DE3127131C2 - Verfahren und Einrichtung zum gravimetrischen Abfüllen von Behältern und Säcken im Grob- und Feinstrom - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum gravimetrischen Befüllen von Behältern und Säcken im Grob- und Feinstrom. Ihr liegt die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Nachregeln des fehlerhaften Gewichtes, insbesondere beim Abfüllen inhomogenen Gutes, im Fortfall kommen zu lassen und für den ersten bis zum letzten Behälter oder Sack einer Reihe von Abfüllungen ein gleiches oder weitgehend gleiches Füllgewicht zu erreichen, das dem Soll-Gewicht sehr nahe kommt oder dieses genau trifft. Insbesondere soll hierbei die Feinstromzeit möglichst kurz gehalten werden. Hierzu ist vorgesehen, daß Gewichtsmeßergebnisse kurzer, gleichlanger Meßzyklen fortlaufend während des Abfüllvorganges einer Abfüllung digital erfaßt werden und aus ihnen der Umschaltzeitpunkt vom Grob- auf Feinstrom und der Abschaltpunkt des Feinstromes dieser Abfüllung ermittelt wird. Die Einrichtung nach der Erfindung sieht eine in kurzen gleichbleibenden Zeitabständen das jeweilige Ist-Gewicht als Digitalwert erfassende Wägevorrichtung und einen diese Ist-Gewichtswerte aufnehmenden und deren jeweilige Differenz auswertenden Rechner vor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gravimetrischen Befüllen von Behältern und Säcken im Grob- und Feinstrom nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs, sowie auf eine Einrichtung zur

Durchführung des Verfahrens.

Für das gravimetrisch Befüllen von Behältern und Säcken mit vorzugsweise staubförmigem fein- oder grobkörnigem Gut, ist es allgemein bekannt, das Füllgut zunächst in Grobstrom in den Behälter oder den Sack zu fördern, um dann nach Umschalten des Gutzuflusses auf Feinstrom die genaue Dosierung der Restmenge bis zum Sollgewicht erfolgen zu lassen. Hierfür ist es bekannt, bei selbsttätig arbeitenden gravimetrischen Abfüllverfahren und -einrichtungen den Umschaltzeitpunkt vom Grobstrom auf Feinstrom und den Abschaltzeitpunkt des Feinstromes vor Beginn des Abfüllvorganges als Parameter der Abfülleinrichtung einzugeben. Hierbei wird der Umschalt- und der Abschaltpunkt entsprechend den Ergebnissen, die bei Beginn einer Reihe von Abfüllungen erzielt wurden, durch Nachregelung bestimmt. Bei diesem Nachregeln auf Grund mehrerer Soll-Ist-Vergleiche muß hingenommen werden, daß bei Beginn der Reihe von Abfüllungen mehrere Behälter oder Säcke mit einem Fehlgewicht gefüllt werden und erst nach dem Nachregeln eine Annäherung oder Übereinstimmung des Ist-Gewichtes an das Soll-Gewicht erreicht werden kann. Sofern es sich bei dem Füllgut um weitgehend homogenes Gut handelt, ist lediglich das Fehlgewicht in den ersten Behältern oder Säcken einer Reihe von Abfüllungen zu berücksichtigen. Ist aber das Füllgut inhomogen, so wiederholt sich dieses Nachregeln in häufiger Folge, so daß mit einem beachtlichen Prozentsatz von Fehlgewichten in den Behältern und Säcken zu rechnen ist.

Durch die DE-PS 22 02 591 ist eine selbsttätige Abfüllmenge für Materialien mit wechselnden Fließeigenschaften und ein entsprechendes Arbeitsverfahren bekannt, bei denen die Schaltmittel den Umschaltzeitpunkt von Grob- auf Feinstromzuteilung und/oder den Abschaltzeitnunkt für die Feinstromzuteilung auf Grund der kurz vor Erreichen des Schaltzeitpunktes gemessenen Fließgeschwindigkeit bestimmen. Hierbei findet ein Soll-Ist-Wert-Vergleich statt, wobei der Sollwert für den Umschaltzeitpunkt genutzt wird, wobei als Sollwert der Umschaltzeitpunkt des vorgängigen Füllvorganges benutzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, bei denen Fehlgewichte durch Nachregelung, insbesondere auch für beim Abfüllen sich als inhomogen darstellenden Gutes, in Fortfall kommen und daher für den ersten bis zum letzten Behälter oder Sack einer Reihe von Abfüllungen trotz unterschiedlicher Füllgutbeschaffenheit während eines Füllvorganges ein gleiches oder weitgehend gleiches Füllgewicht erreichbar ist, das dem Soll-Gewicht sehr nahe kommt oder dieses genau trifft un8 hierbei die Feinstromzeit, wie bekannt möglichst kurz gehalten werden kann, was bedeutet, daß die Hautmenge, die im Grobstrom in den Behälter oder Sack gelangt, möglichst groß gehalten wird und damit eine hohe Leistung des Verfahrens und der Einrichtung bei großer Genauigkeit der Abfüllmenge erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs vor. - Die Merkmale der Unteransprüche dienen der Verbesserung und Weiterentwicklung der Merkmale des Hauptanspruchs. Die Vorriclitungsunteransprüche haben eine vorteilhafte Ausbildungsform der Einrichtung zur Durchführung der Merkmale der Verfahrensansprüche zum Gegenstand.

In der älteren, gemäß § 3, Pat. Ges. einen patentrechtlichen Stand der Technik darstellenden und den

Gattungsbegriff des Hauptanspruchs bestimmenden DE-OS 31 U6 473 wird ein Verfahren zum automatischen Einstellen des Abschaltzeitpunktes des Füllstromes einer elektromagnetischen Waage vorgeschlagen, bei dem mittels eines Meßwertaufnehmers während der Füllzeit das Ist-Gewicht m im Wägegefäß kontinuierlich oder in kleinen Zeitstufen diskontinuierlich ermittelt und aus diesen Meßwerten durch einen Rechner die

Füllgeschwindigkeit und dann der Feinstromvor-

halt K χ -^-, wobei K eine Zeitkonstante ist, errechnet

wird. Die Füllgeschwindigkeit — kann auch durch

äi

zwei Meßwertaufnehmer gemessen werden. Hierbei aber ist nicht vorgesehen, die Zeitdauer des Grobstromes möglichst groß, die Zeitdauer des Feinstroms möglichst klein zu halten, um die Gesamtfüllzeit unter Beachtung einer möglichen Inhomogenität des Füllgutes während eines Füllvorganges kurz zu gestalten.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit nicht nur in dessen hoher Leistung und Genauigkeit, vielmehr ergibt sich mit dem Merkmal des Anspruchs 2 auch der Vorteil eines schnellen und einwandfreien Erfassens der sog. Vorlaufzeit bei beginnendem Füllvorgang, d. h. jener Zeit, welche das einzufüllende Gut benötigt, um nach Verlassen des Zuführungsorgans des Gutes ein Meßergebnis an dem Meßgerät, vorzugsweise der Wägeeinrichtung, anzuzeigen. Mit anderen Worten, es wird der Zeitraum erfaßt, in welchem das Füllgut sich bei Beginn des Füllvorgangs i;n Zuführungsorgan oder noch in dem Zwischenraum zwischen dem Zuführungsorgan und dem Boden des Behälters oder Sackes befindet. Diese Vorlaufzeit entspricht der Nachlaufzeit des Grobstromes, d. h. dem Zeitraum zwischen dem Umschaltzeitpunkt auf den Feinstrom und dem Erreichen des Grobstromsollgewichtes.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein Korrekturzeitwert Berücksichtigung finden kann, der sich aus einem ungleichmäßigen Materialfluß ergibt.

Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen erläutert:

Mit Hilfe einer Wägeeinrichtung werden die Ist-Gewichte der jeweils abgefüllten Gutmenge während des gesamten Abfüllvorganges fortlaufend nach kurzen gleichbleibenden Zeitperioden (Meßzyklen) ermittelt und als Digitalwerte zur Verfügung gestellt. Dies kann durch elektronische Wägeverfahren ausgeführt werden. Die ermittelten Ist-Gewichtswerte werden einem elektronischen Rechner — vorzugsweise einen Mikrocomputer — während des Abfüllvorganges laufend zugeführt, der eine Berechnung der Gewichtsdifferenzen zwischen den Gewichtswerten aufeinander folgenden Wägungen vornimmt. In erster Annäherung kann davon ausgegangen werden, daß die Gewichtszunahme pro Zeitperiode (Meßzyklus) konstant ist. Weiterhin wird davon ausgegangen, daß die sog. Vorlaufzeit, die es gedauert hat, bis die Waage nach dem Einschalten des Grobstromes zum erstenmal einen Gewichtswert anzeigt, der sog. Nachlaufzeit entspricht, die notwendig ist, bis die Waage nach dem Abschalten des Gutstromes das gesamte zugefossene Gewicht melden kann. Es wird somit die Vorlaufzeit der Anzeige gleich der Nachlaufzeit gesetzt. Die Vorlaufzeit der Anzeige läßt sich dadurch bestimmen, daß z. B. ein Zähler für die Zeitperioden (Meßzyklen) beim Einschalten des Gutstromes in Gang gesetzt und dann wieder angehalten wird, wenn zum erstenmal die Gewichtsdifferenz zweier aufeinanderfolgender Zeitperioden (Meßzyklen) größer als »Null« ist. Der Zähler zeigt dann die Zahl der Zeitperioden (Meßzyklen) für die Vor- und Nachlaufzeit der Fülleinrichtung an.

Die Einbeziehung der Nachlaufzeit bei der Bestimmung des Umschaltzeitpunktes von Grob- auf Feinstrom reicht aber nicht aus, genaue Wägeergebnisse zu erzielen, denn es besteht durchaus die Möglichkeit, daß bei ungleichmäßigem Gutzufluß der für die Genauigkeit maßgebliche Feinstrom überhaupt nicht zum Tragen kommt, weil nach der Abschaltung des Grobstromes schon zuviel Gut in den Behälter oder Sack geflossen ist. — Erfindungsgemäß wird darum weiterhin noch ein Korrekturfaktor hinzugezogen, der einen ungleichmäßigen Gutfiuß berücksichtigt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß der Durchschnitt der Differenzgewichte zwischen zwei Wägezyklen laufend ermittelt wird. Weicht eine Differenz erheblich von dem Mittelwert der Differenzen ab, so bedeutet dies unregelmäßgen Gutfluß, und der Korrekturfaktor muß erhöht werden.

Eine der Methoden für die Bestimmung des Korrekturfaktors besteht z. B. darin, daß anhand einer empirisch gewonnenen Tabelle, die in dem Rechner abgelegt ist, jeweils bestimmt wird, welcher Korrekturfaktor zu welcher Abweichung der Gewichtsdifferenz zum Mittelwert der Gewichtsdifferenz gehört.

Eine andere Möglichkeit, den Korrekturfaktor zu bestimmen, besteht erfindungsgemäß darin, daß der Korrektufaktor nach der Formel

GD

berechnet wird. In der Formel bedeutet:

K den Korrekturfaktor,

GD die Gewichtsdifferenz, die sich aus den Messungen zweier benachbarter Meßzyklen ergibt,

GD den Mittelwert der Gewichtsdifferenzen und
A einen Anfangswert für den Korrekturfaktor, der empirisch entsprechend der Konstruktion der Füllvorrichtung für die Gutzuführung und entsprechend den Fließeigenschaften des Gutes zu wählen ist.

Aus der Formel ist zu ersehen, daß der Korrekturfaktor gleich dem Anfangswert A ist, wenn die Gutzuführung absolut gleichmäßig erfolgt, denn dann nimmt der Bruch in der Formel den Wert 1 an. Bei ungleichmäßiger Gutzuführung, d. h. wenn plötzlich Klumpen anfallen, wird die Gewichtsdifferenz einer oder mehrerer Messungen größer sein als der Mittelwert der Differenzen, wodurch der Bruch einen Wert über i erhält, was wiederum bedeutet, daß auch der Korrekturfaktor größer als A wird.

Zusätzlich kann bei der Rechnung noch auf einfache Weise dafür gesorgt werden, daß der während eines Abfüllvorganges ermittelte größte Korrekturfaktor für die weitere Rechnung maßgeblich ist, d. h. wenn einmal während des Abfüllvorganges unregelmäßiger Gutfluß erfolgt, wird aus Sicherheitsgründen angenommen, daß diese Unregelmäßigkeit auch später noch vorkommen kann.

Der Umschalizeitpunkt von Grob- auf Feinstrom selbst wird dann einfach nach folgender Formel berechnet

U = S - [GD ■ (N + K)]

In dieser Formel bedeutet:

U den Umschaltpunkt, 5 das gewünschte Sollgewicht GD den Mittelwert der Gewichtsdifferenz zweier Messungen — also die durchschnittliche Gewichtszunahme pro Meßzyklus —, N die Zahl der Perioden, die als Nachlaufzeit der Waage gemessen wurden, und K den Korrekturfaktor, der wie oben beschrieben, berechnet wird.

Mit Hilfe der gleichen Formeln kann auch der Endabschaltpunkt für den Feinstrom berechnet werden, so daß das gleiche Rechenprogramm zunächst für die Umschaltung und dann für die Endabschaltung Verwendung findet.

Insbesondere bei voluminösem Gut ergibt sich auf Grund des FüUungsgrades des Sackes oder Behälters und damit der stark unterschiedlichen Fallhöhe des Gutes in einen leeren und einen gefüllten Sack auch eine iiark unterschiedliche Gutmenge, die sich zwischen den Füllstutzen ζ. B. der Füllmaschine und d<»m Sack- oder Behälterboden einerseits und dem Füllstutzen und dem Guthaufen in dem Sack oder Behälter andererseits bei Beginn und bei Beendigung des Grobstromes befindet.

Dann weicht die Vorlauf- von der Nachlaufzeit des Grobstromes ab, gleichgültig welchen effektiven Wert diese Zeitgrößen haben. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, die Grobstromnachlaufzeit aus dem Mittelwert aller Grobstrom Meßzyklen-Differenzen der Abfüllung und einer die freie Bewegung, z. B. die Fallhöhe des Füllgutes im Sack oder Behälter, d. h. den Sackfüllungsgrad gegen Ende des Füllvorganges berücksichtigende Konstante zu ermitteln.

ίο Es kann in das Verfahren noch eine weitere Sicherheit eingebaut werden, indem bei jeder Rechen- und Zeitperiode (Meßzyklus) noch einmal überprüft wird, ob evtl. schon das gemessene Gewicht größer ist als das gewünschte Sollgewicht abzüglich einer für die Abfüllung zulässigen Toleranz. In diesem Fall findet eine Sofortabschaltung des Grob- und Feinstroms statt.

In das Programm des Rechners kann vorzugsweise noch eine Zeitschleife eingebaut werden, die das ganze Meß- und Rechenprogramm so lange sperrt, wie die Waage sich möglicherweise noch in einem Undefinierten Schwingungszustand nach dem Umschalten des Gutstromes befindet.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gravimetrischen Befüllen von Behältern und Säcken 'm Grob- und Feinstrom, bei dem der Abschaltzeitpunkt des Feinstroms nach Auswertung der Gewichtsergebnisse kurzer, gleichlanger Meßzyklen während des Abmeßvorganges durch einen Rechner ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkürzung der Gesamtfüllzeit auch der Umschaltzeitpunkt von Grob- auf Feinstrom durch die Auswertung der Gewichtsergebnisse und der Meßzyklen während des gesamten Grobstromes erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufzeit, die das Füllgut vom Verlassen der Zuführeinrichtung bis zum Ansprechen der gravimetrischen Meßeinrichtung benötigt, als Grobstromnachlaufzeit beim Umschalten des Grobstromes auf Feinstrom berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Vorlaufzeit durch Auszählen der Anzahl der Meßzyklen vom Einsetzen des Zuförderns des Füllgutes bis zum Ansprechen der gravimetrischen Meßeinrichtung ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den mit Hilfe der fortlaufend während des Abfüllvorganges erfaßten Meßergebnisse ermittelten Zeitwerten für den Umschaltzeitpunkt bzw. Abschaltzeitpunkt und der Vorlaufzeit bzw. Nachlaufzeit ein Korrekturzeitwert hinzugefügt oder von diesem abgezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Vorlaufzeit die Grobstromnachlaufzeit aus dem Mittelwert aller Grobstrom-Meßzyklen Differenzen der Abfüllung und einer die freie Bewegung (Fallhöhe) des Füllgutes (Füllungsgrad) im Abfüllorgan, Sack oder Behälter gegen Ende des Füllvorganges wiedergebende Konstante ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korreklurzeitwert aus der Gewichtsdifferenz zwischen den Meßwerten jeweils zweier aufeinanderfolgender Meßzyklen, dem Mittelwert aller Meßergebnisse der Meßzyklen sowie einer Vorrichtungs- und einer Materialkonstanten ermittelt wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine in kurzen gleichbleibenden Zeitabständen das jeweilige Ist-Gewicht als Digitalwert erfassende Wägevorrichtung und einen diese Ist-Gewichtswerte aufnehmende und deren jeweilige Differenz auswertenden Rechner.

8. Einrichtung nach Anspruch 7. gekennzeichnet durch eine die Wägeeinrichiung bei Überschwingen derselben stillsetzende Vorrichtung oder Einrichtung.