DE19715579C2 - Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge. Die bekannten, in Schneckendosierern ange­ wandten 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 Drehwinkelbetrages wird der Antrieb der Dosierschnecke ein­ geschaltet, und bei einem bestimmten Drehwinkel der Dosier­ schnecke wieder abgeschaltet bzw. die Winkelgeschwindigkeit der Dosierschnecke entsprechend eines vorgegebenen Bewe­ gungsgesetzes bis auf Null reduziert. Die erforderlichen Drehwinkelbeträge der Dosierschnecke für eine bestimmte Schüttgutmenge und die Einstellparameter für den Positio­ nierregler werden vorab in Probeläufen mit dem zu dosieren­ den Füllgut ermittelt. Durch die gewählten Einstellparameter soll eine möglichst hohe Dosiergenauigkeit erzielt werden.

Es ist bekannt, dass sich die physikalischen Eigenschaften eines Füllgutes, 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 Probe­ läufen verwendete Füllgut, aufgrund des daraus resultieren­ den veränderten Drehmomentbedarfes der Dosierschnecke, zu einem geänderten Regelverhalten beim Ein- und Ausschalten des Dosierschneckenantriebs führt. Das hat zur Folge, dass die Abweichungen der Dosierschnecke von einem vorgegebenen Kurvenverlauf beim Abfüllen, beispielsweise einem vorgegebenen Drehwinkel/Drehzahl-Verlauf, bei einem anderen Füllgut­ widerstand größer werden, da die Abweichungen durch die Ein­ stellparameter des Positionierreglers bestimmt werden. Diese größeren Regelabweichungen können zur Folge haben, dass die Dosierschnecke nicht bei dem für eine bestimmte Füllgutmenge erforderlichen Drehwinkel zum Stillstand kommt, sondern vor­ her oder nachher. Dies führt zu Unter- bzw. Überdosierungen des Füllgutes.

Aus der US 4,582,097 ist ein Verfahren zur Optimierung des Nachlaufes der Förderschnecke bekannt, bei dem die tatsäch­ liche Gesamtumdrehungszahl der Förderschnecke mit einer Sollumdrehungszahl der Förderschnecke verglichen wird und gegebenenfalls bei einer Differenz zwischen den Umdrehungs­ zahlen bei den nachfolgenden Dosiervorgängen eine Anpassung vorgenommen wird. Insbesondere bei Dichteänderungen des Füllgutes können diese relativ abrupt erfolgen. Bei dem vorbekannten Verfahren ist daher nicht sichergestellt, dass bei dem nachfolgenden Abfüllvorgang die richtige Sollfüllmenge an Füllgut eindosiert wird, wenn sich die Füllgutdichte wieder ändert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge derart auszubilden, dass es eine besonders hohe Abfüllgenauigkeit erzielt. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Dosieren einer Schüttgutmenge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die hohe Abfüllge­ nauigkeit wird im wesentlichen dadurch erzielt, dass die Charakteristik der gesamten Regelabweichungen im Regelver­ halten des Positionierreglers erfasst und mittels eines Al­ gorithmus ausgewertet werden, wobei aus den Ergebnissen der Auswertung neue Einstellparameter für den Positionierregler zur Verwendung zumindest für den nachfolgenden Dosiervorgang berechnet werden. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zum Dosieren einer Schüttgutmenge ergeben sind in den Unteransprüchen angegeben.

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 ersten 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 Förderschnec­ ke 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 34, 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 α_soll 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. Abschnitt 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 Positionierreg­ lers 35 auf ein Füllgut mit ganz speziellen Eigenschaften, dem in den vorab stattgefundenen Testläufen verwendeten Füllgut, optimiert, so daß sich möglichst geringe Regelabweichungen 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 Steuereinrichtung 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 Schnec­ kendosierers 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 dem eine Dosierschnecke (25) in einem Schneckendosierer (10) um einen Winkelbetrag gedreht wird, der möglichst exakt einem Soll-Winkelbetrag (n4) für die Schüttgutmenge (M) entsprechen soll, wobei die Dosierschnecke (25) mit einem mit einer Steuereinrichtung (23) des Schnecken­ dosierers (10) verbundenen Positionierregler (35) ge­ koppelt ist, dessen Einstellparameter zum Erzielen einer tolerierbaren Abweichung des erzielten Winkelbetrages (n4*) von dem Soll-Winkelbetrag (n4) für die Schüttgut­ menge (M) durch Probeläufe vorab festgelegt werden, wo­ rauf während nachfolgender Dosiervorgänge Abweichungen (u, w) im Regelverhalten des Positionierreglers (35), die zu einem von der Schüttgutmenge (M) abweichenden Winkelbetrag (n4*, n4**) führen sowie die notwendigen Korrekturen zum Erzielen eines der Schüttgutmenge (M) entsprechenden Winkelbetrages (n4, n4*) in der Steuer­ einrichtung (23) mittels eines Algorithmus ausgewertet werden, wobei die Steuereinrichtung (23) aus den Ergeb­ nissen der Auswertung neue Einstellparameter für den Positionierregler (35) zur Verwendung für zumindest den nachfolgenden Dosiervorgang bildet.

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.