DE19743057A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in VerpackungsbehälterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren eines
pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einem derartigen bekannten
Verfahren wird die Dosierschnecke eines Schneckendosierers
zum Dosieren einer ersten Teilfüllgutmenge um einen
bestimmten Drehwinkel gedreht. Anschließend wird der so
befüllte Verpackungsbehälter auf einer Kontrollwaage
gewogen, und die noch zur Gesamtfüllmenge fehlende zweite
Teilfüllgutmenge an einem Nachdosierer nachdosiert. Das
bekannte Verfahren arbeitet zwar sehr genau, eine nach dem
Verfahren arbeitende Vorrichtung ist jedoch aufgrund der
beiden Dosierer relativ teuer. Bei einem weiteren bekannten
Verfahren wird auf einen Nachdosierer verzichtet. In diesem
Fall werden die an der Kontrollwaage festgestellten
Fehlmengen zur Regelung des Drehwinkels der Dosierschnecke
des einzigen Dosierers verwendet. Nachteilig bei dem zuletzt
genannten Dosierverfahren ist, daß es aufgrund der relativ
langen Regelstrecke relativ ungenau arbeitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Dosieren eines
pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß die Messung der Füllgutmenge während des
Abfüllprozesses direkt am Schneckendosierer erfolgt. Dadurch
kann bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitenden Dosiereinrichtung auf nachgeschaltete
zusätzliche Kontrollwaagen und Dosiereinrichtungen
verzichtet werden. Ferner arbeitet es aufgrund der kurzen
Regelstrecke prinzipiell sehr genau.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Dosieren eines
pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter und einer
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden
Dosiervorrichtung 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 die Fig. 1 einen Teil eines
Schneckendosierers in einem Längsschnitt, die Fig. 2 die
von einem Sensor erfaßten Verformungen eines Füllrohrs
während des Abfüllprozesses und die Fig. 3 den zeitlichen
Verlauf der Dosierschneckendrehzahl bei Dosiervorgängen.
Die in der Fig. 1 dargestellte Dosiervorrichtung 10 dient
zum Befüllen von nicht dargestellten Verpackungsbehältern,
beispielsweise von Schlauchbeutelpackungen, in einer
Verpackungsanlage mit einem pulverförmigen Produkt, zum
Beispiel mit Kaffee. Die Dosiervorrichtung 10 hat einen
Schneckendosierer 11 mit einer Dosierschnecke 12, die von
einem Dosierrohr 13 mit einem an dem Dosierrohr 13
angekoppelten, dem Dosierrohr 13 zugeordneten
Dosierrohrstutzen 14 umgeben ist. Am Auslaßende 16 des
Dosierrohrstutzens 14 ist eine Preßscheibe 17 am Ende der
Dosierschnecke 12 befestigt, so daß zwischen der Preßscheibe
17 und des Dosierrohrstutzens 14 ein ringförmiger Durchlaß
für das Produkt 1 gebildet wird.
Auf dem dem Auslaßende 16 zugewandten Außenumfang des
Dosierrohrstutzens 14 ist oberhalb der Preßscheibe 17 ein
Verformungssensor 20 angeordnet. Der Verformungssensor 20
besteht beispielsweise aus an sich bekannten
Dehnmeßstreifen, die Umfangs- und somit
Durchmesseränderungen des Dosierrohrstutzens 14 im Bereich
des Verformungssensors 20 erfassen.
Der Verformungssensor 20 ist mittels eines Kabels 21 mit
einer Steuereinrichtung 22 der Dosiervorrichtung 10
verbunden. Die Dosiervorrichtung 10 steuert wiederum über
eine Leitung 23 einen Antriebsmotor 24 der Dosierschnecke 12
an. Das Dosierrohr 13 und der Dosierrohrstutzen 14 sind von
einem Formrohr 25 umgeben, das zum Formen von
Schlauchbeutelpackungen in einer Schlauchbeutelmaschine
dient.
Die oben beschriebene Vorrichtung 10 arbeitet wie folgt:
Mittels des Schneckendosierers 11 soll in einen
Verpackungsbehälter eine bestimmte Füllgutmenge des Produkts
1, die zum Beispiel eine Masse von 1kg aufweist, dosiert
werden. Dazu muß die Dosierschnecke 12 um einen bestimmten
Gesamtdrehwinkelbetrag α vom Antriebsmotor 24 gedreht
werden. Dies erfolgt mittels der Steuereinrichtung 22, die
an den Antriebsmotor 24 während einer stets gleich langen
Dosier- bzw. Zykluszeitzeit Z (erforderlich bzw. sinnvoll,
um die Vorrichtung 10, die Bestandteil einer größeren
Verpackungsanlage ist, mit dieser zu synchronisieren)
Dosierimpulse n an den Antriebsmotor 24 abgibt. Eine
Beeinflussung des Gesamtdrehwinkels α erfolgt dabei über der
Anzahl der Dosierimpulse n während des Abstoppvorgangs der
Dosierschnecke 12 (siehe Fig. 3). Die Anpassung des
Gesamtdrehwinkels α der Dosierschnecke 12 für eine bestimmte
Füllgutmenge ist erforderlich, da es bei den abzufüllenden
Produkten 1 von Charge zu Charge zu Dichteschwankungen Δϕ
kommen kann, wobei gilt:
Δϕ= Δm/V [g/cm3].
Ferner kann es auch zu Füllgradschwankungen ΔV [cm3]
innerhalb der Dosierschnecke 12 kommen. Sowohl die
Dichteschwankungen Δϕ des Produkts 1, als auch die
Füllgradschwankungen ΔV der Dosierschnecke 12 ändern somit
bei gleichem Gesamtdrehwinkel α der Dosierschnecke 12 die
abgegebene Füllgutmenge.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die durch eine
Dichteschwankung Δϕ des Produkts 1 und/oder
Füllgradschwankung ΔV der Dosierschnecke 12 sich ändernde
Verformungskraft auf den Dosierrohrstutzen 14, verursacht
durch das Produkt 1, zu erfassen und auszuwerten. Dabei gilt
für die auf den Dosierrohrstutzen 14 einwirkende
Verformungskraft F:
F ∼ m(Produkt).b (Produkt)
wobei:
m = Masse [g]
b = Beschleunigung [m/s2]
mit
m = Masse [g]
b = Beschleunigung [m/s2]
mit
m = ϕ.V
gilt somit:
F ∼ ϕ.V.b
Dichteschwankungen Δϕ und Füllgradschwankungen ΔV
verursachen somit eine Kraftänderung ΔF am
Austrittsquerschnitt des Dosierrohrstutzens 14.
Für die Spannung σ im Dosierrohrstutzen 14 gilt:
σ=F/A=ε.E
bzw.
ε= F/(A.E)
wobei
ε = ΔX/Xo
das bedeutet:
Δε ∼ ΔF ∼ Δm
A = const. = Fläche Dosierrohrstutzen 14 am Austritt
E = const. = E-Modul Dosierrohrstutzen 14
ε = Dehnung
X = Länge.
E = const. = E-Modul Dosierrohrstutzen 14
ε = Dehnung
X = Länge.
In Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß sich
Verformungskraftänderungen proportional zu Masseänderungen
und proportional zu Dehnungsänderungen verhalten. Der
konkrete Zusammenhang zwischen Verformungen am
Dosierrohrstutzen 14, die durch den Verformungssensor 20
erfaßt werden, und Gewichtsschwankungen muß für jedes
Produkt 1 in Versuchsreihen experimentell ermittelt werden.
Für die vom Verformungssensor 20 gemessenen Verformungen
bzw. Dehnungen ε kann der in der Fig. 2 dargestellte,
idealisierte Kurvenverlaufs erwartet werden. Aus dem
Kurvenverlaufs ist ersichtlich, daß
ε = ∫ε(t)dt ∼ m ∼ N (Anzahl der Dosierimpulse).
Bei der Erprobung eines Produkts 1 auf der Vorrichtung 10
wird eine Sollkurve erstellt, welche bei vorgegebener und
bekannter Anzahl und zeitlichem Verlauf von Dosierimpulsen n
des Schneckendosierers 11 den Zusammenhang zwischen
gemessener Verformung bzw. Dehnung ε und dem gemessenen
Sollgewicht der abgefüllten Füllgutmenge an einer
Kontrollwaage sicherstellt. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, daß bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Sollkurvenverläufen s die Sollfüllmenge dosiert wird. Beim
Betrieb der Vorrichtung 10 während der Produktion werden nun
zwischen dem Beginn der Dosierimpulse n (Beginn der Drehung
der Dosierschnecke 12) und dem mit t(mess) in den Fig. 2
und 3 bezeichneten Zeitpunkt die von dem Verformungssensor
20 gemessenen Dehnungen ε der Steuereinrichtung 22 als
Eingangsgröße zugeführt. Wird beispielsweise ein
Kurvenverlauf entsprechend der Kurve u nach Fig. 2
ermittelt, bei dem die gemessenen Dehnungen ε unterhalb der
Sollkurve s verlaufen, so wird daraus entsprechend den oben
beschriebenen mathematischen Zusammenhängen auf eine relativ
geringe Füllgutdichte ϕ des Produkts 1 bzw. einen relativ
geringen Füllgrad V der Dosierschnecke 12 geschlossen. In
beiden Fällen würde das zu einer Unterdosierung des Produkts
1 führen. Demzufolge wird von der Steuereinrichtung 22
zwischen den Zeitpunkten t(mess) und t(x) (Beginn des
Herunterfahrens der Dosierschneckendrehzahl) ein
modifizierter Dosierimpulskurvenabschnitt u3 berechnet und
der Antriebsmotor 24 entsprechend angesteuert, der beim
Herunterfahren der Dosierschneckendrehzahl über dem
entsprechenden Sollkurvenabschnitt s verläuft. Dies ist
gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Gesamtdrehwinkels α
der Dosierschnecke 12 bis zu deren Abstoppen im Zeitpunkt
t(ende) bzw. einer Nachdosierung von Produkt 1. Infolge der
erhöhten Drehzahl während des Herunterfahrens der
Dosierschnecke 12 verläuft der zugeordnete Abschnitt u2 in
der Fig. 2 nunmehr oberhalb der entsprechenden Sollkurve s.
Der Vervollständigung halber sind in den Fig. 2 und 3
noch gegenüber dem eben beschriebenen Fall zusätzlich
Kurvenverläufe v dargestellt, bei denen beim Herunterfahren
der Dosierschneckendrehzahl eine gegenüber dem
Sollkurvenverlaufs geringere Dosierung des Produkts 1
vorgesehen ist, um eine Überdosierung des Produkts 1 zu
vermeiden.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die in den Fig. 2
und 3 dargestellten Kurvenverläufe vereinfacht bzw.
idealisiert dargestellt sind. In der Praxis werden diese
Kurvenverläufe stark von der jeweiligen Auslegung des
Schneckendosierers 11 und des Produkts 1 abhängen. In diesem
Zusammenhang wird noch auf die Erfassung der Dehnungen ε
durch den Verformungssensor 20 hingewiesen. Zum Erzielen
einer hohen Genauigkeit des erfindungsgemäßen
Dosierverfahrens sind eine möglichst hohe Auflösung bzw.
große Dehnungen ε bei Parameteränderungen wünschenswert.
Dies wird zum einen (neben der Genauigkeit und Auflösung des
Verformungssensors 20 selbst) durch die Auslegung der
Pressscheibe 17, und zum andern durch das Material des
Dosierrohrstutzens 14 bestimmt. Je größer der Durchmesser
der Preßscheibe 17, desto stärker wird das Produkt 1
unmittelbar am Auslaß des Dosierrohrstutzens 14 verdichtet.
Demzufolge wird eine erhöhte Kraft F auf den
Dosierrohrstutzen 14 ausgeübt, was zu einer größeren Dehnung
ε des Dosierrohrstutzens 14 führt. Hohe Dehnungen ε können
jedoch auch durch die Verwendung eines Materials für den
Dosierrohrstutzen 14 mit relativ geringem E-Modul erzielt
werden. Dies bedeutet, daß der Dosierrohrstutzen 14 zum
Beispiel aus einem "elastischeren" Material besteht als das
Dosierrohr 13.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der von
der Steuereinrichtung 22 ermittelte, erforderliche
Gesamtdrehwinkel α für die bestimmte Füllgutmenge bereits
beim jeweiligen Dosiervorgang selbst verwirklicht. Um
mögliche Meßfehler, die ansonsten zu einer Fehldosierung
führen würden zu reduzieren, ist es jedoch auch denkbar,
eine Mittelwertbildung von aufeinanderfolgenden
Gesamtdrehwinkeln α anzuwenden. Während die für den
folgenden, neuen Mittelwert erforderlichen Abfüllvorgänge
stattfinden wird der zuletzt berechnete Mittelwert des
Gesamtdrehwinkels α an der Dosierschnecke 12 eingestellt.
Claims (7)
- l. Verfahren zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts (1) in Verpackungsbehälter, mit einer eine Dosierschnecke (12) aufweisenden Dosiervorrichtung (11), die das Produkt (1) durch Drehen der Dosierschnecke (12) längs eines Dosierrohres (13) fördert und durch einen am Auslaßende des Dosierrohres (13) angeordneten Stutzen (14) in die Verpackungsbehälter abgibt, wobei die Dosierschnecke (12) zum Dosieren einer bestimmten Füllgutmenge von einer Steuereinrichtung (22) der Dosiervorrichtung (11) derart angesteuert wird, daß sich die Dosierschnecke (12) um einen bestimmten Gesamtdrehwinkel (α) dreht, dadurch gekennzeichnet, daß während des Dosiervorganges die Verformung (ε) des Dosierrohres (13) bis zu einem bestimmten Zeitpunkt (t(mess)) erfaßt wird, daß die Verformung (ε) der Steuereinrichtung (22) der Dosiervorrichtung (11) als Eingangsgröße zugeführt wird und daß die Steuereinrichtung (22) daraus einen Gesamtdrehwinkel (α) der Dosierschnecke (12) für die bestimmte Füllgutmenge ermittelt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Steuereinrichtung (22) während eines Abfüllvorgangs für die bestimmte Füllgutmenge ermittelte Gesamtdrehwinkel (α) der Dosierschnecke (12) während desselben Abfüllvorgangs erzielt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während mehrerer aufeinander folgender Abfüllvorgänge jeweils Gesamtdrehwinkel (α) von der Steuereinrichtung (22) ermittelt werden, aus denen ein Mittelwert gebildet wird und daß für die darauffolgenden Abfüllvorgänge der Mittelwert als Gesamtdrehwinkel (α) eingestellt wird.
- 4. Vorrichtung (10) zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts (1) in Verpackungsbehälter nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 3, mit einer von einem Dosierrohr (13) umfaßten Dosierschnecke (12) , dadurch gekennzeichnet, daß an einem Umfang des Dosierrohrs (13) wenigstens ein mit einer Steuereinrichtung (22) zum Antreiben der Dosierschnecke (12) verbundener Verformungssensor (20) angeordnet ist, der Verformungen (ε) des Dosierrohrs (13) erfaßt.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Verformungssensor (20) nahe des Auslaßendes des Dosierrohrs (13) im Bereich eines Stutzens (14) angeordnet ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stutzens (14) eine Preßscheibe (17) angeordnet ist, die einen ringförmigen Durchlaß für das Produkt (1) ausbildet.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (14) aus einem Material besteht, dessen Elastizitätsmodul (ε) geringer ist als der Elastizitätsmodul (ε) des Materials des übrigen Dosierrohrs (13).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997143057 DE19743057A1 (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997143057 DE19743057A1 (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19743057A1 true DE19743057A1 (de) | 1999-04-01 |
Family
ID=7844045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997143057 Withdrawn DE19743057A1 (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19743057A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011077782A1 (de) | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts |
WO2017174367A1 (de) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur abfüllung eines produkts |
CN109248090A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-22 | 温镇洋 | 粉末状药物药瓶、药瓶组件、胶囊药物分装器及服用方法 |
CN113401380A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-17 | 中天上材增材制造有限公司 | 用于粉末定量包装的出料装置 |
-
1997
- 1997-09-30 DE DE1997143057 patent/DE19743057A1/de not_active Withdrawn
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |