DE19743057A1

DE19743057A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren eines pulverförmigen Produkts in Verpackungsbehälter

Info

Publication number: DE19743057A1
Application number: DE1997143057
Authority: DE
Inventors: Juergen Haak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 = 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.

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

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).