütthöhe (/Belagstärke) des zu fördernden Schüttguts auf der Fördereinrichtung, neben der Fördergeschwindigkeit einen wesentlichen Parameter für die Förderstärke der Dosiervorrichtung bildet. Generell ist es möglich, die Förderstärke zu steigern, indem die Fördergeschwindigkeit, d.h. je nach Fördereinrichtung die Bandgeschwindigkeit, Amplitudenweite oder Schwingfrequenz, erhöht wird und/oder indem die Aufschütthöhe erhöht wird. Dabei kann eine zu hohe Aufschütthöhe bei einer geringen Fördergeschwindigkeit dazu führen, dass das Schüttgut an- oder aufgeböscht ausgetragen wird, was zu vermeiden ist. Auch kann eine zu geringe Aufschütthöhe, insbesondere aufgrund einer ungünstigen Wägesignalausnutzung bzw. eines ungünstigen Verhältnisses zwischen der Fördereinrichtung und dem Schüttgut, zu einer ungenauen Messung der Schüttgutmasse führen, was wiederum Nachteile hinsichtlich der Steuerbarkeit der Dosiervorrichtung mit sich bringt.
Die Aufschütthöhe kann über den sogenannten Schieber eingestellt werden. Der Schieber ist so ausgebildet, dass seine Position den Querschnitt der Austragsöffnung des Vorratsbehälters, der im Folgenden auch als Öffnungsquerschnitt, Austragsquerschnitt, Aufgabequerschnitt oder Austragsöffnungsquerschnitt bezeichnet wird, bestimmt. Das heißt, dass die Position des Schiebers festlegt, wie viel Schüttgut aus dem Vorratsbehälter auf die Fördereinrichtung fließen/strömen/gelangen und von der Fördereinrichtung (zu der Abwurföffnung) abtransportiert werden kann. Somit kann durch die Verstellung des Schiebers die Aufschütthöhe eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die Aufschütthöhe direkt abhängig von der Position des Schiebers bzw. dem dadurch erzeugten Austragsquerschnitt.
Bei den bekannten Dosiervorrichtungen wird ein manuell einstellbarer Schieber verwendet, über dessen Verstellung der Austragsquerschnitt und damit mittelbar die Aufschütthöhe bei ausgeschalteter Dosiervorrichtung verändert werden kann. Eine solche manuelle Einstellung oder Verstellung des Austragsquerschnitts erfolgt z.B. zum Produktionsbeginn, zum Produktionsende, bei großen Förderstärkenwechseln und evtl. bei einem Schüttgutwechsel. Da die Dosiervorrichtung für jede Verstellung des Schiebers angehalten werden muss, kann sich dies nachteilig auf die Produktionseffizienz auswirken. Somit wird der Austragsquerschnitt und damit die Aufschütthöhe im laufenden Betrieb konstant gehalten, so dass eine Einstellung der Förderstärke nur über die Fördergeschwindigkeit erfolgen kann.
Mit solchen Dosiervorrichtung ist es jedoch nicht möglich, einen optimalen Dosierbetrieb zu erzielen, bei dem die Messgenauigkeit möglichst hoch ist, das Abwurfverhalten möglichst gleichmäßig und reproduzierbar ist, ein erforderlicher Förderstärkenbereich realisiert werden kann und bei dem ein unkontrolliertes Ausfließen des Schüttguts im Stillstand oder beim Befüllen des Vorratsbehälters vermieden wird.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Dosiervorrichtung bereitgestellt werden, mit der der Dosierbetrieb optimiert werden kann und bei der insbesondere im laufenden Betrieb flexibel auf Änderungen, etwa auf einen Förderstärkenwechsel, reagiert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Insbesondere weist die Dosiervorrichtung einen motorisch betätigbaren Stellantrieb zur Verstellung der Position des Schiebers und somit zur Verstellung des Austragsquerschnitts auf. Das heißt, dass die Schieberposition und der Austragsquerschnitt im laufenden Betrieb mechanisch verändert werden können. Somit können die Schieberposition und der Austragsquerschnitt automatisch eingestellt und gesteuert werden. Das heißt wiederum, dass durch die mechanische Verstellung des Austragsquerschnitts die Aufschütthöhe im laufenden Betrieb verändert und somit gesteuert werden kann.
Demnach ergibt sich durch den motorisch betätigbaren Schieber die Möglichkeit, die Position des Schiebers im laufenden Betrieb, d.h. ohne Unterbrechung der Fördereinrichtung, zu ändern. Somit kann auf geänderte Anforderungen, wie eine höhere Förderstärke oder eine höhere Fördergeschwindigkeit flexibel reagiert werden. Dadurch, dass sich der Schieber nun also „automatisch“, d.h. gesteuert bewegen lässt, ergeben sich neue Möglichkeit, um den Betrieb der Dosiervorrichtung zu optimieren, da zusätzlich zu der Fördergeschwindigkeit der Austragsquerschnitt als Stellgröße verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann durch das Vorsehen des motorisch betätigbaren Stellantriebs für den Schieber der Austragsquerschnitt im Betrieb geändert und somit als Steuerparameter verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass sich eine Vielzahl an neuen Möglichkeiten zur optimierten Steuerung der Dosiervorrichtung im Betrieb ergeben.
Zudem kann die Dosiervorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern der Dosiervorrichtung aufweisen. Dabei wird der Begriff Steuereinrichtung der Einfachheit halber als Oberbegriff für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung verwendet. Die Steuereinrichtung dient demnach je nach Aufbau zum Steuern und/oder zum Regeln der Dosiervorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass die Steuerung der Austragsöffnung, insbesondere eine Einflussnahme auf die Aufschütthöhe bzw. den Aufgabequerschnitt der direktabziehenden Dosiervorrichtung, in Abhängigkeit einer Soll-Förderstärke, einer Ist-Förderstärke, einer (oder mehrerer) Stellgröße(n) der Dosiervorrichtung, eines Einschaltsignals, eines Ist-Aufgabequerschnitts/Austragsquerschnitts, eines Ist-Materialbelags/Aufschütthöhe und/oder eines Behälterfüllstands erfolgt. Anhand der genannten Prozessparameter lässt sich die Aufschütthöhe/der Materialbelag im laufenden Betrieb durch mechanische Veränderung des Austragsquerschnitts einstellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass sie den Austragsquerschnitt in Abhängigkeit einer Förderstärke der Dosiervorrichtung, einer Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung, einer Aufschütthöhe des Schüttguts auf der Fördereinrichtung, eines Vorratsbehälterfüllstands und/oder eines Ein/Aus-Signals der Dosiervorrichtung steuert. Das heißt, dass die Steuereinrichtung den Stellantrieb, also eine Position des Schiebers und dadurch auch den Austragsquerschnitt, ansteuert, um eine (Soll-)Aufschütthöhe auf der Fördereinrichtung einzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung eine Positionserfassung zur Erfassung einer Ist-Position des Stellantriebs aufweisen. Die Positionserfassung kann beispielsweise als Positionssensor ausgebildet sein. Somit kann über den Positionssensor die Ist-Position des Stellantriebs und über diese wiederum eine Ist-Position des Schiebers bzw. eines Ist-Austragsquerschnitts erfasst werden. In Abhängigkeit von Eingangsparametern kann die Steuereinrichtung anhand eines Algorithmus eine Soll-Position des Stellantriebs berechnen. Bei Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position kann die Steuereinrichtung ein Signal an den Stellantrieb senden, um dessen Position so zu verstellen, dass die Ist-Position der Soll-Position entspricht. Dadurch kann der Ist-Austragsquerschnitt auf einen Soll-Austragsquerschnitt mechanisch verstellt werden.
Diese Einstellung des Austragsquerschnitts dient insbesondere dazu, eine bestimmte (Soll-)Aufschütthöhe zu erreichen, die wiederum insbesondere dazu dient, eine bestimmte (Soll-)Förderstärke bzw. ein gleichmäßiges Abwurfverhalten und eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen.
Die Soll-Position des Stellantriebs bzw. des Austragsquerschnitts wird dabei anhand der Förderstärke, insbesondere der Ist-Förderstärke sowie der Soll-Förderstärke bzw. einer Abweichung zwischen der Ist-Förderstärke und der Soll-Förderstärke eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird der Austragsquerschnitt anhand der Fördergeschwindigkeit eingestellt, so dass sich eine gewünschte Soll-Fördergeschwindigkeit ergibt. Alternativ oder zusätzlich wird der Austragsquerschnitt anhand der Aufschütthöhe, insbesondere der Ist-Aufschütthöhe, eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird der Austragsquerschnitt anhand des Vorratsbehälterfüllstands,insbesondere des Ist-Vorratsbehälterfüllstands, eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird der Austragsquerschnitt anhand des Ein/Aus-Signals eingestellt. Bei der Einstellung des Austragsquerschnitts, also des Soll-Austragsquerschnitts, kann optional der Ist-Austragsquerschnitt berücksichtigt werden, um eine Stellgröße bilden zu können. Durch die genannten Parameter kann die Dosiervorrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen optimal gesteuert werden, da sie die entscheidenden Einflussgrößen für den Betrieb der Dosiervorrichtung abbilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung einen Förderstärken-Regelkreis mit einem ersten Regler aufweisen. Der erste Regler regelt die Förderstärke unter Verwendung der Fördergeschwindigkeit als Stellgröße. Das heißt, dass der erste Regler die Ist-Förderstärke unter der Verwendung der Fördergeschwindigkeit als Stellgröße auf die Soll-Fördergeschwindigkeit regelt. Dabei vergleicht der erste Regler die Ist-Förderstärke mit der Soll-Förderstärke und ermittelt daraus einen Sollwert für die Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung, um die Ist-Förderstärke auf die Soll-Förderstärke zu steuern. Der erste Regler kann vorzugsweise als ein PID-Regler ausgebildet sein. Alternativ ist auch der Einsatz eines anderen Reglertyps möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass sie den Austragsquerschnitt anhand der (Soll-)Förderstärke steuert. Insbesondere kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass sie den Austragsquerschnitt anhand einer Förderstärke-Austragsquerschnitt-Kennlinie steuert. Beispielsweise kann die Kennlinie durch eine analytische Gleichung beschrieben oder durch Stützpunkte festgelegt sein. Vorzugsweise kann die Kennlinie monoton steigend zwischen einem Mindestquerschnitt und einem Maximalquerschnitt verlaufen. Das heißt, dass der Austragsquerschnitt gesteuert werden kann, indem er in Abhängigkeit der (Soll-)Förderstärke bzw. der gemäß der Kennlinie fest vorgegebenen Beziehung zwischen einer bestimmten Soll-Förderstärke und dem einzustellenden Austragsquerschnitt festgelegt wird. Die Kennlinie kann beispielsweise bei einer Inbetriebnahme der Dosiervorrichtung als eine günstige ermittelte Funktion abhängig von der Soll-Förderstärke ermittelt werden und der Austragsquerschnitt im kontinuierlichen Betrieb anhand dieser Kennlinie gesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei kleiner Förderstärke eine kleine Schieberöffnung/ein kleiner Austragsquerschnitt automatisch eingestellt wird, um das Abwurfverhalten gleichmäßig und somit die Dosierkonstanz hoch zu halten. Bei hoher Förderstärke wiederum wird automatisch eine große Schieberöffnung/ein großer Austragsquerschnitt eingestellt, um die hohe Förderstärke realisieren zu können, da eine Maximal-Fördergeschwindigkeit in der Regel begrenzt ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann der Mindestquerschnitt in Abhängigkeit der Art des Schüttguts, insbesondere der Partikelgröße des Schüttguts, festgelegt sein. Dabei ist der Mindestquerschnitt vorzugsweise so gewählt, dass das Schüttgut aus dem Vorratsbehälter fließen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Mindestquerschnitt in Abhängigkeit eines vorbestimmten Nutzsignal-Fehler-Verhältnisses festgelegt sein. Dabei wird unter dem Nutzsignal ein Messwert der Ist-Beladung und unter dem Fehler wird ein Messfehler der verwendeten Messmethode für die Förderstärke verstanden. Einfach gesagt heißt das, dass bei einem zu geringen Austragsquerschnitt die Aufschütthöhe auf der Fördereinrichtung so gering ist, dass eine unvermeidbare Messungenauigkeit zu einer hohen relativen Messabweichung der Ist-Förderstärke führt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann der Maximalquerschnitt in Abhängigkeit der Art des Schüttguts, insbesondere der Partikelgröße des Schüttguts, und/oder in Abhängigkeit der Abmessungen der Fördereinrichtung festgelegt sein. Insbesondere kann der Maximalquerschnitt so gewählt sein, so dass das Schüttgut nicht ohne Aktivität der Fördereinrichtung aus dem Vorratsbehälter oder seitlich von der Fördereinrichtung fließen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung einen Filter aufweisen. Der Filter ist so ausgebildet, dass er die Signale für die Förderstärke, insbesondere die Soll-Förderstärke, als Eingangsgröße für die Steuerung des Auftragsquerschnitts glättet. Durch die Förderstärkenregelung über den ersten Regler wird die Fördergeschwindigkeit, insbesondere die Soll-Transportgeschwindigkeit, nach einer Änderung des Austragsquerschnitts derart festgelegt, dass die Ist-Förderstärke gleich der Soll-Förderstärke wird. Damit es bei Änderungen des Austragsquerschnitts nicht zu großen Dosierfehlern kommt, werden schnelle Änderungen in der Soll-Förderstärke durch den Filter geglättet. Vorzugsweise ist eine Zeitkonstante des ersten Reglers kürzer als eine Filterzeitkonstante des Filters. Durch die (deutlich) größer eingestellte Filterzeitkonstante als die sich ergebende Zeitkonstante des Führungsverhaltens des Förderstärken-Regelkreises können Regelschwankungen oder große Regelabweichungen vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuervorrichtung so ausgebildet sein, dass sie, wenn das Ein/Aus-Signal ein Ausschaltsignal ist, den Austragsquerschnitt in eine Ausposition des Schiebers steuert und die Fördereinrichtung nach Erreichen der Ausposition des Schiebers für eine vorbestimmte Zeitdauer betreibt und/oder bis eine vorbestimmte Ist-Aufschütthöhe unterschritten wird. Mit anderen Worten wird der Austragsquerschnitt über einen Schalter in die Ausposition gesteuert, wobei die Ausposition ein komplett oder größtenteils, vorzugsweise zu mehr als 80 %, geschlossener Austragsquerschnitt ist. Dadurch kann verhindert werden, dass Schüttgut aus dem Vorratsbehälter austritt, wenn die Fördereinrichtung nicht läuft. Insbesondere bei gut fließendem oder frei fließendem Schüttgut und stehender Fördereinrichtung oder beim erstmaligen Befüllen des Vorratsbehälters, ist es erforderlich, den Schieber in die Ausposition zu stellen, um unkontrollierten Abwurf zu verhindern. Zudem ist es bevorzugt, die Fördereinrichtung noch einige Zeit nach dem Anfahren der Ausposition weiter zu betreiben, um die Aufschütthöhe unter eine vorbestimmte Ist-Aufschütthöhe zu senken, insbesondere auf einen Wert von Null zu senken. Insbesondere bei heißen Schüttgütern ist ein solches Leerfahren der Fördereinrichtung notwendig. Somit kann erreicht werden, dass sich die Aufschüttung beim Stoppen von großen Förderstärken, also bei hoher Aufschüttung, und Wiederstart mit kleinen Förderstärken, also bei geringer Aufschüttung nicht störend auf den Anfahrbetrieb/Regelverhalten auswirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung einen Fördergeschwindigkeit-Regelkreis mit einem zweiten Regler aufweisen. Der zweite Regler regelt die Fördergeschwindigkeit unter Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße. Das heißt, dass der zweite Regler eine Stell-Fördergeschwindigkeit unter der Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße auf eine Soll-Fördergeschwindigkeit regelt. Dabei vergleicht der zweite Regler die Stell-Fördergeschwindigkeit mit der Soll-Fördergeschwindigkeit und ermittelt daraus einen Stellwert für den Austragsquerschnitt, um bei vorgegebener Soll-Förderstärke die Stell-Fördergeschwindigkeit auf die Soll-Fördergeschwindigkeit zu steuern. Mit anderen Worten gibt der erste Regler anhand der Soll-Förderstärke vor, wie groß die Fördergeschwindigkeit sein muss, um bei dem eingestellten Austragsquerschnitt diese Soll-Förderstärke zu erreichen. Liegt die durch den ersten Regler bestimmte Stell-Fördergeschwindigkeit wiederum über der vorgegebenen Soll-Fördergeschwindigkeit, erhöht der zweite Regler den Austragsquerschnitt, wodurch die durch den ersten Regler bestimmte Stell-Fördergeschwindigkeit auf die vorgegebene Soll-Fördergeschwindigkeit geregelt werden kann. Der zweite Regler kann vorzugsweise als ein PID-Regler oder als ein Zweipunktregler ausgebildet sein. Alternativ ist auch der Einsatz eines anderen Reglertyps möglich.
Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform können der erste Regelkreis und der zweite Regelkreis kaskadiert sein. Durch die Kaskadierung wird die Steuereinrichtung in mehrere Teilstrecken unterteilt und die Regelgenauigkeit erhöht. Vorzugsweise kann die Zeitkonstante des Reglers ersten Regelkreises kürzer als eine Zeitkonstante eines Reglers des zweiten Regelkreises sein. Dadurch werden Regelschwingungen vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die Förderstärke-Austragsquerschnitt-Kennlinie zu ermitteln, indem die Förderstärke über ihren (gesamten) Betriebsbereich verändert wird und die Stellgröße des Fördergeschwindigkeit-Regelkreises, d.h. der Austragsquerschnitt, in Abhängigkeit der Förderstärke aufgenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Ermittlung der Kennlinie automatisiert werden kann, so dass sie nicht mehr manuell bei der Inbetriebnahme ermittelt werden muss. Dazu kann die Soll-Förderstärke über ihren, im normalen Dosierbetrieb zu erwartendem Bereich, verändert werden und der sich jeweils ergebende Austragsquerschnitt ermittelt und in der Kennlinie gespeichert werden. So kann eine kaskadierte Regelung vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung eine Vorsteuerung, die den Stellantrieb anhand der Förderstärke-Austragsquerschnitt-Kennlinie steuert, und den Fördergeschwindigkeit-Regelkreis zur Feineinstellung aufweisen. Durch eine Kombination der Vorsteuerung mit der Regelung der Fördergeschwindigkeit über die Stellgröße des Austragsquerschnitts kann die Stabilität der kaskadierten Regelkreise bei gleichbleibender Dosiergenauigkeit weiter erhöht werden, insbesondere indem der Austragsquerschnitt-Regelkreis langsamer wirkend eingestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein Linearisierungsglied aufweisen. Das Linearisierungsglied bildet einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Austragsquerschnitt und der Aufschütthöhe über eine Austragsquerschnitt-Aufschütthöhe-Kennlinie ab. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Austragsquerschnitt und der (Ist-) Aufschütthöhe eine Kompensation über eine Linearisierung im Stellgrößenzweig erfolgen kann, so dass ein stabilerer Betrieb des Fördergeschwindigkeit-Regelkreises sichergestellt wird. Beispielsweise kann die schüttgutabhängige Nichtlinearität bei der Inbetriebnahme ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, um die Austragsquerschnitt-Aufschütthöhe-Kennlinie zu ermitteln, indem der Austragsquerschnitt über seinen (gesamten) Betriebsbereich automatisch verändert wird und die Aufschütthöhe in Abhängigkeit des Austragsquerschnitts aufgenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Ermittlung der Kennlinie bei der Inbetriebnahme der Dosiereinrichtung anstelle einer manuellen Ermittlung automatisiert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein Schwingung-Analyseglied und ein Schwingung-Steuerglied zum Vermeiden von Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit und/oder einer Ist-Fördergeschwindigkeit aufweisen. Das Schwingung-Analyseglied ist ausgelegt, um Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit und/oder der Ist-Fördergeschwindigkeit zu erkennen. Das Schwingung-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Erkennen der Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit und/oder der Ist-Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt, um einen vorbestimmten oder zufälligen Betrag zu verändern. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte eine Zeitkonstante des ersten Reglers kürzer als die Zeitkonstante des Schwingung-Analyseglieds und/oder des Schwingung-Steuerglieds sein. Dadurch kann eine Verstärkung der Schwingungen vermieden werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, um bei Erkennen von Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit und/oder der Ist-Fördergeschwindigkeit ein Informationssignal an einen Benutzer zu übermitteln. Somit kann vermieden werden, dass die Fördereinrichtung bei Unstetigkeiten zwischen der Stell-Fördergeschwindigkeit und der Ist-Fördergeschwindigkeit permanent zwischen zwei Zuständen pendelt, da die Pendelvorgänge erkannt werden und der Austragsquerschnitt um einen zufälligen Betrag verändert wird, wodurch sich wiederum eine andere mittlere Geschwindigkeit ergibt, die von der Unstetigkeitsstelle entfernt ist. Das Erkennen solcher Pendelvorgänge ist wichtig, da sie ansonsten zu Fehlern in der Förderstärke führen, sowie ein Anzeichen für Verschleiß oder andere nicht stabile Betriebszustände sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein Austragsquerschnitt-Analyseglied sowie ein Austragsquerschnitt-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen dem Mindestquerschnitt und dem Maximalquerschnitt aufweisen. Das Austragsquerschnitt-Analyseglied ist ausgelegt, um einen sich auf den Mindestquerschnitt und/oder den Maximalquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitt zu erkennen. Das Austragsquerschnitt-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Erkennen des sich auf den Mindestquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitts die Fördergeschwindigkeit zu reduzieren und bei Erkennen des sich auf den Maximalquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitts die Fördergeschwindigkeit zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte eine Zeitkonstante des ersten Reglers kürzer als die Zeitkonstante des Austragsquerschnitt-Analyseglieds und/oder des Austragsquerschnitt-Steuerglieds sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein Fördergeschwindigkeit-Analyseglied und ein Fördergeschwindigkeit-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen einer Minimalfördergeschwindigkeit und einer Maximalfördergeschwindigkeit aufweisen. Das Fördergeschwindigkeit-Analyseglied ist ausgelegt, um eine sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit und/oder Maximalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit zu erkennen. Das Fördergeschwindigkeit-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Erkennen der sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt zu reduzieren und bei Erkennen der sich auf die Maximalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte eine Zeitkonstante des ersten Reglers kürzer als die Zeitkonstante des Fördergeschwindigkeit-Analyseglieds und/oder des Fördergeschwindigkeit-Steuerglieds sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung einen Aufschütthöhe-Regelkreis mit einem dritten Regler aufweisen. Der dritte Regler regelt die Aufschütthöhe unter Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße. Das heißt, dass der dritte Regler die Ist-Aufschütthöhe unter der Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße auf eine Soll-Aufschütthöhe regelt. Dabei vergleicht der dritte Regler die Ist-Aufschütthöhe mit der Soll-Aufschütthöhe und ermittelt daraus einen Sollwert für den Austragsquerschnitt, um die Ist-Aufschütthöhe auf die Soll-Aufschütthöhe zu steuern. Der dritte Regler kann vorzugsweise als ein PID-Regler ausgebildet sein. Alternativ ist auch der Einsatz eines anderen Reglertyps möglich. Mit anderen Worten kann die Aufschütthöhe somit konstant gehalten werden, was insbesondere bei Austragsproblemen aus dem Vorratsbehälter notwendig ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die Aufschütthöhe und/oder die Förderstärke gravimetrisch -mittels eines oder mehrerer Wägesensoren-, durch einen optischen Sensor, einen mechanischen Sensor, einen elektromagnetischen Sensor, durch Ultraschall oder durch ein Radar zu ermitteln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung ein Materialbrücken-Analyseglied zum Vermeiden von Materialbrücken aufweisen. Das Materialbrücken-Analyseglied ist ausgelegt, um bei Überschreiten einer vorbestimmten Differenz zwischen einer Ist-Aufschütthöhe und einer Soll-Aufschütthöhe den Austragsquerschnitt, insbesondere kurzzeitig, um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, um bei Überschreiten einer vorbestimmten Differenz zwischen einer Ist-Aufschütthöhe und einer Soll-Aufschütthöhe ein Informationssignal an einen Benutzer zu übermitteln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Stellantrieb beispielsweise als ein Linearmotor oder als ein rotierender (Schritt-)Motor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Stellantrieb hydraulisch oder vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch betätigbar sein. Insbesondere kann der Austragsquerschnitt einen Querschnitt haben, der in einer Querrichtung, die quer zu der Förderrichtung der Fördereinrichtung ist, in der Mitte größer als außen ist. Zudem kann der Austragsquerschnitt einen Querschnitt haben, der kreisförmig, dreieckig oder elliptisch ist. Der Schieber kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Austragsquerschnitt kann durch den Schieber symmetrisch in der Querrichtung begrenzt sein oder ausgehend von der Mittelachse in der einen Querrichtung und der anderen Querrichtung unterschiedlich begrenzt sein. Insbesondere kann der Schieber für die Einstellung des Austragsquerschnitts A einen Winkel von 0° bis 90° zur Horizontalen haben.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Einrichtung in der Schüttguttechnik, um den Materialbelag/die Aufschütthöhe im laufenden Betrieb durch mechanische Veränderung des Austragsquerschnitts einzustellen, wobei die automatisierte Veränderung der Aufschütthöhe in Abhängigkeit von einer Soll-Förderstärke nach einer Abhängigkeit, die zuvor bei einer Anpassung an das Schüttgut ermittelt wurde, und/oder einer Schwingungsamplitude für den Betrieb bei einer für gute gravimetrische Dosiergenauigkeit günstiger Amplitude und/oder einem Befüllungsgrad des Austragsbehälters. Vorzugsweise kann die Einrichtung eine automatische Justagefunktion über den kompletten Förderstärkenbereich haben, um einen Zusammenhang zwischen der Förderstärke und der Schieberstellung zu ermitteln. Weiter kann die Einrichtung einen selbstregelnden Betrieb über eine Zustandserkennung der Förderstärke zu einer Schieberposition bei optimalen Schwingweite, d.h., dass eine minimale Aufschütthöhe/ein minimaler Rinnenbelag bei optimaler Schwingweite eingestellt wird. Ferner ist eine automatische Nutzbarkeit des kompletten Förderstärkenbereichs ohne manuelle Eingriffe möglich.
1 und 2 zeigen schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 1 zum Austrag von Schüttgut 2 an einer Abwurföffnung 3. Die Dosiervorrichtung 1 weist einen Vorratsbehälter 4 zur Bevorratung des Schüttguts 2 und eine Fördereinrichtung 5 zum Fördern des Schüttguts 2 von dem Vorratsbehälter 4 zu der Abwurföffnung 3 auf. Die Fördereinrichtung 5 kann beispielsweise als ein Fördermittel, wie ein Förderband, eine Förderrinne, ein Schwingförderer oder ein Plattenband, ausgebildet sein. Der Vorratsbehälter 4 weist eine Austragsöffnung 6 auf, durch die das Schüttgut 2 mittels der Fördereinrichtung 5 aus dem Vorratsbehälter 4 förderbar ist. Zudem weist der Vorratsbehälter 4 einen Schieber 7 auf, dessen Position einen Querschnitt der Austragsöffnung 6 bestimmt. Insbesondere kann der Austragsquerschnitt A einen Querschnitt haben, der in einer Querrichtung, die quer zu der Förderrichtung der Fördereinrichtung 5 ist, in der Mitte größer als außen ist. Zudem kann der Austragsquerschnitt A einen Querschnitt haben, der kreisförmig, dreieckig oder elliptisch ist. Der Schieber 7 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Austragsquerschnitt A kann durch den Schieber 7 symmetrisch in der Querrichtung begrenzt sein oder ausgehend von der Mittelachse in der einen Querrichtung und der anderen Querrichtung unterschiedlich begrenzt sein. Insbesondere kann der Schieber 7 für die Einstellung des Austragsquerschnitts A einen Winkel von 0° bis 90° zur Horizontalen haben.
In 1 ist der Schieber 7 in einer ersten Position dargestellt und in 2 ist der Schieber 7 in einer zweiten Position dargestellt. In der ersten Position des Schiebers 7 weist die Austragsöffnung 6 einen kleineren Austragsquerschnitt A als in der zweiten Position des Schiebers 7 auf. Je nach Position des Schiebers 7 kann eine unterschiedlich große Menge Schüttgut 2 auf die Fördereinrichtung 5 fließen/strömen.
Erfindungsgemäß weist die Dosiervorrichtung 1 einen (nicht explizit dargestellten) motorisch betätigbaren Stellantrieb zur Verstellung der Position des Schiebers 7, d.h. des Austragsquerschnitts A, auf. Der Stellantrieb kann beispielsweise als ein Linearmotor oder als ein rotierender (Schritt-)Motor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Stellantrieb (hydraulisch oder) vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch betätigbar sein. Vorzugsweise ist der Austragsquerschnitt A stufenlos oder schrittweise verstellbar. Durch das Vorsehen des Stellantriebs kann der Schieber 7 automatisch/automatisiert im laufenden Betrieb der Dosiervorrichtung 1 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Dosiervorrichtung 1 verstellt/bewegt werden.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Dosiervorrichtung 1 kann die Dosiervorrichtung 1 vorzugsweise eine Steuereinrichtung 8 aufweisen (vgl. 3, 5, 6 und 7). Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 so ausgebildet sein, dass sie den Stellantrieb (und damit die Position des Schiebers 7 bzw. die Größe/den Querschnitt der Austragsöffnung 6) in Abhängigkeit der Betriebsparameter der Dosiervorrichtung 1 (automatisch) steuert.
Einer der Betriebsparameter ist der Austragsquerschnitt A, der durch die Position des Schiebers 7 bestimmt ist. Der Austragsquerschnitt A kann durch eine lineare oder eine Drehbewegung eingestellt werden. Für ein reproduzierbares Verhalten ist es erforderlich, dass die Schieberstellung dem Sollwert folgt. Beispielsweise wird eine Ist-Position des Schiebers 7 verwendet, indem die Ist-Position einem Regler zugeführt wird, der eine geeignete Stellgröße für den Antrieb des Schiebers 7 erzeugt Beispielsweise können kontinuierliche Regler oder Schrittregler zum Einsatz kommen. Das vorzugsweise elektrische oder pneumatische Stellglied kann dabei ein rotierender Motor oder ein Linearantrieb sein.
Einer der Betriebsparameter ist eine Aufschütthöhe H. Die Aufschütthöhe H wird insbesondere durch den Austragsquerschnitt A bestimmt. Unter der Aufschütthöhe H wird insbesondere die Ist-Aufschütthöhe H(t) (vgl. 7) verstanden.
Einer der Betriebsparameter ist eine Fördergeschwindigkeit. Die Fördergeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Fördereinrichtung 5 bewegt. Bei der Fördergeschwindigkeit kann zwischen einer Stell-Fördergeschwindigkeit v(t), einer Soll-Fördergeschwindigkeit vo und einer Ist-Fördergeschwindigkeit unterschieden werden. In der Regel entspricht die Ist-Fördergeschwindigkeit der Stell-Fördergeschwindigkeit v(t).
Einer der Betriebsparameter ist Ein/Aus-Signal. Bei dem Ein/Aus-Signal wird zwischen einem Einschaltsignal und einem Ausschaltsignal unterschieden.
Vorzugsweise kann einer der Betriebsparameter eine Förderstärke der Dosiervorrichtung 1 sein. Die Förderstärke gibt an, wieviel Masse an Schüttgut pro Zeit an der Abwurföffnung 3 ausgetragen wird. Da die Förderstärke nur mittelbar über die Fördergeschwindigkeit v(t) und die Aufschütthöhe H einstellbar ist, und die Aufschütthöhe H wiederum nur mittelbar über den Austragsquerschnitt A einstellbar ist, wird bei der Förderstärke zwischen einer (tatsächlichen) Ist-Förderstärke P(t) und einer (vorgegebenen) Soll-Förderstärke Po unterschieden. Die Ist-Förderstärke P(t) kann beispielsweise ermittelt werden, indem eine Gewichtsabnahme der Dosiervorrichtung 1 pro Zeitintervall gemessen wird. Alternativ kann die Ist-Förderstärke P(t) ermittelt werden, indem eine Beladung der Fördereinrichtung 5, die von der Aufschütthöhe H und Abmessungen der Fördereinrichtung 5 abhängt, mit der Fördergeschwindigkeit v(t) multipliziert wird.
In 3 ist eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 8 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 einen Förderstärken-Regelkreis mit einem ersten Regler 9 aufweisen, wobei der erste Regler 9 die Förderstärke unter Verwendung der Fördergeschwindigkeit v(t) als Stellgröße regelt. Die Soll-Förderstärke Po ist vorgegeben und bildet eine Führungsgröße für den ersten Regler 9. Dazu wird eine Regeldifferenz zwischen der Soll-Förderstärke Po und der Ist-Förderstärke P(t) ermittelt. Die Regeldifferenz ist eine Eingangsgröße des ersten Reglers 9. Der erste Regler 9 erzeugt anhand der Regeldifferenz entsprechend seiner charakteristischen Übertragungsfunktion eine Stellgröße, hier in Form der Fördergeschwindigkeit v(t), als Ausgangssignal und wirkt damit auf die Dosiervorrichtung 1 ein. Der erste Regler 9 kann vorzugsweise als ein PID-Regler ausgebildet sein. Alternativ ist es auch der Einsatz eines anderen Reglertyps für den ersten Regler 9 möglich.
Zudem kann die Steuereinrichtung 8 ein Steuerglied 10 aufweisen, das so ausgebildet sein, dass das Steuerglied 10 den Austragsquerschnitt A (und somit die Position des Schiebers 7 und somit den Stellantrieb) in Abhängigkeit der Soll-Förderstärke Po steuert.
Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung 8 einen Filter 11 aufweisen, der so ausgebildet ist, dass der Filter 11 die Soll-Förderstärke Po als Eingangsgröße für die Steuerung des Austragsquerschnitt A glättet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Zeitkonstante des ersten Reglers 9 kürzer als eine Filterzeitkonstante des Filters 11 sein. Durch die deutlich größer eingestellte Filterzeitkonstante als die sich ergebende Zeitkonstante des Führungsverhaltens des ersten Reglers 9 können schnelle Änderungen der Soll-Förderstärke Po geglättet und große Dosierfehler vermieden werden.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 so ausgebildet sein, dass sie den Austragsquerschnitt A anhand einer Förderstärke-Austragsquerschnitt-Kennlinie 12 (vgl. 4) steuert. Das heißt, dass das Steuerglied 10 den Austragsquerschnitt A gemäß der Kennlinie 12 in Abhängigkeit der Soll-Förderstärke Po einstellt. Die Kennlinie 12 kann beispielsweise durch eine analytische Gleichung beschrieben oder durch Stützpunkte festgelegt sein. Die Kennlinie 12 kann beispielsweise bei einer Inbetriebnahme der Dosiervorrichtung 1 ermittelt werden.
In der dargestellten Ausführungsform verläuft die Kennlinie 12 monoton steigend zwischen einem Mindestquerschnitt Amin und einem Maximalquerschnitt Amax. Das heißt, dass der Austragsquerschnitt A bei kleiner Soll-Förderstärke Po klein ist, um ein konstantes Abwurfverhalten und somit eine hohe Dosierkonstanz zu erzielen, und bei großer Soll-Förderstärke Po groß ist, um die große Soll-Förderstärke Po realisieren zu können. Vorzugsweise kann der Mindestquerschnitt Amin in Abhängigkeit der Art, insbesondere der Partikelgröße, des Schüttguts 2 begrenzt sein, so dass das Schüttgut 2 aus dem Vorratsbehälter 4 fließen kann. Vorzugsweise kann der Mindestquerschnitt Amin in Abhängigkeit eines vorbestimmten Nutzsignal-Fehler-Verhältnisses begrenzt sein. Dabei wird unter dem Nutzsignal ein Messwert der Ist-Förderstärke P(t) bzw. der Beladung der Fördereinrichtung 5 und unter dem Fehler ein Messfehler der verwendeten Messmethode für das Nutzsignal verstanden. Vorzugsweise kann der Maximalquerschnitt Amax in Abhängigkeit der Art des Schüttguts, insbesondere der Partikelgröße, und/oder der Abmessungen der Fördereinrichtung 5 festgelegt sein. Insbesondere kann der Maximalquerschnitt Amax so begrenzt sein, so dass das Schüttgut 2 nicht ohne Aktivität der Fördereinrichtung 5 aus dem Vorratsbehälter 4 fließen kann.
Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung 8 einen Schalter 13 aufweisen, der ausgebildet ist, um den Austragsquerschnitt A in Abhängigkeit des Ein/Aus-Signals der Dosiervorrichtung 1 zu steuern. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 8 so ausgebildet sein, dass sie, wenn das Ein/Aus-Signal ein Ausschaltsignal ist, den Stellantrieb in eine Ausposition Ao des Schiebers steuert und die Fördereinrichtung 5 nach Erreichen der Ausposition Ao des Schiebers 7 für eine vorbestimmte Zeitdauer betreibt und/oder bis eine vorbestimmte Ist-Aufschütthöhe H unterschritten wird.
Dabei kann die vorbestimmte Zeitdauer auch null Sekunden betragen, d.h., dass die Fördereinrichtung 5 sofort gestoppt wird. Wenn das Ein/Aus-Signal ein Einschaltsignal ist, steuert die Steuereinrichtung 8 wie vorstehend und nachstehend beschrieben.
In 5 ist eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 8 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Steuereinrichtung 8 weist den ersten Regelkreis mit dem ersten Regler 9 auf, wobei der erste Regler 9 wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.
Zudem kann die Steuereinrichtung 8 einen zweiten Regelkreis mit einem zweiten Regler 14 aufweisen, wobei der zweite Regler 14 die Fördergeschwindigkeit unter Verwendung des Austragsquerschnitts A als Stellgröße regelt. Die Soll-Fördergeschwindigkeit vo ist vorgegeben und bildet eine Führungsgröße für den zweiten Regler 14. Dazu wird eine Regeldifferenz zwischen der Soll-Fördergeschwindigkeit v(o) und der Stell- bzw. Ist-Fördergeschwindigkeit v(t) ermittelt. Die Regeldifferenz ist eine Eingangsgröße des zweiten Reglers 14. Der zweite Regler 14 erzeugt anhand der Regeldifferenz entsprechend seiner charakteristischen Übertragungsfunktion eine Stellgröße, hier in Form des Austragsquerschnitts A, als Ausgangssignal und wirkt damit auf die Dosiervorrichtung 1 ein. Der zweite Regler 14 kann vorzugsweise als ein PID-Regler ausgebildet sein. Alternativ kann der zweite Regler 14 als ein Zweipunktregler ausgebildet sein. Alternativ ist auch der Einsatz eines anderen Reglertyps für den zweiten Regler 14 möglich.
Vorzugsweise können der erste Regler 9 und der zweite Regler 14 kaskadiert sein. Das heißt, dass die Regeldifferenz aus der Reglerausgangsgröße des ersten Reglers 9, hier der Stell- bzw. Ist-Fördergeschwindigkeit v(t), und der Führungsgröße des zweiten Reglers 14, hier der Soll-Fördergeschwindigkeit vo, ermittelt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Zeitkonstante des ersten Reglers 9 kürzer als eine Zeitkonstante des zweiten Reglers 14 sein, um Regelschwingungen zu vermeiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 8 ausgebildet sein, um die Kennlinie 12 (vgl. 4) zu ermitteln, indem die Soll-Förderstärke Po über ihren Betriebsbereich verändert wird und die Stellgröße des zweiten Regelkreises, d.h. der Austragsquerschnitt A, in Abhängigkeit der Soll-Förderstärke Po aufgenommen wird.
Zudem kann die Steuereinrichtung 8 eine (nicht explizit dargestellte) Vorsteuerung aufweisen, die den Austragsquerschnitt A anhand der Kennlinie 12 steuert. Die Vorsteuerung kann analog zu der in 3 dargestellten Ausführungsform aufgebaut sein. Vorzugsweise dient die Vorsteuerung zur Grobeinstellung und der zweite Regler 14 zur Feineinstellung des Austragsquerschnitts A.
In 6 ist eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 8 in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Die Steuereinrichtung 8 weist den ersten Regelkreis mit dem ersten Regler 9 auf, wobei der erste Regler 9 wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.
Zudem kann die Steuereinrichtung 8 ein Schwingung-Analyseglied 15 zum Vermeiden von Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit bzw. der Ist-Fördergeschwindigkeit v(t) aufweisen, wobei das Schwingung-Analyseglied ausgelegt ist, um bei Erkennen von Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit bzw. der Ist-Fördergeschwindigkeit v(t) den Austragsquerschnitt A um einen vorbestimmten oder zufälligen Betrag zu verändern. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Zeitkonstante des ersten Reglers 9 kürzer als die Zeitkonstante des Schwingung-Analyseglieds 15 sein, um eine Verstärkung der Schwingungen zu vermeiden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 ausgelegt ist, um bei Erkennen von Schwingungen der Stell-Fördergeschwindigkeit bzw. der Ist-Fördergeschwindigkeit v(t) ein Informationssignal an einen Benutzer zu übermitteln.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 8 ein Austragsquerschnitt-Analyseglied 16 und ein (nicht explizit dargestelltes) Austragsquerschnitt-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen dem Mindestquerschnitt und dem Maximalquerschnitt aufweisen. Das Austragsquerschnitt-Analyseglied 16 ausgelegt ist, um einen sich auf den Mindestquerschnitt und/oder den Maximalquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitt A zu erkennen. Das Austragsquerschnitt-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Erkennen des sich auf den Mindestquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitts A die Fördergeschwindigkeit v(t) zu reduzieren und bei Erkennen des sich auf den Maximalquerschnitt zubewegenden Austragsquerschnitts A die Fördergeschwindigkeit v(t) zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Zeitkonstante des ersten Reglers 9 kürzer als die Zeitkonstante des Austragsquerschnitt-Analyseglieds 16 sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 8 ein Fördergeschwindigkeit-Analyseglied 17 und ein (nicht explizit dargestelltes) Fördergeschwindigkeit-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen einer Minimalfördergeschwindigkeit und einer Maximalfördergeschwindigkeit aufweisen. Das Fördergeschwindigkeit-Analyseglied 17 ist ausgelegt, um eine sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit und/oder die Maximalfördergeschwindigkeit zu bewegende Fördergeschwindigkeit v(t) zu erkennen. Das Fördergeschwindigkeit-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Erkennen der sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit v(t) den Austragsquerschnitt A zu reduzieren und bei Erkennen der sich auf die Maximalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit v(t) den Austragsquerschnitt A zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Zeitkonstante des ersten Reglers 9 kürzer als die Zeitkonstante des Fördergeschwindigkeit-Analyseglieds 17 sein.
In 7 ist eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 8 in einer vierten Ausführungsform dargestellt. Die Steuereinrichtung 8 weist den ersten Regelkreis mit dem ersten Regler 9 auf, wobei der erste Regler 9 wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.
Zudem kann die Steuereinrichtung 8 einen Aufschütthöhe-Regelkreis mit einem dritten Regler 18 aufweisen, wobei der dritte Regler 18 die Aufschütthöhe H unter Verwendung des Austragsquerschnitts A als Stellgröße regelt. Die Soll-Aufschütthöhe Ho ist vorgegeben und bildet eine Führungsgröße für den dritten Regler 18. Dazu wird eine Regeldifferenz zwischen der Soll-Aufschütthöhe Ho und der Ist-Aufschütthöhe H(t) ermittelt. Die Regeldifferenz ist eine Eingangsgröße des dritten Reglers 18. Der dritte Regler 18 erzeugt anhand der Regeldifferenz entsprechend seiner charakteristischen Übertragungsfunktion eine Stellgröße, hier in Form des Austragsquerschnitts A, als Ausgangssignal und wirkt damit auf die Dosiervorrichtung 1 ein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 8 ein (nicht explizit dargestelltes) Materialbrücken-Analyseglied und ein (nicht explizit dargestelltes) Materialbrücken-Steuerglied zum Vermeiden von Materialbrücken aufweisen. Das Materialbrücken-Analyseglied ist ausgelegt, um ein Überschreiten einer vorbestimmten Differenz zwischen einer Ist-Aufschütthöhe H(t) und einer Soll-Aufschütthöhe Ho zu erkennen. Das Materialbrücken-Steuerglied ist ausgelegt, um bei Überschreiten der vorbestimmten Differenz den Austragsquerschnitt A, insbesondere kurzzeitig, um einen vorbestimmten Betrag zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 8 ausgelegt sein, um bei Überschreiten einer vorbestimmten Differenz zwischen einer Ist-Aufschütthöhe H(t) und einer Soll-Aufschütthöhe Ho ein Informationssignal an einen Benutzer zu übermitteln. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um die Aufschütthöhe H(t) gravimetrisch - mittels eines oder mehrerer Wägensensoren-, durch einen optischen Sensor, einen mechanischen Sensor, einen elektromagnetischen Sensor, durch Ultraschall oder durch ein Radar zu ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 8 ein (nicht explizit dargestelltes) Linearisierungsglied aufweisen, das einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Austragsquerschnitt A und der Aufschütthöhe H über eine Austragsquerschnitt-Aufschütthöhe-Kennlinie abbildet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 8 ausgebildet sein, um die Austragsquerschnitt-Aufschütthöhe-Kennlinie zu ermitteln, indem der Austragsquerschnitt A über seinen Betriebsbereich verändert wird und die (schüttgutabhängige) Aufschütthöhe H in Abhängigkeit des Austragsquerschnitts A aufgenommen wird. Somit kompensiert das Linearisierungsglied die Nichtlinearität zwischen dem Austragsquerschnitt A und der Aufschütthöhe H, um dadurch die Regelung zu stabilisieren.

Claims

Dosiervorrichtung (1) zum Austrag von Schüttgut (2) an einer Abwurföffnung (3), mit einem Vorratsbehälter (4) zur Bevorratung des Schüttguts (2), und einer Fördereinrichtung (5) zum Fördern des Schüttguts (2) von dem Vorratsbehälter (4) zu der Abwurföffnung (3), wobei der Vorratsbehälter (4) eine Austragsöffnung (6), durch die das Schüttgut (2) mittels der Fördereinrichtung (5) aus dem Vorratsbehälter (4) förderbar ist, und einen Schieber (7), dessen Position einen Austragsquerschnitt der Austragsöffnung (6) bestimmt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (1) einen motorisch betätigbaren Stellantrieb zur Verstellung des Austragsquerschnitts aufweist.
Dosiervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (8) zum Steuern der Dosiervorrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass die Steuerung der Austragsöffnung (6) in Abhängigkeit einer Soll-Förderstärke, einer Ist-Förderstärke, einer Stellgröße der Dosiervorrichtung (1), eines Einschaltsignals, eines Ist-Austragsquerschnitts, einer Ist-Aufschütthöhe und/oder eines Behälterfüllstands erfolgt.
Dosiervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass sie den Austragsquerschnitt in Abhängigkeit einer Soll-Förderstärke und/oder Ist-Förderstärke der Dosiervorrichtung (1), einer Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung (5), einer Aufschütthöhe des Schüttguts (2) auf der Fördereinrichtung (5), eines Vorratsbehälterfüllstands und/oder eines Ein/Aus-Signals der Dosiervorrichtung (1) steuert.
Dosiervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Förderstärken-Regelkreis mit einem ersten Regler (9) aufweist, wobei der erste Regler (9) die Förderstärke unter Verwendung der Fördergeschwindigkeit als Stellgröße regelt, wobei die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass sie den Austragsquerschnitt anhand der Förderstärke, insbesondere einer Förderstärke-Austragsquerschnitt-Kennlinie steuert, wobei die Kennlinie durch eine analytische Gleichung beschrieben ist oder durch Stützpunkte festgelegt ist, und/oder wobei die Kennlinie monoton steigend zwischen einem Mindestquerschnitt und einem Maximalquerschnitt verläuft.
Dosiervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Filter (11) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er das Signal für die Förderstärke als Eingangsgröße für die Steuerung des Austragsquerschnitts glättet.
Dosiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Fördergeschwindigkeit-Regelkreis mit einem zweiten Regler (14) aufweist, wobei der zweite Regler (14) die Fördergeschwindigkeit unter Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße regelt.
Dosiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) ein Schwingung-Analyseglied (15) und ein Schwingung-Steuerglied zum Vermeiden von Schwingungen der Fördergeschwindigkeit aufweist, wobei das Schwingung-Analyseglied (15) ausgelegt ist, um Schwingungen der Fördergeschwindigkeit zu erkennen, und das Schwingung-Steuerglied ausgelegt ist, um bei Erkennen der Schwingungen der Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt um einen vorbestimmten oder zufälligen Betrag zu verändern.
Dosiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) ein Austragsquerschnitt-Analyseglied (16) und ein Austragsquerschnitt-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen dem Mindestquerschnitt und dem Maximalquerschnitt aufweist, wobei das Austragsquerschnitt-Analyseglied (16) ausgelegt ist, um einen sich auf den Mindestquerschnitt und/oder die Maximalquerschnitt zubewegenden Auftragsquerschnitt zu erkennen, und das Austragsquerschnitt-Steuerglied ausgelegt ist, um bei Erkennen des sich auf den Mindestquerschnitt zubewegenden Auftragsquerschnitts die Fördergeschwindigkeit zu reduzieren und bei Erkennen des sich auf den Maximalquerschnitt zubewegenden Auftragsquerschnitts die Fördergeschwindigkeit zu erhöhen.
Dosiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) ein Fördergeschwindigkeit-Analyseglied (17) und ein Fördergeschwindigkeit-Steuerglied zum Vermeiden des Betriebs außerhalb eines Bereichs zwischen einer Minimalfördergeschwindigkeit und einer Maximalfördergeschwindigkeit aufweist, wobei das Fördergeschwindigkeit-Analyseglied (17) ausgelegt ist, um eine sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit und/oder die Maximalfördergeschwindigkeit zubewegende Fördergeschwindigkeit zu erkennen, und das Fördergeschwindigkeit-Steuerglied ausgelegt ist, um bei Erkennen der sich auf die Minimalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt zu reduzieren und bei Erkennen der sich auf die Maximalfördergeschwindigkeit zubewegenden Fördergeschwindigkeit den Austragsquerschnitt zu erhöhen.
Dosiervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Aufschütthöhe-Regelkreis mit einem dritten Regler (18) aufweist, wobei der dritte Regler (18) die Aufschütthöhe unter Verwendung des Austragsquerschnitts als Stellgröße regelt.