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Verfahren und Vorrichtung zum volumetrischen Zu-
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dosieren von körnigen oder pulverförmigen Materialien Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum volumetrischen Zudosieren von körnigen oder pulverförmigen
Materialien, insbesondere schwer auslaufenden Materialien, z.B. Zusatzstoffen in
den Mischtrichter einer Kunststoffverarbeitungsmaschine, wobei zur Durchführung
des Verfahrens in bekannter Weise ein Lochscheibendosierer zur Abgabe abgemessener
Teilmengen Verwendung findet. Die Erfindung bezieht sich weiter auf geeignete Vorrichtungen
zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Derartige Vorrichtungen bestehen aus einem Lochscheibendosierer mit
Vorratsbehälter für den Zusatzstoff, einer im
Bereich des Bodens
des Vorratsbehälters von einer Welle angetriebenen Lochscheibe mit mindestens einer
Dosierkammer und einem Auslaß, durch welchen die abgemessenen Teilmengen abgegeben
werden, beispielsweise an den Mischtrlchter über eine Spritzgußmaschine.
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Ein bekanntes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens sind beispielsweise in der DE-PS 19 47 405 beschrieben. Bei dieser bekannten
Vorrichtung ist die angetriebene Dosierscheibe unmittelbar oberhalb einer ebenen
Bodenplatte des Vorratsbehälters angeordnet und weist in Randnähe längs ihres Umfanges
gleichmäßg verteilte Dosierkammern auf, die sich im Verlauf der Umdrehung der Lochscheibe
über eine'in der Bodenplatte ausgebildete Durchlaßöffnung yravimetrisch, d.h. infolge
Schwerkraft, entleeren, sobald die Dosierkammer der Lochscheibe konzentrisch huber
der Durchlaßöffnung der Bodenplatte zu liegen kommt.
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Derartige volumet~rische Lochscheibendosiereinrichtungen haben sich
in der Praxis für die Dosierung von leicht fließfähigen, d.h. nicht Brücken bildenden
Granulaten und Pulvern gut bewährt.
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Bei zur Brückenbildung neigenden Pulvern und Granulat,en, die infolge
ihrer thixotropen Eigenschaften zu einem Verbacken oder Verkleben neigen, kann die
Dosierung durch Schwerkraft mit den beschriebenen Lochscheibendosierern nicht erfolgen.
Bier ist es notwenig, bestimmte Teilmengen durch besondere Mittel auszutragen, beispielsweise
durch Kolben oder andere Ausstoßeinrichtungen. Eine derartige Dosiereinrichtung
ist beispielsweise in der DE-PS 22 14 982 beschrieben. Es versteht sich,'
daß
die Dosiereinrichtungen der letztgenannten Art durch die für den Austrag der Stoffe
erforderlichen mechanischen Zusatzeinrichtungen verteuert werden Es wurde nun festgestellt,
daß es gewisse zu dosierende Ærnige oder pulverförmige Materialien gibt, die zwar
nicht so schwer fließfähig wie Pulverpigmente sind, die sich jedoch trotzdem durch
die bisher bekannten Lochscheibendosiereinrichtungen gar nicht bzw. nur in nicht
zufriedenstellender Weise quantitativ dosieren ließen. Die Kohärenz zwischen den
einzelnen Teilchen derartiger Materialien ist so groß, daß die vollständige Entleerung
der Dosierkammern in den gefüllten Lochscheiben nicht immer in zufriedenstellender
Weise erreicht wird.
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Beispiele für derartige Materialien sind PVC Compound-Mischungen zwischen
PVC-Pulver und dessen Stabilisatoren, Farbkonzentratgranulat aus Weich-PVC mit gummiähnlicher
Konsistenz sowie auch gepresste Pulverpigmente und Weichgranulate in der Größe von
etwa 1 mm Durchmesser und 3 mm Länge. Bei derartigen Stoffen führt die Lochscheibendosierung
gelegentlich zu Schwierigkeiten.
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Obwohl man derartige Stoffe nicht sehr häufig verwendet, ist es wünschenswert,
ein geeignetes Dosiergerät für derartige Stoffe zur Verfügung zu haben, da sie sowohl
als Rohstoffe als auch als Zusatzstoffe eine erhebliche Bedeutung haben.
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Die genannten Pulver und Granulate untscheiden sich vom üblichen Pulverpigment
beispielsweise dadurch, daß sie in einem konischen Trichter mit etwa 60° Neigung
zur Horizontalen gravimetrisch problemlos absinken. Daher werden die Dosierkammern
von Lochscheibendosierern von solchen Stoffen perfekt gefüllt, trotzdem entleert
sich eine derartig gefüllte Dosierkaininer nach Erreichen seiner Auslaßposition
gelegentlich gar nicht oder nur zum Teil. Dann läuft die Dosierkammer in einem
ganz
bzw. teilweise gefüllten Zustand weiter und wird so dem nächsten Einfüllzyklus unterworfen.
Eine derartige ungenügende Entleerung der einzelnen Dosierkammern einer Dosierscheibe
führt schliesslich zu einer immer schlechteren Dosierung und zu einer Verstopfung
der Dosierscheibe. Aus diesem Grund funktioniert die Lochscheibendosiervorrichtung
als Dosiermechanismus für die genannten Stoffe bzw. Stoffgemische nicht. Die genannte
Störung kann gleich nach Inbetriebnahme,manchmal aber auch erst nach mehreren Stunden
Betriebsdauer entstehen. Die genannten Stoffe bzw. Stoffgemische werden im folgenden
als schwer auslaufende Materialien bezeichnet.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Schaffung eines
Verfahrens, mittels welchem auch derartige schwer auslaufende Materialien gravimetrisch
korrekt dosierbar sind sowie in der Schaffung geeigneter Vorrichtungen zur Durchführung
dieses Verfahrens bei Einhaltung einer hohen Dosiergenauigkeit und einwandfreiem,
störungsfreiem Betrieb auch während längerer Betriebsdauer.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Verfahren"der eingangs
genannten Art mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 gelöst.
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Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung anhand des in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein senkrechter Mittellängsschnitt durch eine Lochscheibendosiereinrichtung
nach der -Erfindung nach der Linie 1-1 in Fig. 2;
Fig. 2 ist ein
horizontaler Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1; Fig. 3 ist eine schematische
Darstellung in der Ansicht von Fig. 2 und dient zur Erläuterung der Funktion der
erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
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Wie man aus Fig. 1 erkennt, besteht die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung
aus dem trichterförmigen Vorratsbehälter 1, dem Einlaß 2 am unteren Ende des Trichters
1 sowie der Trichtergrundplatte 3, dle gleichzeitig als Deckel für das Dosiergehäuse
5 dient. Das Dosiergehäuse 5 trägt den Trichter 1 und den Abstreifer 4. Das Dosiergehäuse
5 hat einen Auslaß 6 am Boden. Die Antriebswelle 9 erstreckt sich zentrisch vom
Boden des Dosiergehäuses 5 nach oben und trägt die Dosierscheibe 7, die mit der
Antriebswelle 9 fest verbunden ist. Die Dosierscheibe 7 besitzt zehn gleichmäßig
auf ihren Umfang verteilte zylindrische Dosierkarrimern 8, die um je 36° gegeneinander
versetzt auf dem Umfang der Dosierscheibe 7 verteilt sind. Der Auslass 6 befindet
sich im gleichen Randbereich im Boden 5 des Dosiergehäuses wie die Dosierkammern
8.
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Bei bekannten Lochscheibendosiervorrichtungen ist oberhalb des Auslasses
üblicherweise eine Abdeckung vorgesehen, um zu verhindern, daß an dieser Stelle
aus dem Vorratsbçhälter für das zuzudosierende Material weiteres Material direkt
in den Mischtrichter nachläuft. Dadurch ist gewährleistet, daß an der Stelle des
Auslasses 6 nur Material aus der Dosierkammer in den Mischtrichter fallen kann.
Die Füllung der geleerten Dosierkammer 8 erfolgt nach ihrer Entleerung über den
Auslaß 6, sobald die Kammer 8 aus dem Bereich der Abdeckung bei gekannten Lochscheibendosierern
wieder herausgetreten . .t.
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Dabei wurde die Füllung der Dosierkammer also unmittelbar nach dem
Austritt der jeweils entleerten Kammer 8 unter der Abdeckung vorgenommen.
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Diese Situation ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Unter der Annahme,
daß der Einlaß 2 unmittelbar nach dem Auslaß 6 liegt (Position 2') und dort die
Dosierkammer 8 gefüllt wird, läßt sich schwer auslaufendes Material an der Stelle
vom Auslaß 6 unter Umständen gar nicht mehr oder nur teilweise aus der Kammer gravimetrisch
entfernen, weil dieselbe während ihres langen Weges entlang der Bahn C durch bei
der Relativbewegung zwischen dem in der Kammer befindlichen und dem darüberliegenden
Material auftretende Kräfte verstopft wird.
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Auch wenn der Einlaß 2 etwas weiter in Drehrichtung der Lochscheibe
7 vom Auslaß 6 entfernt angeordnet wird (Position 2"), wobei von dieser Position
aus nur noch die Fahrstrecke D bis zum Auslaß 6 zu durchlaufen ist, erhält man immer
noch keine zufriedenstellende gravimetrische Dosierung mit schwer auslaufendem Material.
Der Grund für diese unvollständige Dosierung aus den Positionen 2' und 2 liegt darin,
daß das schwer auslaufende Material sich in der Dosierkammer 8 durch die gegenseitige
Reibung und den Druck des darüberliegenden Materials verhärtet und miteinander so
verbackt, daß die in der Dosierkammer 8 gebildete Tablette das Loch verstopft.
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Dieses Phänomen soll im folgenden näher erläutert werden: Den schwer
auslaufenden Materialien ist die Eigenschaft gemeinsam, daß sie eine relativ hohe
Kompressibilität besitzen.
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Während bei Einfüllung von nicht oder nur geringfügig komprimierbaren
Körnern eine Komprimierung bzw. dichtere Packung der Körner auch bei einem Befahren
der längeren Wegstrecken C und
D nicht oder nur in so yeringem
Maße eintritt, daß dadurch die Dosiergenauigkeit nicht beeinträchtigt wird, läßt
sich pulver- oder granulatförmiges Material mit hoher Kompressibilität, wenn auch
mit guten Fließeigenschaften, in der Dosierkammer 8 so dicht packen, daß ein gravimetrisches
Ausfallen und damit die genaue Dosierung nichtmehr möglich ist.
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Wie schon erwähnt, wird die dichtere Packung bei schwer auslaufenden
Materialien durch verschiedene Kräfte bewirkt: Dazu gehört zunächst der statische
Druck des im Vorratsbehälter über der Lochscheibe ruhenden Materials, die beim Lauf
der Scheibe entstehende Reibung zwischen dem Boden 5 des Dosiergehäuses und der
mit dem Boden 5 in Berührung stehenden Partikeln der zu dosierenden Stoffe sowie
auch der von den Wandungen der einzelnen Dosierkammern 8 auf die zu dosierenden
Materialien ausgeübten Kräfte.
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Wenn man die Einfüllung des zu dosierenden Materials 10 dagegen durch
den Einlaß 2 in seiner dritten Position kurz vor dem Auslaß6 ( Position 2"') vornimmt,
kann man die Fahrstrecke E bis zum Auslaß für das zu dosierende Material klein halten.
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In diesem Fall läßt sich die Dosierung mit erstaunlich hoher Genauigkeit
auch für schwer auslaufende Materialien durchführen, die sich durch konventionelle
Lochscheibendosierein-,-icntungen bisher überhaupt nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten
dosieren ließen.
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Im folgenden sollen noch einige Randbedingungen erörtert werden, bei
deren Erfüllung die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung besonders vorteilhaft zum
Einsatz gelangt: Die Erfindung ist für jede im wesentlichen um'eine waagerechte
Achse 9 umdrehende Dosierscheibe mit einer oder mehreren Dosierkammern einsetzbar,
wobei
die Art des Antriebs, die Form der Dosierkammern nicht näher spezifiziert zu werden
brauchen. Der Abstreifer 4 erstreckt sich zweckmäßigerweise nicht über den Gesamtdurchmesser
der Lochscheibe, sondern höchstens längs ihres Halbmessers, so daß der Einfüllpunkt
auf einen kleinen Bereichlimitiert ist.
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Die Anordnung des Abstreifers 4 kann beispielsweise in der in Fig.
2 gezeigten Weise vorgenommen werden. Sie braucht nicht unbedingt mit dem Radius
der Lochscheibe übereinzustimmen.
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Der Abstreifer 4 muß auch nicht unbedingt geradlinig wie bei dem Ausführungsbeispiel
der Zeichnung dargestellt angeordnet sein. Er kann auch längs einer Kurve verlaufen.
Er muß nur die Bedingung erfüllen, daß er im Bereich der Dosierlöcher im wesentlichen
orthogonal zu der Tangente an die Bewegungsbahn der Dosierkammer 8 im Bereich des
Einlasses 2 verläuft. Der Einlaß 2 ist bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel
in Bewegungsrichtung der Dosierscheiben gesehen, unmittelbar vor dem Abstreifer
4 angeordnet.
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Der Einlaß 2 hat zweckmäßigerweise eine derartige Querschnittsfläche
und einen solchen Abstand a zur Oberfläche der darunter liegenden Dosierscheibe
7, daß der sich im Anschluß an das untere Ende des Einlasses 2 im Freirauln 11 ausbildende
Schüttkegel zusammen mit dem vom Abstreifer 4 in diesem Bereich gesammelten Material
eine ausreichende Fläche zur Füllung der Dosierkammer 8 besitzt. Der Abstreifer
4 ist so angeordnet, daß seine Unterkante dicht über der Dosierscheibe liegt, ohne
die Drehbewegung der Scheibe zu stören. Obwohl sich beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 der Einlaß 2 senkrecht nach abwärts von der Trichtergrundplatte 3 erstreckt,
ist eine derartige Verlängerung nicht notwendig, wenn die Trichtergrundplatte 3
genügend dicht über der Dosierscheibe 7 liegt, d.h.
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wenn der Deckel 3 bis zum Abstand a an die Dosierscheibe heranreicht.
In diesem Fall fällt der Zylinderstutzen des Einlasses 2 fort und der Abstreifer
4 wird sehr schmal.
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Die Form des Querschnittes vom Einlaß 2 kann beliebig sein, beispielsweise
rund, elliptisch, viereckig odgl. Sie ist also nicht auf die kreisrunde gezeichnete
Form beschränkt.
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Wesentlich ist vielmehr, daß der Einlaß eine solche Form und Fläche
aufweist, daß ein gleichmäßiges Fließen des Materials ohne Brückenbildung vom Trichter
1 in die Dosierkammer 8 der Dosierscheibe 7 gewährleistet ist. Auch der Abstand
a zwischen der Unterkante des Einlasses 2 und der Oberfläche der Dosierscheibe soll
nicht zu groß sein, um ein zu weites Ausfließen des Materials 10 auf der Oberfläche
der Dosierscheibe zu verhindern. Zweckmäßigerweise hat der Auslaß 2 die gleiche
Form wie der untere Teil des Trichters 1 und die Dosierkammer 8, beispielsweise
bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine kreisrunde Form.
Das durch den Abstreifer 4 auf der Dosierscheibe 7 angesammelte Material 10 ist
in Fig. 2 durch kleine Punkte dargestellt. Die Kontur des Materials, welches sich
auf der Lochscheibe 7 außerhalb der Begrenzung des Einlasses 2 ansammelt, ist bedingt
durch die Größe des Abstandes a und die Form und Lage des Abstreifers 4. Es versteht
sich, daß dieses Material außerhalb der Kontur des Einlasses 2 bei der Bewegung
der Lochscheibe das in diesen Bereich kommende Dosierloch 8 bereits mit derjenigen
Teilmenge füllt, die außerhalb des Einlasses 2 vom Dosierloch und dem Abstreifer
auf der Dosierscheibe vor sich hergeschoben wird. Die Hauptfüllung erfolgt jedoch
innerhalb des Einlasses 2.
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Bei einer zu weiten Ausdehnung des zu dosierenden Materials auf der
Lochscheibe kann eine Einfüllung in ein Dosierloch 8
schon an einer
Stelle erfolgen, die von dem Auslaß 6 relativ weit entfernt liegt, wobei sich der
obenbeschriebene negative Effekt einer dichteren Packung mit den dabei auftretenden
Nachteilen ergibt. Auf der anderen Seite soll der Trichter 1 bzw. der besondere
Einlaß 2 des Trichters 1 auch nicht zu dicht an dem Auslaß 6 liegen. In jedem Fall
muß sichergestellt sein, daß keine direkte Kommunikation zwischen dem zu dosierenden
Material 10 im Trichter 1 und dem Auslaß 6 in dem Mischbehälter gegeben ist. Als
zweckmäßiger Mindestabstand hat sich hier ein Abstand ergeben, der dem Durchmesser
eines Dosierloches entspricht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstreifer
4 beispielsweise unter etwa 450 zur Position des Auslasses 5 angeordnet; er sollte
etwa in einem Winkelbereich zwischen 300 und 600 liegen.
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Die verbesserte Lochscheibendosiervorrichtung hat sich in der Praxis
bereits bewährt. Durch sie ist der Anwendungsbereich herkömmlicher Lochscheibendo
-siereinrichtungen nicht unerheblich erweitert worden und zwar auf die genannten
schwer auslaufenden Materialien, die bei bekannten Lochscheibendosierern häufig
zu einer Verstopfung der einzelnen Dosierkammern der Scheibe neigten.
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Es versteht sich, daß die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung beschränkt ist.
Vielmehr können konventionelle Dosierstationen mit zylindrischem Vorratsbehälter
1 in einfacher Weise mit zusätzlichen Leitblechen, Blenden od-gl.
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versehen werden, um den Einlaß 2 von der Gesamtfläche des zylindrischen
Behälters auf den erfindungsgemäß wirksamen kleinen Bereich im dichten Vorlauf zum
Auslaß 6 zu beschränken.