DE19715579A1 - Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge - Google Patents
Verfahren zum Dosieren einer SchüttgutmengeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren einer
Schüttgutmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die be
kannten, in Schneckendosierern angewandten Dosierverfahren
verwenden einen Positionierregler, der eine Dosierschnecke
um einen bestimmten Winkelbetrag dreht, damit eine bestimmte
Schüttgutmenge beispielsweise in einen Verpackungsbehälter
abgegeben wird. Entsprechend des in der Steuereinrichtung
des Schneckendosierers abgelegten erforderlichen Drehwinkel
betrages wird der Antrieb der Dosierschnecke eingeschaltet,
und bei einen bestimmten Drehwinkel der Dosierschnecke wie
der abgeschaltet bzw. die Winkelgeschwindigkeit der Dosier
schnecke entsprechend eines vorgegebenen Bewegungsgesetzes
bis auf Null reduziert. Die erforderlichen Drehwinkelbeträge
der Dosierschnecke für eine bestimmte Schüttgutmenge und die
Einstellparameter für den Positionierregler werden vorab in
Probeläufen mit dem zu dosierenden Füllgut ermittelt. Durch
die gewählten Einstellparameter soll eine möglichst hohe Do
siergenauigkeit erzielt werden.
Es ist bekannt, daß sich die physikalischen Eigenschaften
eines Füllguts, insbesondere bei Lebensmitteln wie Mehl,
Zucker usw. von Füllgutcharge zu Füllgutcharge, oder sogar
innerhalb einer Füllgutcharge verändern, sowie von äußeren
Einflüssen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit abhängen.
Dies bedeutet, daß ein Füllgut, das der Dosierschnecke einen
anderen Widerstand entgegensetzt als das in den Probeläufen
verwendete Füllgut, aufgrund des daraus resultierenden ver
änderten Drehmomentbedarfes der Dosierschnecke, zu einem ge
änderten Regelverhalten beim Ein- und Ausschalten des Do
sierschneckenantriebs führt. Das hat zur Folge, daß die Ab
weichungen der Dosierschnecke von einem vorgegebenen Kurven
verlauf beim Abfüllen, beispielsweise einem vorgegebenen
Drehwinkel/Drehzahl-Verlauf, bei einem anderen Füllgutwider
stand größer werden, da die Abweichungen durch die Einstell
parameter des Positionierreglers bestimmt werden. Diese grö
ßeren Regelabweichungen können zur Folge haben, daß die Do
sierschnecke nicht bei dem für eine bestimmte Füllgutmenge
erforderlichen Drehwinkel zum Stillstand kommt, sondern vor
her oder nachher. Ein zu später Stillstand hat eine Überdo
sierung des Füllguts zur Folge, während im gegenteiligen
Fall ein Nachdrehen der Dosierschnecke erforderlich ist, um
die erforderliche Füllgutmenge zu dosieren. Aufgabe der Er
findung ist es, das bekannte Dosierverfahren dahingehend
weiterzubilden, daß sich bei ändernden Füllguteigenschaften
möglichst geringe Regelabweichungen ergeben, damit sich eine
hohe Dosiergenauigkeit ohne langwierige Nachkorrekturen er
zielen läßt und Überdosierungen vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Dosieren einer Schüttgut
menge mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat
den Vorteil, daß Überdosierungen weitgehend vermieden wer
den. Weiterhin wird die Anzahl der Nachkorrekturen zumindest
reduziert, so daß der Abfüllvorgang verkürzt wird. Ein nach
dem Dosierverfahren arbeitender Schneckendosierer ist des
halb besonders leistungsfähig und ermöglicht eine erhöhte
Dosiergenauigkeit.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfin
dungsgemäßen Verfahrens zum Dosieren einer Schüttgutmenge
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen vereinfachten Längs
schnitt durch einen Schneckendosierer und die Fig. 2 Dreh
winkel-/Drehgeschwindigkeitsverläufe einer Dosierschnecke
bei Abfüllvorgängen.
Der in der Fig. 1 dargestellte Schneckendosierer 10 ist Be
standteil einer nicht dargestellten Verpackungsanlage. Er
dient zum Dosieren und Abgeben einer bestimmten, pulverigen
oder rieselfähigen Füllgutmenge in einen Verpackungsbehäl
ter, beispielsweise in einen Standbeutel. Als Füllgut werden
dabei insbesondere Lebensmittel wie Mehl, Zucker, Kaffee
usw. verwendet. Der Schneckendosierer 10 hat ein Gehäuse 11,
auf dessen Oberseite eine Öffnung 12 ausgebildet ist, die
über einen Einlaß 13 mit dem Füllgut beschickt wird. Unter
halb des Einlasses 13 ist in einem tunnelförmigen Bereich 14
eine erste Förderschnecke 15 angeordnet, die mit einem er
sten Antrieb 16 gekoppelt ist. Die erste Förderschnecke 15
fördert das durch den Einlaß 13 eingetretene Füllgut in ho
rizontaler Richtung zu einem Durchlaß 17, durch den das
Füllgut in Richtung eines im unteren Bereich des Gehäuses 10
ausgebildeten Produktvorratraum 18 fällt. Damit sich immer
eine genügend große Menge des Füllguts im Produktvorratsraum
18 befindet, sind in einer Seitenwand 19 des Gehäuses 11 ein
unterer Füllstandsgeber 21 und ein oberer Füllstandsgeber 22
angeordnet, die beide mit der Steuereinrichtung 23 des
Schneckendosierers 10 verbunden sind. An der Unterseite des
Gehäuses 11 bzw. des Produktvorratsraums 18 ist ein zylin
drisch ausgebildeter Zumeßbereich 24 vorgesehen, in den eine
zweite Förderschnecke 25 eintaucht. Die zweite Förderschnecke
25 ist mit einem vorzugsweise als Servomotor ausgebilde
ten zweiten Antrieb 26 gekoppelt, der in Höhe der Füll
standsgeber 21, 22 in einem gekapselten Antriebsraum 27 im
Gehäuse 11 angeordnet ist. Der zweite Antrieb 26 ist mittels
einer Ansteuerleitung 29 mit der Steuereinrichtung 23 ver
bunden. Von der Steuereinrichtung 23 führt eine weitere Lei
tung 31 zu einem im Antriebsraum 27 angeordneten Winkelgeber
32. Der Winkelgeber 32 dient zum Erfassen der Position einer
auf der Antriebswelle 33 des zweiten Antriebs 26 angeordne
ten Inkrementenschreibe 35, die beispielsweise entsprechend
des Drehbereichs von 360 Grad der Antriebswelle 33 eine Auf
lösung von einem Grad Drehwinkel ermöglicht. Der Winkelgeber
32 und die Inkrementenscheibe 34 sind Bestandteile eines von
der Steuereinrichtung 23 ansteuerbaren Positionierregler 35.
Der oben beschriebene Schneckendosierer 10 arbeitet wie
folgt: Durch den Einlaß 13 gelangt das Füllgut in den Be
reich 14, von wo es mittels der ersten Förderschnecke 15
durch den Durchlaß 17 in den Produktvorratsraum 18 gefördert
wird. Mittels der beiden Füllstandgeber 21, 22 wird der er
ste Antrieb 16 der ersten Förderschnecke 15 von der Steuer
einrichtung 23 derart angesteuert, daß das Füllgut stets ein
Niveau zwischen den beiden Füllstandsgebern 21, 22 hat. Um
nun eine bestimmte Füllgutmenge M an einen unterhalb des
Schneckendosierers 10 angeordneten Verpackungsbehälter abzu
geben ist es erforderlich, die zweite Förderschnecke 25 um
einen bestimmten Drehwinkel αsoll bzw. eine bestimmte Inkre
mentenzahl n4 zu drehen. Um das erfindungsgemäße Dosierver
fahren zu erläutern wird nunmehr auf die Fig. 2 verwiesen.
Darin ist u. a. die Drehwinkelgeschwindigkeit v über dem
Drehwinkel bzw. der Inkrementenzahl n bei einem ersten Kur
venverlauf A dargestellt. Der Kurvenverlauf A weist drei
Kurvenabschnitte a1, a2, a3 auf. A1 kennzeichnet die Be
schleunigungsphase der Förderschnecke 25 nach dem Einschal
ten ihres Antriebs 26 zwischen den Inkrementenzahlen n1 = 0
und n2. Bei der Inkrementenzahl n2 soll die Förderschnecke
25 ihre Solldrehwinkelgeschwindigkeit v (soll) erreicht ha
ben. Die vorwählbare bzw. einstellbare Beschleunigungsphase
zwischen n1 und n2 dauert beispielsweise fünfzig Millisekun
den. An den Abschnitt a1 schließt sich zwischen den Inkre
mentenzahlen n2 und n3 der Abschnitt a2 an, der durch die
konstante Drehwinkelgeschwindigkeit v (soll) der Förder
schnecke 25 gekennzeichnet ist. Zwischen den Inkrementenzah
len n3 und n4 wird die Drehwinkelgeschwindigkeit v anhand
eines vorgegebenen Bewegungsgesetzes, im Ausführungsbeispiel
anhand einer linear fallenden Funktion, auf Null reduziert.
Auch dieser Verzögerungsabschnitt a3 zwischen n3 und n4 dau
ert beispielsweise fünfzig Millisekunden. Idealerweise stel
len sich die Kurvenabschnitte a1, a2 und a3 als Geraden dar.
Tatsächlich ergeben sich jedoch Regelabweichungen. Der durch
die Kurvenabschnitte a1*, b1* und c1* gekennzeichnete tat
sächliche Kurvenverlauf A* weist somit positive oder negati
ve Abweichungen u von der Geradenform auf. Diese Abweichun
gen u werden durch die Einstellparameter des Positionierreglers
35 auf ein Füllgut mit ganz speziellen Eigenschaften,
dem in den vorab stattgefundenen Testläufen verwendeten
Füllgut, optimiert, so daß sich möglichst geringe Regelab
weichungen von den gewünschten Idealkurven einstellen. In
folge der Regelabweichungen ergibt sich zwar beispielsweise,
daß die tatsächlich erreichte Inkrementenzahl n4* von der
Sollinkrementenzahl n4 für eine bestimmte Füllgutmenge M ab
weicht. Infolge der Optimierung der Einstellparameter ist
jedoch diese Abweichung in bezug auf die Sollfüllmenge M ak
zeptierbar.
Durch den Kurvenverlauf B werden nunmehr die Verhältnisse
beschrieben, wie sie sich beim ersten Dosiervorgang mit ei
nem Füllgut ergeben, das aufgrund einer Änderung seiner phy
sikalischen Eigenschaften der Förderschnecke 25 einen ande
ren Widerstand entgegensetzt, als dies bei dem in den Probe
läufen verwendeten Füllgut der Fall ist. Der Kurvenverlauf B
mit seinen Kurvenabschnitten b1, b2 und b3 weist Regelabwei
chungen w auf, die teilweise größer sind als die Regelabwei
chungen u beim Kurvenverlauf A*. Während die in den Kurven
abschnitten b1 und b2 (ebenso wie a1* und a2*) sich einstel
lenden Regelabweichungen w (u) keinen Einfluß in bezug auf
die Inkrementenzahl n und somit die Dosiergenauigkeit haben,
kann es vorkommen, daß die Inkrementenzahl n4** beim Kurven
verlauf B aufgrund der größeren Regelabweichungen derart von
der Sollinkrementenzahl n4 bzw. der tolerierbaren Inkremen
tenzahl n4* abweicht, daß Überdosierungen erfolgen oder
Nachkorrekturen erforderlich sind, indem die Förderschnecke
25 nochmals kurz eingeschaltet wird. Dieser Fall ist in der
Fig. 2 dargestellt, wobei jedoch die erforderlichen Nach
korrekturen nicht eingezeichnet sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die aufgrund der neuen
Inkrementenzahl n4** erforderlichen Korrekturen zum Erzielen
der gewünschten Füllgutmenge M (Zeit, Geschwindigkeit, Posi
tionsabweichung und Korrekturrichtung) der Steuereinrichtung
23 des Schneckendosierers 10 zuzuführen. Die Regelabweichun
gen w (u) werden mittels eines Algorithmuses in der Steuer
einrichtung 23 ausgewertet mit dem Ziel, die Einstellparame
ter des Positionierreglers 35 beim nächsten Abfüllvorgang
bereits so vorzugeben, daß die Sollinkrementenzahl n4 für
die Schüttgutmenge M direkt mit möglichst geringer Abwei
chung und ohne Nachkorrekturen erreicht wird. Es handelt
sich somit um ein selbstlernendes oder adaptierendes System.
Es ist denkbar, daß das zuletzt erfolgreiche Regelverhalten,
das zu einer befriedigenden Füllgenauigkeit geführt hat, für
eine bestimmte Anzahl von Dosiervorgängen zu wiederholen.
Vorteilhafterweise wird jedoch nach jedem Dosiervorgang das
erforderliche Regelverhalten bzw. die erforderlichen Ein
stellparameter des Positionierreglers 35 für den nächstfol
genden Dosiervorgang durch den Auswertealgorithmus neu be
rechnet.
Ergänzend wird erwähnt, daß die aus Geradenabschnitten zu
sammengesetzten Kurvenverläufe A, A* und B gegenüber den
tatsächlichen Kurvenverläufen vereinfacht dargestellt sind.
In der Praxis ergeben sich mehr oder minder komplexe Bewe
gungskurven.
Weiterhin können für einen universellen Einsatz des Schneckendosierers
10 in dessen Steuereinrichtung 23 für verschie
dene Füllgutarten und physikalische Parameter Grundwerte ab
gespeichert sein, die über ein Bedienfeld ausgewählt werden
können. Dadurch werden ohne langwierige Versuchsreihen nach
wenigen Dosiervorgängen zufriedenstellende Dosiergenauigkei
ten erzielt. Dieser Vorgang wird dadurch beschleunigt, daß
übliche Verpackungsanlagen Kontrollwaagen haben, die das Ge
wicht der dosierten Füllgutmenge nachwiegen, und über einen
Regelkreis mit der Steuereinrichtung 23 des Schneckendosie
rers 10 verbunden sind, so daß ggf. geänderte Drehwinkel für
eine bestimmte Schüttgutmenge berechnet werden.
Claims (4)
1. Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge (M), bei der
eine Dosierschnecke (25) in einem Schneckendosierer (10) um
einen Winkelbetrag (n4, n4*, n4**) gedreht wird, der mög
lichst exakt dem Winkelbetrag (n4) für die Schüttgutmenge
(M) entsprechen soll, wobei die Dosierschnecke (25) mit ei
nem mit einer Steuereinrichtung (23) des Schneckendosierers
(10) verbundenen Positionierregler (35) gekoppelt ist, des
sen Einstellparameter zum Erzielen einer möglichst geringen
Abweichung des erzielten Winkelbetrages (n4*, n4**) von dem
Winkelbetrag (n4) für die Schüttgutmenge (M) mit einem
Schüttgut vorab festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß Abweichungen (u, w) im Regelverhalten des Positionier
reglers (35), die zu einem von der Schüttgutmenge (M) abwei
chenden Winkelbetrag (n4*, n4**) führen sowie die notwendi
gen Korrekturen zum Erzielen eines der Schüttgutmenge (M)
entsprechenden Winkelbetrages (n4, n4*) in der Steuerein
richtung (23) mittels eines Algorithmuses ausgewertet wer
den, so daß die Steuereinrichtung (23) aus den Ergebnissen
der Auswertung neue Einstellparameter für den Positionier
regler (35) bildet, und daß diese neuen Parameter für zumin
dest den nachfolgenden Dosiervorgang verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einstellparameter für den Positionierregler (35) bei je
dem Dosiervorgang neu gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrekturen Zeit-, Geschwindigkeits-, Positions-,
und Richtungskorrekturen sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß für die durch den Schneckendosierer (10)
dosierten Schüttgutmengen (M) und Schüttgutarten Grundpara
meter in der Steuereinrichtung (23) abgespeichert sind.
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DE1997115579 DE19715579C2 (de) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge |
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ID=7826493
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Country | Link |
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DE (1) | DE19715579C2 (de) |
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---|---|
DE19715579C2 (de) | 2002-09-26 |
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