DE19910212C2 - Zwei-Komponenten-Dosiervorrichtung für Schüttgüter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwei-Komponenten-Dosiervorrichtung für trockene und rieselfähige Schüttgüter in Pulver- oder Granulatform, zur Herstellung einer Materialmischung mit regelbarer Veränderung des Mischungsverhältnisses. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl für kontinuierliche Prozesse als auch für diskontinuierliche Prozesse, d. h. für Chargenbetrieb verwendet werden.

Es sind Dosiervorrichtungen für rieselfähige Schüttgüter bekannt, bei denen die Eigenschaften des freien Materialausflusses aus Behältern genutzt wird, um durch Querschnittsveränderungen die Größe des Materialstromes zu regeln. Dazu werden an sich bekannte Absperrarmaturen wie Schieber, Kugelhähne, Klappen, Schlauchventile usw. sowohl durch handbetätigte als auch durch fern­ betätigte Antriebselemente (pneumatische, hydraulische und elektromotorische) so angesteuert, daß der Auslaufquerschnitt entsprechend den Leistungsanfor­ derungen vergrößert oder verkleinert wird. Dadurch wird der unter Gravitations­ einfluß aus dem darüber befindlichen Behälter austretende Materialstrom so verändert, daß die Ausflußleistung dem vorgegebenen Soll-Wert entspricht. Dies führt aufgrund der Schüttguteigenschaften bei kleinen Querschnitten dazu, daß das Material im Auslaufbereich eine Brücke bildet und dadurch kein gleich­ mäßiger Materialstrom gewährleistet ist.

Es sind weiterhin Dosiervorrichtungen bekannt, die den Materialstrom bei vol­ lem Öffnungsquerschnitt regeln, um die oben benannten Nachteile bei kleinen Austragsleistungen zu verhindern. Dazu werden die Dosiereinrichtungen im Zeitintervall geöffnet und geschlossen. Insbesondere sind Dosierschieber mit Schlitzauslauf bekannt, die während des Dosiervorganges intermittierend ar­ beiten, d. h. in wechselndem Zeitrythmus öffnen und schließen. Da sowohl die Öffnungs- als auch die Schließzeiten regelbar sind, wird der volle Materialstrom in einzelne definierte Teilströme unterteilt. Je nach Größe des Teilstromes und der Pausenzeit kann die Austragleistung geregelt werden. Die führt allerdings zu einem stark pulsierenden Materialstrom.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird das Aufgabegut nicht ausschließlich durch die Gravitationskraft der nachfolgenden Einrichtung zugeführt sondern durch mechanische Einrichtungen, die eine zwangsweise gleichmäßige Förde­ rung gewährleisten.

So zeigt z. B. DE 44 18 547 eine Behälterwaage für Chargenbetrieb, die durch mehrere Aufgabeschnecken befüllt wird. Diese Einrichtung ist allerdings nur dazu geeignet, eine Komponente nacheinander zu dosieren, um ein Gemisch aus zwei oder mehreren Komponenten herzustellen. Jede Aufgabeschnecke für sich ist durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors in ihrer Leistung regelbar. Die Komponentengröße wird gravimetrisch durch Vorgabe aus der Dosiersteuerung bestimmt.

Ein weiteres Beispiel ist in DE 197 28 624 beschrieben. Auch hier wird im dis­ kontinuierlichen Chargenbetrieb zwei oder mehr Komponenten einem Wägebe­ hälter zugeführt. Jede Schnecke für sich wird wieder über die Dosiersteuerung geregelt. Die weitere Verwendung der Charge ist für die Betrachtung der Do­ siereinrichtung in diesem Fall nicht von Bedeutung.

Ein kontinuierliches Verfahren wird in US-Patent 3.979.107 näher beschrieben. Es handelt sich dabei um eine kontinuierlich arbeitende Aufgabevorrichtung für Additive, die in dem Produkteinlauf 6 aufgegeben werden. Der zweite Zulauf 5 dient in diesem Fall einem Reinigungsmaterial, das für die weitere Betrachtung nicht relevant ist. Das Aufgabegut aus der Kammer 6 wird mit der Schnecke 3 dem Hauptmaterialstrom aus dem Behälterauslauf 2 zugeführt und im Bereich des Anschlußstutzen 1 vermischt. Die Regelbarkeit des Hauptmaterialstromes ist nicht vorgesehen. Die Größe dieses Materialstromes richtet sich allein nach der Entnahmemenge durch die nachgeschaltete Verarbeitungsmaschine, hier im Bereich der Kunststoffbearbeitung eines Schneckenextruders. Das Mi­ schungsverhältnis wird somit allein durch die Leistung der Dosierschnecke 3 bestimmt. Dazu ist der Antriebsmotor 7 regelbar ausgeführt oder wird intermit­ tierend mit Betriebs- und Pausenzeiten betrieben, um die Aufgabemenge von Additiv zu ändern bzw. zu regeln.

Ein anderes Beispiel für einen kontinuierlichen Aufgabeprozeß für zwei Kompo­ nenten ist in DE-AS 25 29 868 beschrieben. Wie im oben genannten Beispiel wird auch hier ein Additiv mit einer separaten Dosierschnecke 12 dem Hauptmateri­ alstrom im Aufgabetrichter 5 zugeführt. Die Größe des Hauptmaterialstromes ist allein bestimmt durch die Dosierleistung der Zellenradschleuse der Blasma­ schine. Die Größe der Additivmenge wird direkt geregelt über die Drehzahl der Zellenradschleuse bzw. wieder in Aussetzbetrieb mit Betriebs- und Pausenzeit. Die Abschirmung 13 hat keine regelnde Funktion sondern verhindert lediglich das Eindringen des Hauptmaterialstromes in die Dosierschnecke für Additiv.

Die betrachteten kontinuierlich arbeitenden Dosiervorrichtungen für Additiv sind nur dafür ausgelegt, kleinere Mengen Zusatzstoffe einem Hauptmaterialstrom zuzuführen. Erfahrungsgemäß liegt der Anteil an Additiv in der Größenordnung von 5-10% des Hauptstromes. Ein größerer Regelbereich, d. h. ein Regelbe­ reich bei dem der Zusatzstoff zur Hauptkomponente wird und Größenordnun­ gen von 60-70% erreicht, ist nicht möglich.

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit, bei der durch Regelung der zwangs­ weise mittels Dosierschnecke zugeführten Zusatzkomponente automatisch die unter Gravitationseinfluß zugeführte Hauptkomponente in ihrer Leistung beein­ flußt wird. Mit steigendem Anteil an Komponente 1 wird automatisch der Anteil der Komponente 2 reduziert bzw. bei Verkleinerung des Anteiles an Kompo­ nente 1 steigt automatisch der Anteil an Komponente 2. Um dies in der Praxis realisieren zu können, wird die Dosiereinheit für die Komponente 1 als Dosier­ schnecke mit Anpreßklappe ausgeführt. Komponente 2 wird in an sich bekann­ ter Weise unter Gravitationseinfluß aus einem Behälter ausgetragen, wobei die Absperrarmatur am Behälter lediglich als Verschlußorgan dient. Am Mischkopf wird sowohl die Dosierschnecke für Komponente 1 als auch der Behälterauslauf Komponente 2 angeschlossen. Die Anpreßklappe der Dosierschnecke beein­ flußt automatisch den Auslaufquerschnitt für Komponente 2.

Im nachfolgenden ist der Erfindungsgegenstand näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt die Dosiereinheit im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch den Mischkopf.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch den Schneckeneinlauf.

Das Schneckenrohr (1) ist stirnseitig mit dem Mischkopf (2) fest verbunden. Im Schneckenrohr (1) befindet sich in an sich bekannter Weise das Schneckenge­ winde (3), das dem jeweiligen zu dosierenden Schüttgut nach dem Stand der Technik angepaßt wird. So können sowohl Schneckengewinde mit Vollgewinde, Bandgewinde oder verstellbaren Paletten ausgeführt werden. Weiterhin sind progressive Schneckengewinde und seelenlose Gewinde bekannt. Der Antrieb erfolgt mit Drehstromgetriebemotor (4), der regelbar ausgeführt wird. Hier ste­ hen nach dem Stand der Technik sowohl Ansteuerungen über Frequenzum­ richter als auch Servoantriebe zur Verfügung.

Am Schneckenrohr (3) ist der Aufgabeschacht (5) angebracht, der entspre­ chend den Fließeigenschaften des Schüttgutes Komponente 1 ausgebildet wird. Bei schlecht fließenden Produkten ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ein vergrößer­ ter Einlaufschacht üblich. In bekannter Weise können hier auch zusätzliche Austraghilfen installiert werden. Das Schüttgut Komponente 1 wird im darüber­ liegenden Behälter (6) bereitgestellt.

Im Gegensatz zu der Komponente 1 muß die im Behälter (7) bereitgestellte Komponente 2 rieselfähig sein. Der Auslauf des Vorlagebehälters (7) wird mit der Absperrarmatur (8) geöffnet und geschlossen. Der Antrieb kann sowohl handbetätigt als auch wie in Fig. 1 dargestellt, mit einem Pneumatikzylinder (9) erfolgen. Es sind jedoch auch hydraulische und elektromotorische Ansteue­ rungen üblich.

Im Mischkopf (2) ist die Anpreßklappe (11) drehbar in den Flanschlagern (12) in an sich bekannter Weise befestigt und gelagert. An der Klappenwelle (13) ist mit Hebel (14) und Klemmverbindung (15) das verstellbare Laufgewicht (16) befestigt. Durch die Verstellung des Hebels (14) einerseits und der Ausladung des Laufgewichtes (16) andererseits kann die Anpreßkraft der Anpreßklappe (11) den Schüttguteigenschaften der Komponente 1 angepaßt werden. Das Schneckenrohr (1) endet im Mischkopf (2) mit der stirnseitigen Öffnung (17) die in ihrer Schräge der Anpreßklappe (11) angepaßt ist. Der durch das Schnec­ kengewinde (3) transportierte Materialstrom öffnet beim Austreten aus dem Querschnitt (17) des Förderrohres (1) die Anpreßklappe (11) gegen die Gegen­ kraft des Laufgewichtes (16).

Der Anschluß der Komponente 2 am Mischkopf (2) erfolgt mit dem Anschluß­ stutzen (18) der über den Deckel (19) hinaus in den Mischkopf (2) hineinragt. An diesem Teil des Stutzens ist die elastische Manschette (20) befestigt, die auf ihrer Austrittsseite (21) der Schräge der Anpreßklappe angepaßt ist.

Unterhalb des Mischkopfes (2) befindet sich der Anschluß (22) für die Weiter­ verarbeitung des Produktgemisches.

Im nachfolgenden werden die beiden Extremfälle für den Dosiervorgang be­ trachtet:

Ist die Dosierschnecke (3) außer Betrieb, so wird der stirnseitige Auslauf (17) durch die Anpreßklappe (11) verschlossen. Der größtmögliche Querschnitt (a) zwischen Auslauf (21) und Anpreßklappe (11) ist für die Komponente 2 freige­ geben. Bei dieser Einstellung wird nur Komponente 2 dosiert.

Der andere Extremfall entsteht dann, wenn die Dosierschnecke (3) mit größt­ möglicher Drehzahl arbeitet und die Anpreßklappe (11) soweit geöffnet ist, daß der Auslaufquerschnitt (21) geschlossen wird, d. h. der freie Querschnitt für die Komponente 2 ist null. Es wird nur Komponente 1 dosiert.

Alle anderen Mischungsverhältnisse liegen zwischen diesen beiden Extrem­ werten. Wird nunmehr, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Zwei-Komponenten- Gemisch hergestellt, so wird durch die Ansteuerung der Dosierschnecke (3) über die Drehzahlregelung des Motors (4) die Anpreßklappe (11) um einen Teilbereich geöffnet. Aus dem freibleibenden Querschnitt (b) wird die Kompo­ nente 2 in den Mischkopf (2) ausgetragen. Durch die Ausbildung des Auslaufes für die Komponenten 2 als elastische Manschette (20) einerseits und dem durch die Dosierschnecke (3) erzeugten, pulsierenden Materialstrom wird die Anpreß­ klappe (11) ebenfalls in Pulsation, d. h. in leichte Pendelbewegung versetzt. Diese Pulsation überträgt sich auf den elastischen Auslauf (21), so daß die pul­ sierende Bewegung als Auslaufhilfe dient und die Fließeigenschaften der Kom­ ponente 2 im Auslaufbereich verbessert. Dadurch ist gewährleistet, daß auch bei kleinen freien Auslaufquerschnitten (b) ein kontinuierlicher Materialstrom entsteht.

Der Leistungsbereich der Dosierelemente kann einerseits durch mechanischen Austausch einzelner Komponenten zur Veränderung der freien Querschnitte (a) oder des Auslaufquerschnittes (21) oder andererseits durch Drehzahländerung an der Schnecke (3) der Aufgabenstellung entsprechend angepaßt werden. So kann durch Austausch des Stutzen (18) mit Deckel (19) und elastischer Man­ schette (20) der Auslaufquerschnitt (21) vergrößert oder verkleinert werden. Durch die Länge der elastischen Manschette (20) kann sowohl der freie Quer­ schnitt (a) als auch der Öffnungswinkel der Anpreßklappe (11) verändert wer­ den.

Claims (3)

1. Zwei-Komponenten-Dosiervorrichtung für trockene, rieselfähige Schütt­ güter in an sich bekannter Weise mit Schneckenrohr (1) und Schnecken­ gewinde (3) für die Komponente 1 und in an sich bekannter Weise unter Gravitationseinfluß für Komponente 2 aus Vorlagebehälter (7) mit Ab­ sperrarmatur (9) und Anschlußstutzen (18) am Mischkopf (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponente mit drehzahlgeregeltem Schnec­ kengewinde (3), deren äußeres Schneckenrohr (1) im Mischkopf (2) mit stirnseitigem Auslauf (17) endet und mit der im Mischkopf (2) installierten Anpreßklappe (11) verschlossen ist, dosiert wird und die Anpreßklappe (11) entsprechend dem durch das Schneckengewinde (3) transportierten Materialstrom geöffnet oder geschlossen und damit gleichzeitig der freie Querschnitt (b) am elastischen Auslauf (21) der Komponente 2 entspre­ chend vergrößert oder verkleinert und dadurch die andere Komponente gravimetrisch dosiert wird, wobei die Schräge der stirnseitigen Auslauf­ öffnung (17) am Schneckenrohr (1) und die Schräge am Auslauf (21) der Neigung der Anpreßklappe (11) in der jeweiligen Endlage angepaßt ist.

2. Zwei-Komponenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Auslauf (20) als elastische Manschette ausgeführt ist.

3. Zwei-Komponenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft der Anpreßklappe (11) durch Ver­ stellen des Hebels (14) und des Laufgewichtes (16) eingestellt werden kann.