DE10245341B4

DE10245341B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes

Info

Publication number: DE10245341B4
Application number: DE10245341.1A
Authority: DE
Inventors: Kuno Lemke; Heinrich van de Loecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: DE10245341A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes (11), wobei auf das Schüttgut (11) einenends eines definierten Raumes (12) ein Schwingungsimpuls aufgebracht wird und anderenends des definierten Raumes (12) eine Schwingung des Schüttgutes (11) gemessen wird, und wobei die Schüttgutmenge aus einem Vergleich des aufgebrachten Schwingungsimpulses und der gemessenen Schwingung ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes.
Zum Dosieren bzw. Abfüllen von Schüttgut, wie beispielsweise Mehl, Zucker, Kaffee oder dergleichen, werden bisher in der Praxis Verpackungsanlagen eingesetzt, die mehrere Stationen aufweisen, die nacheinander angefahren werden. Dabei wird z. B. auf einer Station zunächst ein aus einem Vorratsbehälter gefördertes Schüttgut mittels eines Dosierers, wie z. B. eines Schneckendosierers, in einen Schüttgutbehälter, wie z. B. einen Beutel, gefüllt.
Die in den Schüttgutbehälter eingeförderte Schüttgutmenge ergibt sich hier indirekt aus der Kinematik der verwendeten Fördereinrichtung, wie der Zahl der Drehungen einer Förderschnecke des Schneckendosierers, was jedoch mit Fehlern behaftet sein kann.
Die tatsächliche Erfassung des Istgewichts erfolgt daher zweckmäßigerweise nachfolgend auf einer eine eigene Station darstellenden Kontrollwaage. Sofern erforderlich, erfolgt anschließend eine Nachdosierung von Schüttgut bis zum Erreichen eines Sollgewichts.
Im weiteren Verlauf kann es vorgesehen sein, daß das in den Schüttgutbehälter gefüllte Schüttgut auf einer eine weitere Station darstellenden Rüttelstrecke der Verpackungsanlage nachverdichtet wird.
Aus der DE 43 20 039 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bekannt, mittels der bzw. dem auf die Anwesenheit eines Mediums innerhalb eines Rohres geschlossen werden kann. Hierzu wird in die Wand des Rohres auf einer Seite ein Schwingungsimpuls in Form eines Ultraschallimpulses eingekoppelt, der mittels derselben Einheit nach Reflexion an der gegenüberliegenden Wand des Rohres empfangen wird. Eine Auswertung des empfangenen Signals ermöglicht es, auf die Anwesenheit eines Mediums in dem Rohr zu schließen. Die Bestimmung einer genauen Füllmenge des Mediums innerhalb des Rohres ist aus der genannten Schrift jedoch nicht entnehmbar.
Weiterhin ist aus der WO 93/02340 eine Füllstandsmesseinrichtung bekannt, bei der mittels einer Vielzahl von Ultraschallerzeugern, die auf einer Seite der Wand eines Behältnisses angeordnet sind, auf den Füllpegel in der Flüssigkeit innerhalb des Behältnisses geschlossen werden kann. Hierzu werden die einzelnen Ultraschallsendeeinheiten getrennt angesteuert und deren Signale mittels eines Empfängers ausgewertet. Die bekannte Vorrichtung ist durch die Verwendung der Vielzahl von Sendeeinheiten relativ aufwendig ausgebildet.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes, bei dem auf ein Schüttgut einenends eines definierten Raumes ein Schwingungsimpuls aufgebracht wird und anderenends des definierten Raumes eine Schwingung des Schüttgutes gemessen wird und die Schüttgutmenge aus einem Vergleich des aufgebrachten Schwingungsimpulses und der gemessen Schwingung ermittelt wird, sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung, aufweisend eine Meßkammer, welche mindestens eine erste und eine zweite biegeelastische Wand umfaßt, von denen einer ein Aktuator zum Ausüben eines Schwingungsimpulses auf diese Wand und der anderen ein Schwingungssensor zugeordnet ist, haben den Vorteil, daß mit ihrem Einsatz bei einer Verpackungsanlage eine Schüttgutmenge mit einer hohen Genauigkeit bestimmbar ist.
Wenn eine in die Meßkammer geförderte Schüttgutmenge an einer Wand der Meßkammer mittels des Aktuators mit einem Schwingungsimpuls beaufschlagt wird und die Schwingung an einer vorzugsweise gegenüberliegenden Wand der Meßkammer gemessen wird, kann in Kenntnis der Art des Schüttgutes und der Dimensionierung der Meßkammer aus dem Meßsignal, welches von dem Füllstand des Schüttgutes in der Meßkammer abhängig ist, auf einfache Weise die präzise Schüttgutmenge ermittelt werden.
Des weiteren erfolgt durch die Ausübung der Schwingungsimpulse auf die betreffende, biegeelastische Wand der Meßkammer und damit auf das in die Meßkammer eingeförderte Schüttgut eine Verdichtung des Schüttgutes, welches nach Befüllung der Meßkammer beispielsweise direkt in einen Schüttgutbehälter, wie ein Beutel oder Sack, übergeben werden kann. Dies hat zur Folge, daß bei Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung bei einer Verpackungsanlage für ein Schüttgut auf eine teure, bisher zur Verdichtung erforderlichen Rüttelstrecke verzichtet werden kann oder diese gegenüber bisherigen Lösungen verkürzt ausgeführt sein kann.
Zudem wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung nach der Erfindung eine deutliche Reduzierung der Staubentwicklung während eines Dosier- oder Verpackungsvorganges von trockenem Schüttgut erzielt.
Des weiteren kann bei einer Verpackungsanlage, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet bzw. eine Vorrichtung nach der Erfindung aufweist, eine höhere Taktzahl gefahren werden, da die Meßkammer während des Transports des Schüttgutbehälters auf einem Förderband befüllt und die gesamte in die Meßkammer eingeförderte Schüttgutmenge auf einmal an den Schüttgutbehälter übergeben werden kann. Somit ist es bei Verpackungsanlagen nicht erforderlich, daß der Schüttgutbehälter während seiner Befüllung stillsteht.
Da das Schüttgut beim Einfüllen in die Meßkammer verdichtet wird, kann auch der Schüttgutbehälter, an den das Schüttgut nach dem Vordosieren in die Meßkammer übergeben wird, vergleichsweise niedrig ausgeführt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung sind der Aktuator und der Schwingungssensor jeweils aus einem piezoelektrischen Bauelement gebildet. Denkbar ist es jedoch auch, daß der Aktuator als elektrischer oder pneumatischer Vibrator ausgebildet ist, der mit einem entsprechenden Sensor zusammenwirkt.
Zur Optimierung des Meßsystems und insbesondere zur besseren Schüttgutverdichtung ist die Vorrichtung nach der Erfindung vorteilhafterweise mit einer Komparatorschaltung versehen, mittels der die piezoelektrischen Bauelemente im Wechsel als Aktuator und als Sensor betreibbar sind. Dies bedeutet, daß die piezoelektrischen Bauelemente nach Ablauf einer bestimmen Zykluszeit, die beispielsweise im Millisekunden-Bereich liegt, vertauscht werden, so daß das zunächst als Aktuator wirkende Bauelement als Sensor wirkt und das zunächst als Sensor wirkende Bauelement als Aktuator wirkt.
Um das in die Meßkammer eingeförderte Schüttgut auf einfache Weise an einen Schüttgutbehälter übergeben zu können, weist die Meßkammer an ihrer Unterseite vorzugsweise eine steuerbare Austrittsöffnung auf. Diese kann beispielsweise mit zwei schwenkbaren Klappen versehen sein.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist zweckmäßig mit einer Befülleinrichtung ausgestattet, mittels der über eine an der Oberseite der Meßkammer angeordnete Einfüllöffnung Schüttgut in die Meßkammer einfüllbar ist. Die Befülleinrichtung kann hierzu beispielsweise eine in üblicher Weise ausgeführte Dosierschnecke aufweisen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Aufbaus einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Einsatz bei einer Verpackungsanlage;
2 die Vorrichtung nach 1, wobei Sensor und Aktuator vertauscht sind; und
3 eine Aufsicht auf eine Seitenwand der Vorrichtung nach den 1 und 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 10 nach der Erfindung zur Verwendung als Vordosiereinrichtung bei einer Verpackungsanlage für ein trockenes Schüttgut 11 dargestellt, welches in einen hier nicht näher dargestellten Sack bzw. Beutel zu füllen ist und beispielsweise Mehl, Zucker, Kaffee, Gips, Zement oder dergleichen darstellen kann.
Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Meßkammer 12, die von zwei flexiblen, jeweils aus einem Edelstahlblech gebildeten, im wesentlichen planparallelen Wänden bzw. Platten 14 und 16 seitlich begrenzt ist und an der Unterseite eine steuerbare Austrittsöffnung 16 hat, die mittels zweier schwenkbarer Klappen 18 und 20 verschließbar ist. An der Oberseite hat die Meßkammer 12 eine Einfüllöffnung 22 für das Schüttgut 11.
Auf die einander gegenüberliegenden, biegeelastischen Seitenwände 14 und 16 der Meßkammer 12 ist jeweils ein piezoelektrisches Bauelement 24 bzw. 26 appliziert.
Die piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26 sind jeweils mit einem Komparator 28 bzw. 30 verbunden, so daß die Bauelemente 24 und 26 abwechselnd als Schwingungsaktuator und als Schwingungssensor betrieben werden können.
Zum Betreiben eines der piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26 als Aktuator ist die Vorrichtung 10 mit einem Wechselspannungsgenerator 32 versehen. Zur Verstärkung des mittels eines der piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26 gewonnen Meßsignals ist die Vorrichtung 10 mit zwei Meßverstärkern 34 und 36 versehen, von denen jeweils einer einem der piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26 zugeordnet ist. Die Meßverstärker 34 und 36 stehen wiederum mit einer Steuereinheit 38 in Verbindung, welche auch die Komparatoren 28 und 30 steuert.
Die Steuereinheit 38 steht des weiteren mit einem Motor-Controller 40 für einen Servomotor 42 zum Antrieb einer in üblicher Weise ausgeführten Dosierschnecke 44 in Verbindung, welche einerseits mit einem hier nicht näher dargestellten Schüttgutvorratsbehälter verbunden ist und andererseits zur Befüllung der Meßkammer 12 über eine Fülldüse 46 dient.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
Zur Befüllung der Meßkammer 12 mit dem Schüttgut 11 ist die Austrittsöffnung 16 mittels der Klappen 18 und 20 verschlossen. Während der Befüllung liegt an dem in 1 rechts dargestellten piezoelektrischen Aktor 24 eine mittels des Wechselspannungsgenerators 32 erzeugte Wechselspannung an, so daß dieser zu Transversalschwingungen angeregt wird, wobei die Schwingungen über die membranartig ausgebildete Seitenwand bzw. Platte 14 in das Meßvolumen der Meßkammer 12 und damit auf das bereits eingefüllte Schüttgut 11 übertragen werden.
Diese auf das Schüttgut 11 übertragenen Schwingungsimpulse werden wiederum in Abhängigkeit von der Konsistenz des Schüttgutes 11 und dessen Füllstand in der Meßkammer 12 über die zweite biegeelastische Seitenwand bzw. Platte 16 auf das als Sensor bzw. Piezogeber wirkende piezoelektrische Bauelement 26 übertragen, in eine analoge Meßspannung umgewandelt und dann mittels des Meßverstärkers 36 verstärkt.
Diese Meßspannung wird nach einer AD-Wandlung als Ist-Wert in die Steuereinheit 38 eingelesen, welche übliche mikroelektronische Mittel 39 zur Berechnung der Schüttgutmenge aus einem Vergleich des auf das Schüttgut 11 aufgebrachten Schwingungsimpulses und des Meßwertes des Schwingungssensors aufweist. Das Ergebnis dieser Berechnung wird für die Regelung des den Motor-Controller 40, den Servomotor 42 und die Dosierschnecke 44 umfassenden Dosier-Stellantriebes verwendet.
Die Minimal- bzw. Maximalwerte des Ist-Wertes ergeben sich durch Messung bei einer vollkommen leeren bzw. einer vollen Meßkammer 12.
Zur Optimierung des Meßsystems und insbesondere zur besseren Verdichtung des in die Meßkammer 12 eingeförderten Schüttgutes 11 werden bei der gezeigten Ausführung die piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26 nach einer Zykluszeit, die im Millisekunden-Bereich liegen kann, abwechselnd als Aktuator bzw. als Sensor betrieben. Ein solcher Wechsel der Funktion der piezoelektrischen Bauelemente 24 und 26, welcher mittels der Komparatoren 28 und 30 erfolgt, ist in 2 im Vergleich zu 1 ersichtlich. Das bei 1 als Schwingungsimpulsgeber dienende piezoelektrische Bauelement 24 ist in 2 ein Schwingungssensor, während das als Schwingungssensor in 1 dienende piezoelektrische Bauelement 26 nunmehr in 2 einen Aktuator darstellt.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes (11), wobei auf das Schüttgut (11) einenends eines definierten Raumes (12) ein Schwingungsimpuls aufgebracht wird und anderenends des definierten Raumes (12) eine Schwingung des Schüttgutes (11) gemessen wird, und wobei die Schüttgutmenge aus einem Vergleich des aufgebrachten Schwingungsimpulses und der gemessenen Schwingung ermittelt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Menge eines Schüttgutes (11), mit einer Messkammer (12), die mindestens eine erste (24) und eine zweite (26) biegeelastische Wand umfasst, von denen einer ein Aktuator (24, 26) zum Ausüben eines Schwingungsimpulses auf diese Wand und der anderen ein Schwingungssensor (26, 24) zugeordnet ist, wobei eine Befülleinrichtung (44) zur Befüllung der Messkammer (12) über eine an deren Oberseite angeordnete Einfüllöffnung (22) vorgesehen ist, wobei die Befülleinrichtung (44) eine Dosierschnecke aufweist, und wobei Mittel (39) zur Berechnung einer Menge des Schüttgutes (11) aus einem Vergleich des auf das Schüttgut (11) aufgebrachten Schwingungsimpulses und eines Messwertes des Schwingungssensors (26, 24) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (24, 26) und der Schwingungssensor (26, 24) jeweils aus einem piezoelektrischen Bauelement gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Komparatorschaltung, mittels der die piezoelektrischen Bauelemente (24, 26) abwechselnd als Aktuator und als Sensor betreibbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (12) an der Unterseite eine steuerbare Austrittsöffnung (16) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (38), die mit dem Schwingungssensor (24, 26) und dem Aktuator (26, 24) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (38) mit der Befülleinrichtung (44) verbunden ist.