DE19719597C1

DE19719597C1 - Vorrichtung zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts

Info

Publication number: DE19719597C1
Application number: DE1997119597
Authority: DE
Inventors: Roman Dr Kammler; Walter Dr Baur
Original assignee: Rovema GmbH
Current assignee: Rovema GmbH
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2017-05-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts, z. B. eines Pulvers, mit einem beweglichen, das Produkt dosierendem Teil, wobei das Produkt vom beweglichen Teil aus einem Vorratsbehälter ausgetragen wird, und ein Antrieb das bewegliche Teil antreibt.

Derartige Vorrichtungen sind hinlänglich bekannt. Die Vorrichtungen sind als Becherdosiervorrichtungen und als Schneckendosiervorrichtungen ausgestaltet. Ihr bewegliches Teil besteht aus rostfreiem Edelstahl, um eine Wechselwirkung zwischen dem Teil und dem Produkt sowie einen Abrieb auszuschließen.

Aus der DE 35 44 014 A1 ist eine Vorrichtung zum schonenden volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts bekannt, bei dem ein um eine senkrechte Achse drehender Rotor Schüttgut zwischen radialen Schaufeln aufnimmt und nach unten in eine bodenseitige Austragsöffnung abgibt.

Aus der US-PS 5,480,070 ist eine Schneckendosiervorrichtung bekannt, bei der eine in einem horizontalen Schneckenrohr befindliche Dosierschnecke gedreht wird, um ein Produkt aus einem Raum zu einer Abgabeöffnung zu fördern.

Die GB 2 204 856 A offenbart eine Becherdosiervorrichtung, deren bewegliches Teil die Becher enthält. Als Antrieb für das bewegliche Teil ist ein Pneumatikzylinder oder ein Hydraulikzylinder vorgesehen.

Aus der DE 42 23 587 A1 ist ein Steuerventil bekannt, das mindestens zum Teil aus Magnesium besteht, um den Ventilkörper massearm und somit schnell beweglich zu machen.

Die bekannten Vorrichtungen zum volumetrischen Dosieren haben den Nachteil, daß sie für extrem hohe Dosiergeschwindigkeiten wenig geeignet sind, da ihr bewegliches Teil ein relativ hohes Massenträgheitsmoment hat.

Das im Maschinenbau gebräuchliche Aluminium hat zwar ein im Vergleich zu Stahl deutlich verringertes Massenträgheitsmoment, dieses ist aber für extrem hohe Dosiergeschwindigkeiten noch zu groß. Ein zu großes Massenträgheitsmoment würde einen sehr großen, leistungsstarken Antrieb erfordern, was relativ kostenintensiv wäre.

Kunststoffe hätten ein noch geringeres Massenträgheitsmoment als Aluminium, scheiden aber wegen ihres zu geringen Elastizitätsmoduls oder ihrer geringen Härte aus. Zudem haben Kunststoffe im allgemeinen den Nachteil, daß sie bei den gewünschten, hohen Dosiergenauigkeiten einen Abrieb erzeugen, der im Lebensmittelbereich nicht zulässig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Stahl für das bewegliche Teil einer Vorrichtung zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts derart zu ersetzen, daß das bewegliche Teil ein deutlich niedrigeres Massenträgheitsmoment und ein ausreichendes Elastizitätsmodul besitzt, ausreichend hart ist, sich wahlweise für den Lebensmittelbereich eignet und für extrem hohe Dosiergeschwindigkeiten geeignet ist.

Gelöst ist die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Danach besteht das bewegliche Teil aus einer Magnesiumlegierung.

Die Magnesiumlegierung ist relativ leicht und somit sind das Massenträgheitsmoment und die Beschleunigungskräfte deutlich verringert. Die Dichte der Magnesiumlegierung ist mit ca. 1,7 kg/dm³ deutlich niedriger als die von Stahl mit 6,3 bis 8,1 kg/dm³, wodurch auch relativ großvolumige Vorrichtungen zum volumetrischen Dosieren relativ schnell und mit vergleichsweise geringer Antriebsleistung beschleunigt werden können. Dies ist für Höchstleistungsdosiervorrichtungen auch insofern ein Vorteil, als durch die Verringerung der Beschleunigungskräfte die Antriebsmechanik einfacher und die Vorrichtung kostengünstiger wird.

Das Elastizitätsmodul der Magnesiumlegierung beträgt 4,4 . 10¹⁰N/m² und ist für extrem hohe Dosiergeschwindigkeiten ausreichend. Mit einer Brinellhärte (HB) von 200 bis 300 ist die Magnesiumlegierung relativ hart. Je nachdem, was für ein Produkt dosiert werden soll, kann die Magnesiumlegierung mit einer Beschichtung versehen werden. Der Abrieb der Magnesiumlegierung ist sehr gering.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben.

Ist die Vorrichtung eine Becherdosiervorrichtung, und enthält das bewegliche Teil die Becher (Anspruch 2), so wird in technisch einfacher Weise eine extrem schnell dosierende Vorrichtung erzielt. Die Becher werden durch den Druck des zu dosierenden Produkts, welches sich im Vorratsbehälter befindet, gefüllt. Da das bewegliche Teil eine sehr geringe Massenträgheit aufweist, können die Becher entsprechend schnell zwischen einer Füllposition und einer Entleerungsposition hin und her bewegt werden.

Die Dosiergeschwindigkeit hängt nur von der Trägheit des Produkts und der Geschwindigkeit des beweglichen Teils ab, wenn analog Anspruch 3 oberhalb des Teils eine den Vorratsbehälter bodenseitig begrenzende, mindestens einen Becher abdeckende Abdeckvorrichtung vorgesehen ist, und unterhalb des Teils und der Abdeckeinrichtung ein Becherauslaß vorgesehen ist. Mit einer derartigen Vorrichtung werden maximale Dosierleistungen erreicht.

Ist das bewegliche Teil um eine Mittelachse drehbar (Anspruch 4), so kann in einem zylinderförmigen Teil eine Vielzahl von Bechern vorgesehen werden. Dies hat bei einer Vorrichtung gemäß Anspruch 3 den Vorteil, daß die zur Verfügung stehende Zeit zum Füllen eines Bechers relativ hoch ist. Ist das bewegliche Teil gerade verschiebbar (Anspruch 5), so ist die Vorrichtung in kostengünstiger Weise vereinfacht.

Eine sofortige Umstellung von einem Dosiervolumen auf ein geändertes Dosiervolumen ist möglich, wenn analog Anspruch 6 die Vorrichtung eine Schnecken dosiervorrichtung ist, und das drehbare Teil eine in einem Schneckenrohr drehbare Dosierschnecke ist. Die Anzahl der Umdrehungen der Dosierschnecke bei einem Dosiervorgang bestimmt das dosierte Volumen. Durch eine Änderung der Anzahl der Umdrehungen wird das von der Vorrichtung portionsweise gespendete Produkt volumen geändert. Infolge des geringen Massenträgheitsmoments der Magnesiumlegierung kann die Dosierschnecke wesentlich schneller beschleunigt und betrieben werden als eine herkömmliche Dosierschnecke.

Dadurch erfolgt der Dosiervorgang ebenfalls wesentlich schneller. Darüber hinaus wird noch die Dosiergenauigkeit erhöht, da eine Dosierschnecke mit geringerem Massen trägheitsmoment genauer zum Stillstand kommt als eine Dosierschnecke mit höherem Massenträgheitsmoment. Auch können wegen der höheren erreichbaren Drehzahl Dosierschnecken mit deutlich geringerem Anstieg oder deutlich geringerem Durch messer eingesetzt werden, wodurch die Dosiergenauigkeit noch weiter gesteigert werden kann. Die hohe Steifigkeit der Magnesiumlegierung erlaubt zudem einen derart passgenauen Einsatz der Dosierschnecke im Schneckenrohr, daß auch Produkte mit relativ ungünstigen Fließeigenschaften gut dosiert werden können.

Als Magnesiumlegierung eignen sich Mg Ag3 Se2 Zr1 (Anspruch 7) und Mg Al9 Zn1 (Anspruch 8). Mg Ag3 Se2 Zr1 enthält 3% Silber, 2% Selen und 1% Zirkonium und wird auch als MSR-Legierung bezeichnet. Mg Al9 Zn1 enthält 9% Aluminium und 1% Zink. Beide Legierungen erfüllen sehr gut alle zuvor beschriebenen Eigenschaften einer Magnesiumlegierung und sind gut verfügbar.

Die Herstellung des Teils aus einer Magnesiumlegierung erfolgt in kostengünstiger Weise als Gußteil (Anspruch 9).

Ist die Magnesiumlegierung mit einer chemisch inerten Beschichtung versehen (Anspruch 10), so ist ein Schutz der Magnesiumlegierung gegenüber chemisch aktiven, insbesondere sauren Produkten erreicht und umgekehrt. Ein zuverlässiger Schutz ist erreicht, wenn die Magnesiumlegierung eloxiert ist (Anspruch 11).

Ist die Magnesiumlegierung mit einer antiadhäsiven Beschichtung versehen (Anspruch 12), so wird ein Anhaften des Produkts am beweglichen Teil vermieden und die Dosiergenauigkeit weiter verbessert. Als Beschichtung eignet sich besonders PTFE (Anspruch 13).

Infolge der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit der Magnesiumlegierung werden auch elektrostatische Aufladungen an der Vorrichtung vermieden, was ein Anhaften von Produkt (z. B. Sojamehl) an dem beweglichen Teil verhindert und ebenfalls die Dosiergenauigkeit verbessert.

Mit einem elektromagnetischen Linearantrieb (Linearmotor) als Antrieb für das bewegliche Teil (Anspruch 14) können Beschleunigungen des Teils bis zum Zwanzigfachen der Erdbeschleunigung realisiert werden. Infolge des geringen Trägheitsmoments der Magnesiumlegierung können auch relativ leistungsschwache Linearmotoren eingesetzt werden, so daß auch eine kostengünstige technische Realisierung des Antriebs erreicht ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in einer Draufsicht eine Becherdosier-Vorrichtung zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts, wobei das Produkt mittels eines drehbaren, aus einer Magnesiumlegierung bestehenden, beweglichen Teils aus einem Vorratsbehälter ausgetragen wird, einer den Vorratsbehälter bodenseitig begrenzenden, oberhalb eines von sechs Bechern des Teils angeordneter Abdeckeinrichtung, einem unterhalb der Abdeckeinrichtung und unterhalb des Teils angeordneten Becherauslaß, und einem Antrieb zum Drehen des beweglichen Teils;

Fig. 2 in einem Schnitt entlang A-A der Fig. 1 die Vorrichtung der Fig. 1, jedoch zusätzlich mit zwei Rührstangen eines Rührwerkes, zum Rühren von Produkt im Vorratsbehälter;

Fig. 3 in einem Vertikalschnitt eine Schneckendosiervorrichtung, deren in einem Schneckenrohr befindliche Dosierschnecke aus einer Magnesiumlegierung besteht, und die mittels eines Antriebs gedreht wird, um fließfähiges Produkt aus einem Vorratsbehälter auszutragen, sowie

Fig. 4 in einem Vertikalschnitt eine Becherdosiervorrichtung, dessen bewegliches Teil aus einer Magnesiumlegierung besteht, und in dem zwei Becher ausgespart sind, mit einem Linearmotor als Antrieb für das bewegliche Teil, und mit zwei Füllrohren, in die abwechselnd eine dosierte Produktportion abgegeben wird.

Bei einer Vorrichtung 1 zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts, z. B. eines Pulvers, ist ein bewegliches, das Produkt dosierendes Teil 2 vorgesehen, um das Produkt aus einem Vorratsbehälter 3 auszutragen (Fig. 1, Fig. 2). Ein Antrieb 17 treibt das bewegliche Teil 2 an. Das bewegliche Teil besteht aus einer Magnesiumlegierung 4. Die Vorrichtung 1 ist eine Becherdosiervorrichtung 5. Das bewegliche Teil 2 enthält sechs Becher 6 in Form von Aussparungen 7 im beweglichen Teil 2. Oberhalb des Teils 2 ist eine den Vorratsbehälter 3 bodenseitig begrenzende, einen Becher 6 abdeckende Abdeckeinrichtung 8 in Form einer Abdeckplatte 11 angebracht. Bei einer Drehung des beweglichen Teils 2 um seine Mittelachse 10 gelangen die Becher 6 nacheinander unter die passgenau jeweils einen Becher 6 abschließende Abdeckplatte 11. Während die fünf nicht unter der Abdeckplatte 11 gelegenen Becher 6 durch das im Vorratsbehälter 3 befindliche Produkt gefüllt sind, wird aus dem unter der Abdeckplatte 11 gelegenen Becher 6 eine genau dosierte Produktportion durch einen Becherauslaß 9 in ein Füllrohr 12 einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine gespendet. Umlaufende Rührstangen 13 eines Rührwerkes sorgen im Vorratsbehälter 3 für eine möglichst gleichmäßige Dichteverteilung im Produkt.

Wegen der geringen Masse des aus Mg Al9 Zn1 (14) bestehenden Teils 2 und dessen großer Steifigkeit sind eine extrem große Beschleunigung und eine extrem große Verzögerung des Teils 2 möglich. Eine Produktabgabe in das Füllrohr 12 erfolgt bei kurzzeitigem Stillstand des Teils 2. Die große Härte der Magnesiumlegierung 4 bewahrt das Teil 2, welches ein Gußteil 15 ist, vor einer vorzeitigen Abnutzung. Infolge der hohen Steifigkeit des Teils 2 ist der lichte Abstand des Teils 2 zur Abdeckplatte 11 minimiert. Ein Flattern des Teils 2 käme auch bei weiter reduzierter Masse des Teils 2 nicht vor. Mittels einer weiteren Massenreduzierung, z. B. durch Hohlräume im Teil 2, wäre das Trägheitsmoment des Teils 2 weiter reduziert, und noch größere Beschleunigungen wären erzielbar.

Die Magnesiumlegierung 4 wurde eloxiert und weist somit eine chemisch inerte Beschichtung 16 auf, die die Magnesiumlegierung 4 sowohl vor einer Reaktion mit dem Produkt als auch vor Korrosion bewahrt. Durch ein extrem schnelles Anfahren und Abbremsen des Teils 2 werden extrem hohe Dosierleistungen erzielt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Vorrichtung 1 ebenfalls eine Becherdosiervorrichtung 5. Das bewegliche Teil 2 ist gerade verschiebbar. Als Antrieb 17 für das bewegliche Teil 2 ist ein elektromagnetischer Linearantrieb 18 vorgesehen, der Beschleunigungswerte bis zum 20-fachen der Erdbeschleunigung erlaubt. Dadurch ist eine sehr hohe Dosierleistung möglich, die quasi nur durch die Massenträgheit des Produkts begrenzt ist. Durch einen Durchlaß 19 im Boden 20 eines Vorratsbehälters 3 gelangt Produkt in einen Becher 6, währenddessen ein anderer Becher 21 gerade durch einen Becherauslaß 9 in ein Füllrohr 22 entleert wird. Nach einem Verschieben des beweglichen Teils 2 nach links wird sodann der Becher 21 durch den Durchlaß 19 befüllt, währenddessen das abgemessene Produktvolumen des Bechers 6 in das Füllrohr 23 entleert wird.

Die Magnesiumlegierung 4 des Teils 2 ist in den Bechern 6, 21 mit PTFE 25 als einer antiadhäsiven Beschichtung 24 versehen, um Produktanhaftungen in den Bechern 6, 21 und damit verbundene Dosiergenauigkeiten zu vermeiden.

Die Vorrichtung 1 kann auch eine Schneckendosiervorrichtung 26 sein (Fig. 3). Das bewegliche Teil 2 ist eine in einem Schneckenrohr 27 befindliche, mittels eines Antriebs 17 drehbare Dosierschnecke 28. Infolge des geringen Trägheitsmomentes der aus einer Magnesiumlegierung 4 gefertigten Dosierschnecke 28 ist diese extrem schnell beschleunigbar und verzögerbar. Dazwischen kann sie extrem schnell betrieben werden, so daß eine durch eine feste Anzahl von Umdrehungen vorgegebene Produktportion sehr schnell aus einem Vorratsbehälter 3 ausgebracht werden kann. Die Dosiergenauigkeit ist dabei sehr hoch, da die Dosierschnecke 28 wegen ihres geringen Trägheitsmoments winkelgenau gestoppt werden kann. Bei Einsatz eines Linearmotors als Antrieb 17 kann diese Winkelgenauigkeit noch verbessert werden, da ein Linearmotor sehr ortsgenaue Bewegungen bewirkt. Die Härte und Steifigkeit der Magnesiumlegierung 4 erlauben eine lange Einsatzdauer der Dosierschnecke 28 ohne nennenswerten Verschleiß.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

bewegliches Teil

3

Vorratsbehälter

4

Magnesiumlegierung

5

Becherdosiervorrichtung

6

Becher

7

Aussparung

8

Abdeckeinrichtung

9

Becherauslaß

10

Mittelachse

11

Abdeckplatte

12

Füllrohr

13

Rührstange

14

Mg Al9 Zn1

15

Gußteil

16

Beschichtung

17

Antrieb

18

elektromagnetischer Linearantrieb

19

Durchlaß

20

Boden

21

Becher

22, 23

Füllrohr

24

Beschichtung

25

PTFE

26

Schneckendosiervorrichtung

27

Schneckenrohr

28

Dosierschnecke

Claims

1. Vorrichtung zum volumetrischen Dosieren eines fließfähigen Produkts, mit einem beweglichen, das Produkt dosierenden Teil, wobei das Produkt vom beweglichen Teil aus einem Vorratsbehälter ausgetragen wird, und ein Antrieb das bewegliche Teil antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (2) aus einer Magnesiumlegierung (4) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Becherdosiervorrichtung (5) ist, und daß das bewegliche Teil (2) die Becher (6, 21) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Teils (2) eine den Vorratsbehälter (3) bodenseitig begrenzende, mindestens einen Becher (6) abdeckende Abdeckeinrichtung (8) vorgesehen ist, und daß unterhalb des Teils (2) und der Abdeckeinrichtung (8) ein Becherauslaß (9) vorgesehen ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (2) um eine Mittelachse (10) drehbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (2) gerade verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Schneckendosiervorrichtung (26) ist, und daß das bewegliche Teil (2) eine in einem Schneckenrohr (27) befindliche, drehbare Dosierschnecke (28) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2, Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnesiumlegierung Mg Ag3 Se2 Zr1 vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß als Magnesiumlegierung (4) Mg Al9 Zn1 (14) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß das Teil (2) ein Gußteil (15) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung (4) mit einer Beschichtung (16) versehen ist, und die Beschichtung (16) chemisch inert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium legierung (4) eloxiert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung (2) mit einer Beschichtung (24) versehen ist, und die Beschichtung (24) antiadhäsiv ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) PTFE (25) enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb (17) ein elektromagnetischer Linearantrieb (18) vorgesehen ist.