DE2903259C2 - Verfahren zum Dosieren von Materialien mit wechselnden Fließeigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Materialien mit wechselnden Fließeigenschaften in Einzelmengen mit einem vorgegebenen Sollgewicht, bei welchem das Gewicht des ausgetragenen Materials laufend gemessen wird, aus der zeitlichen Änderung der gemessenen Gewichtswerte laufend die Austragsleistung bestimmt wird und die Austragsgeschwindigkeit eines Austragsorgans in Abhängigkeit von der Differenz des gemessenen Gewichtswertes zum Sollgewicht und von der Austragsleistung verändert wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 22 02 591 bekannt. Dabei wird der Umschaltpunkt von Grob- auf Feinstrom des Austragsorgans in Abhängigkeit von der während der Dosierung ermittelten Fließgeschwindigkeit des Materials, d. h. der Austragsleistung, korrigiert. Dieses Dosierverfahren weist im wesentlichen folgende Nachteile auf. Die Werte für den Feinstrom sind abhängig von den Parametern des Materials, insbesondere von dessen Schüttgewicht. Sollen mit einer Vorrichtung mehrere Materialien dosiert werden, muß die Austragsgeschwindigkeit für den Feinstrom jeweils neu optimiert werden, da die an eine Dosiervorrichtung gestellten Forderungen von hoher Dosierleistung und hoher Dosiergenauigkeit ein gegenläufiges Verhalten zeigen. Diese Arbeiten sind aufwendig und zeitraubend. Die dadurch entstehenden Inbetriebnahmekosten sind nicht akzeptabel. Darüberhinaus ist bei geringen Sollgewichten, die innerhalb des Feinstrombereichs liegen, die Dosierzeit unverhältnismäßig hoch, da die gesamte Materialmenge im Feinstrom dosiert werden muß.

Aus der DE-OS 27 18 678 ist es bei einem Verfahren zum Wiegen eines Verpackungsgutes durch Entleeren in einen Wiegebehälter bekannt, die Geschwindigkeit der Austragsvorrichtung fortlaufend zu verringern, wenn sich das Gewicht des Füllgutes dem vorgeschriebenen Gewicht nähert Hierbei ist eine vom Füllstand . abhängige Steuerung der Austragsgeschwindigkeit vorgesehen. Bei dem bekannten Verfahren wird mit zwei Wiegevorrichtungen gearbeitet, wobei eine Wiegevorrichtung für die Grobdosierung und eine Wiegevorrichtung für die Feindosieruag vorgesehen ist

Aus der DE-OS 26 06 518 ist eine automatisch gesteuerte Wiegebeschickungsvorrichtung mit fortlaufender Förderung für kontinuierlichen Betrieb bekannt Hierbei wird die Abgaberate von fluidförmigen Material aus einem Behälter auf einem bestimmten konstanten Wert gehalten. Die Abgaberate des Materials, die in Form eines elektrischen Signals vorliegt, wird zu diesem Zweck mit einem Referenzsignal verglichen. Das Ausgangssignal einer Komperatorschaltung dient zur Steuerung der Drehzahl des Motors der Austragsvorrichtung.

Bei aller, bekannten Dosierverfahren machen Materialien erhebliche Schwierigkeiten, die zum Verklumpen und Zusammenbacken neigen. Die Folge davon ist, daß im Austragsorgan teilweise Materiallücken auftreten, die eine sehr stark schwankende Austragsgeschwindigkeit ergeben und in dem oben zuerst genannten Dosierverfahren beispielsweise ein unzulässig weites Hinausschieben des Umschaltpunktes bewirken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dosieren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ein schnelles und sicheres Dosieren unabhängig von den speziellen Werten der materialspezifischen Parameter möglich ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der Differenz des gemessenen Gewichtswertes zum Sollgewicht zumindest für die letzte Phase der Dosierung Sollwerte für die Austragsleistung vorgegeben werden, die bei Annäherung des gemessenen Gewichts an das Sollge'vicht kontinuierlich abnehmen, und daß die Antriebsgeschwiudigkeit des Austragsorgans aufgrund eines Sollwert-Istwertvergleichs der Austragsleistung geregelt wird. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, daß sämtliche, das Dosierverhalten des Materials beeinflussende Faktoren sich in der Austragsleistung zusammenfassen lassen.

Für sehr kleine Sollgewichte besteht die Gefahr, daß bei einem zu großen ersten Wert der Austragsgeschwindigkeit auch bei anschließender sofortiger Abschaltung des Austragsorgans die bereits dosierte und nachfließende Materialmenge erheblich größer ist, als der vorgesehene Sollwert. Dies kann dadurch vermieden werden, daß für Sollgewichte unterhalb eines vorgebbaren Gewichtswertes die anfängliche Austragsgeschwindigkeit gleich ist dem Quotienten aus Sollgewicht durch vorgebbaren Gewichtswert multipliziert mit der maximalen Austragsgeschwindigkeit. Der erste Wert der Austragsgeschwindigkeit liegt damit zwischen dem höchsten und niedrigsten möglichen Wert und ist proportional zum Sollgewicht des ausgetragenen Materials. Besonders vorteilhaft können diese Verfahren angewendet werden, wenn als Austragsorgan eine Dosierschnecke verwendet wird, da diese sich in einem weiten Bereich regeln läßt und dabei ein ziemlich lineares Verhalten der Austragsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Reglersteuerspannung zeigt.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der sehe-

manschen Figuren erläutert Es zeigen

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Dosieren von Materialien,

F i g. 2 eine Darstellung des Dosierverfahrens mittels eines Diagramms von Austragsleistung in Abhängigkeit vom Gewicht.

F i g. 1 zeigt einen Materialbehälter 1 aus dem über eine Dosierschnecke 2 Material in einem Behälter 4 ausgetragen wird. Der Behälter 4 steht auf einer Plattformwaage 5 deren Ausgangssignal von einem Rechner 6 verarbeitet wird. Der Rechner 6 gibt eine Reglersteuerspannung an Regier 7. der über das von einem Tachogenerator 8 abgegebene Signal die Drehzahl des Motors 9 regelt, der über ein Getriebe 10 mit der Dosierschnecke 2 verbunden ist Im Rechner 6 kann aus den an den Enden eines Zeitintervalls gemessenen Gewichtswerten und der Intervallänge die Austragsleistung des Material berechnet werden. Diese Berechnung wird periodisch vorgenommen. Statt der in der Figur gezeigten Dosierschnecke ist als Austragsorgan auch jedes andere dosierende Austragsorgan möglich, beispielsweise eine Schwingrinne. Naturgemäß erfolgt lie Regelung des Austrags dann durch Veränderung der Frequenz und/oder Amplitude der Schwingung.

Fig.2 zeigt wie das Regelverfahren beispielsweise ablaufen kann. Um zu einem geregelten Abschaltvorgang zu kommen wird eine Austragsleistungsfunktion als Sollwert vorgegeben. Der genaue Verlauf dieser in der F i g. 2 mit / bezeichneten Kurve ist an sich willkürlich. Er wird nach folgenden Kriterien optimiert: Einerseits soll die Kurve / möglichst steil verlaufen um den Dosiervorgang zeitlich zu optimieren, andererseits soll sie jedoch flach genug verlaufen um eine Überdosierung mit Sicherheit zu verhindern. Gemäß diesen Forderungen läßt sich ein günstiger Verlauf der Kurve /, abhängig von der verwendeten Vorrichtung, in wenigen, nicht erfinderischen Versuchen festlegen. Die Kurve / gibt somit einen Sollwert der Fördergeschwindigkeit bzw. Austragsleistung in Abhängigkeit vom Gewicht des ausgetragenen Materials, und zwar in Abhängigkeit von der Entfernung vom Sollgewicht des ausgetragenen Materials, vor. Im allgemeinen wird die Kurve / durch eine Exponentialfunktion vorgegeben.

Anhand eines Beispiels werde nun der eigentliche Regelvorgang beschrieben. Es werde ein Material mit msximaler Austragsgeschwindigkeit doe'ert, was durch die Kurve //dargestellt ist. Sobald der Abstand vom vorgegebenen Sollgewicht so groß ist, daß die Kurve / noch nicht erreicht ist, fördert das Austragsorgan weiterhin mit maximaler Geschwindigkeit. Im Punkt A überschreitet die Austragsleistung der Kurve //die Kurve /. Im folgenden Regelzyklus wird als Regelabweichung der Abstand zwischen der Kurve //und /ermittelt und proportional zu dieser Regelabweichung die Reglersteuerspannung, ako in diesem Fall die am Motor 9 anliegende Spannung, vermindert. Es gibt nun Materialien, vorzugsweise solche, die bei hohem spezifischem Gewicht zum Zusammenbacken neigen, die die Dosierschnecke 2 sehr stark abbremsen. In diesem Fall kann die Kurve //beispielsweise unter die Kurve /sinken. Im nächsten Regelzyklus wird dann die Austragsgeschwindigkeit der Dosierschnecke wieder erhöht, bis sich die Kurve // wieder oberhalb der Kurve¹ / befindet. Diese Erhöhung der Austragsgeschwindigkeit bei der Regelung hat nicht nur bei stark bremsenden Materialien Bedeutung, sondern ebenso bei austragsschwierigen Materialien, die einen ungleichmäßigen Füllungsgrad der Dosierschnecke bewirken.

Für sehr kleine Sollgewichte, die unterhalb eines vorgebbaren Gewichtswertes liegen, besteht bei dem geschilderten Dosierverfahren die Gefahr, daß durch den ersten der Regelung vorgegebenen Wert der Austragsgeschwindigkeit, der maximal ist, bereits so viel Material dosiert wird, daß der Sollwert überschritten ist. Dieser Gefahr wird dadurch begegnet, daß für Sollgewichte, die kleiner sind als ein vorgegebener Gewichtswert als erster Wert für die Austragsgeschwindigkeit nicht die maximale Austragsgeschwindigkeit gewählt wird, sondern ein im Verhältnis aus Sollgewicht durch den vorgebbaren Gewichtswert mal der maximalen Austragsgeschwindigkeit kleinerer Wert. Ausgehend von diesem ersten Wert der Austragsgeschwindigkeit wird dann bei der weiteren Dosierung die Drehzahl der Dosierschnecke 2 in Abhängigkeit der erreichten Förderleistung in ähnlicher Weise wie in der Kurve // dargestellt, geregelt.

Das Verfahren zur Dosierung ist besonders geeignet, wenn als Austragsorgan eine Dosierschnecke verwendet wird. Grundsätzlich läßt sich jeuoch das Verfahren auch für jede andere Austragsvorrichtung verwenden, beispielsweise für eine Schwingrinne. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß eine Dosierung mehrerrr verschiedener Komponenten mit einer Schwingrinne, die gemäß <iem Verfahren mit materialunabhängigen Regelparametern betrieben wird, nicht in dem Maße möglich ist, wie bei einer Dosierschnecke. Dies dürfte vor allem darin begründet sein, daß sich den verschiedenen Materialien in der Dosierrinne eine vorgegebene Austragsleistung nicht leicht aufzwingen läßt

Wie bereits ausgeführt hat sich in der Praxis gezeigt, daß das Dosierverfahren tatsächlich keine materialabhängige Parameter benötigt Ohne zusätzliche Information der Vorrichtung läßt sich mit gleicher Genauigkeit Eisenpulver und Zellulosepulver fördern. Grundsätzlich hat das Verfahren die Eigenschaft, die Förderleistung der Anlage sämtlichen Materialflußveränderungen wie z. B. Brückenbildung, ungleichmäßiger Füllungsgrad der Schnecke, usw. anzupassen, und somit eine optimale Dof'ergenauigkeit und -leistung zu erzielen. Ebenso liefert das Verfahren optimale Dosierzeiten, falls die Dosierung mit leerer Dosierschnecke begonnen wird, da in jedem Fall die Dosierschnecke so lange auf maximale Drehzahl geregelt wird, bis das erste Gut ausgetragen wird.

Selbstverständlich läßt sich das Verfahren in Einzelheiten variieren. So hat es sich beispielsweise als zweckmäßig erwiesen, durch eine gewisse Mittelwertbildung bei der Errechnung der Austragsleistungen sowie eine Bedämpfung der ijorrigierten Motorspannung ein Schwingen des Systems zu verhindern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Dosieren von Materialien mit wechselnden Fließeigenschaften in Einzelmengen mit einem vorgegebenen Sollgewicht, bei weichen das Gewicht des ausgetragenen Materials laufend gemessen wird, aus der zeitlichen Änderung der gemessenen Gewichtswerte laufend die Austragsleistung bestimmt wird und die Austragsgeschwindigkeit eines Austragsorgans in Abhängigkeit von der Differenz des gemessenen Gewichtswertes zum Sollgewicht und von der Austragsleistung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Differenz des gemessenen Gewichtswertes zum Sollgewicht zumindest für die letzte Phase der Dosierung Sollwerte für die Austragsleistung vorgegeben werden, die bei Annäherung des gemessenen Gewichts an das Sollgewicht kontinuierlich abnehmen, und daß die Antriebsgeschwindigfecit des Austragsorgans aufgrund eines SGnYveri-isiwcrtvcrgleichs der Austragsleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Sollgewichte unterhalb eines vorgebbaren Gewichtswertes die anfängliche Austragsgeschwindigkeit gleich dem Quotienten aus Sollgewicht durch den vorgebbaren Gewichtswert multipliziert mit der maximalen Austragsgeschwindigkeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Austragsorgan eine Dosierschnecke verwendet wird.