DE3146667C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dosieren mehrerer Mischgutkomponenten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dosieren mehrerer Mischgutkomponenten

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Mischen und Dosieren mehrerer Mischgutkomponenten werden die Mischgutkomponenten einzeln verwogen einem kontinuierlichen Mischvorgang zugeführt und das Gemisch anschließend kontinuierlich dosiert entnommen. Hierzu sind eine Mischeinrichtung (22), dieser vorgeordnete dosierende Zugabeeinrichtungen (1 bis 5) und eine der Mischeinrichtung (22) nachgeordnete kontinuierlich dosierende Entnahmeeinrichtung (41) vorgesehen. Um einerseits eine störungsfreie Zugabe und andererseits eine exakt dosierte Entnahme sicherzustellen, werden die einzelnen Mischgutkomponenten jeweils nacheinander dem Mischvorgang taktweise-kontinuierlich unter Wiegen des Gesamtmischgutes zugeführt und wird das Gemisch während der Zugabepausen gravimetrisch gesteuert und während der Zugabe volumetrisch gesteuert entnommen. Hierzu ist die Mischeinrichtung (22) zusammen mit der Entnahmeeinrichtung (41) auf einer Waage angeordnet und sind die Zugabeeinrichtungen (1 bis 5) und die Entnahmeeinrichtung (41) von der Waage über eine Regel- und Steuereinrichtung (44) ansteuerbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden primär eingesetzt, um mehrere Mischgutkomponenten zu mischen und dosiert einem Extruder zur Weiterverarbettung zuzuführen, wobei in der Regel ein den größten Gewichtsanteil ausmachender Mischguthauptbestandteil, beispielsweise ein Kuststoffgranulat, mit verschiedenen gewichtsmäßig kleinen Mischgutbestandteilen, beispielsweise Farbzusätzen, Stabilisatoren und dgL zu mischen ist Damit derartige Extruder zufriedenstellend arbeiten können, müssen die ihnen vorgeschalteten Vorrichtungen zum Mischen und Dosieren der Mischgutkomponenten auf ihrer Austragsseite kontinuierlich arbeiten.
Aus der DE-OS 22 47 518 ist es hierzu bekanntgeworden, mindestens die Zugabeeinrichtungen für die anteilsmäßig kleineren Mischgutkomponenten als Taktwaagen auszubilden, während die Zugabeeinrichtung für die Mischguthauptkomponente gravimetrisch gesteuert und kontinuierlich dosierend, beispielsweise also als Bandwaage, ausgebildet ist.
Die Entnahme erfolgt mittels einer Austragsschnekke, die mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird, d.h. es erfolgt eine volumetrisch dosierte Entnahme. Der Mischvorgang in der Mischeinrichtung erfolgt zweistufig in einem Kegelschneckenmischer, wobei die Zugabe der Einzelmischkomponenten in eine Vormischzone erfolgt und wobei zwischen einer Vormischzone und einer Nachmischzone eine weitgehend förderneutrale Zone ausgebildet ist Die Entnahme erfolgt aus der Nachmischzone mittels einer als Dosierschnecke ausgebildeten Entnahmeeinrichtung, die das Gemisch dann einem Extruder zuführt. Bei dieser bekannten Vorrichtung und diesem bekannten Verfahren erfordert die Einzelverwiegung der Mischgutkomponenten hohen Aufwand und kann zu Störungen führen, und zwar insbesondere wenn schlecht fließende Mischgutkomponenten eingesetzt werden. Außerdem ist die Dosiergenauigkeit auf der Entnahmeseite nicht ausreichend genau.
Es ist weiterhin bekannt, die Zuführung der einzelnen Mischgutkomponenten zur Mischeinrichtung kontinuierlich mittels Bandwaagen vorzunehmen. Aus der DE-OS 21 49 242 ist es auch bereits bekannt, die Mischguthauptkomponente kontinuierlich mittels einer Bandwaage und die anderen Mischgutkomponenten kontinuierlich mittels volumetrisch dosierender Zugabeeinrichtungen zuzuführen. Alle kontinuierlichen Wägeeinrichtungen, insbesondere also Bandwaagen, sind außerordentlich kostenaufwendig. Hinzu kommt insbesondere bei Bandwaagen deren hohe Fehleranfälligkeit bei Verstaubung und dgl., die eine häufige Nachmischung notwendig machen.
Aus der DE-OS 23 36 104 ist es bekannt, einen Waagebunker zur Aufnahme einer Charge von zu durchmischenden Mischgutkomponenten auf einer Waage anzuordnen und diesem Waagebunker einen Kegelschneckenmischer nachzuordnen. Dem Waagebunker werden die einzelnen Komponenten nacheinander unter entsprechender Verwiegung zugeführt. Eine über der Zeit gewichtskonstante Entnahme hinter dem Kegelschneckenmischer ist nicht erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß einerseits eine störungsfreie Zugabe und andererseits eine exakt dosierte Entnahme sichergestellt ist und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 4 gelöst. Wesentlich ist, daß das gesamte im Mischvorgang befindliche Mischgut ständig gewogen wird, so daß von den laufenden Ergebnissen
dieses Wiegevorganges her die Zugabe der einzelnen Mischgutkomponenten nacheinander angesteuert werden kann. Gleichermaßen kann von hier aus die Entnahme gravimetrisch gesteuert werden und zwar zumindest während der Zeiträume, innerhalb deren keine Zugabe erfolgt Um diese ständige Gesamtwägung des Mischgutes durchzuführen, ist die gesamte Mischeinrichtung samt der Entnahmeeinrichtung auf einer Waage angeordnet, von der dann die dem jeweiligen Gewicht entsprechende;! Signale zur Weiterverarbeitung in einer programmierbaren Regel- und Steuer-Einrichtung gegeben werden, die dann nach entsprechender Auswertung der von der Waage kommende Ist-Werte und der vorprogrammierten Soll-Werte entsprechende Steuersignale abgibt. Da die Wägung im Bereich des eigentlichen Mischvorganges erfolgt können die Zugabeeinrichtungen als volumetrisch dosierende Zugabeeinrichtungen ausgebildet sein, die aber gravimetrisch gesteuert arbeiten. Es brauchen also keine Bandwaagen vorgesehen zu sein; es genügen sehr viel unkompliziertere Dosierschnecken.
Während der Zugabe der einzelnen Mischgutkomponenten wird die Entnahmeeinrichtung, nachdem sie in den Zugabepausen gravimetrisch gesteuert worden ist, volumetrisch weitergesteuert.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in sehematischer Darstellung,
F i g. 2 eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung mit abgewandelter Mischeinrichtung und
Fig.3 ein Gewichts-Zeit-Diagramm über die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Die in F i g. 1 dargestellte Anlage weist fünf Materialzugabeeinrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 auf, die jeweils einen Material-Silo 6, 7, 8,9,10 und eine dem jeweiligen Silo nachgeordnete Schnecken-Dosiereinrichtung 11,12,13, 14, 15 aufweisen, die jeweils von einem Antriebsmotor 16,17,18,19, 20 antreibbar sind. Die Dosiereinrichtungen 11,12 bzw. 13,14,15 münden über nicht mit Bezugsziffern versehene Leitungen in ein trichterförmig sich nach unten verjüngendes Gehäuse 21 einer Mischeinrichtung 22, und zwar über im Deckel 23 des Gehäuses 21 ausgebildete Einlauföffnungen 24 bzw. 25. In dem trichterförmigen Gehäuse 21 ist in der Nähe der Wand eine Mischschnecke 26 angeordnet, die mit ihrem oberen Ende an einem unterhalb des Deckels 23 angebrachten Schwenkarm 27 fliegend gelagert ist, wobei ein Winkelgetriebe 28 zwischengeschaltet ist. Der Schwenkarm 27 und die Mischschnecke 26 werden mittels eines kombinierten, auf dem Deckel 23 abgestützten Antriebs 29 angetrieben. Es handelt sich insoweit um einen sogenannten Kegelschneckenmischer 30, der insoweit für sich bekannt ist. Dieser Kegelschneckenmischer 30 bildet eine erste Stufe bzw. einen Vormischteil der Mischeinrichtung 22.
Am unteren Ende des Gehäuses 21 ist ein Gehäuse 31 eines als zweite Stufe bzw. Nachmischteil der Mischeinrichtung 22 dienenden Paddelmischers 32 angeflanscht. Dieser weist ein« etwa horizontal angeordnete Mischwerkswelle 33 auf, die mit abstehenden Mischelementen 34 besetzt ist und die von einem Antriebsmotor 35 antreibbar ist. Im Bereich der unteren Auslauföffnung 36 des Gehäuses 21 des Kegelschneckenmischers 30 und im Bereich der unmittelbar nachgeordneten Einlauföffnung 37 des zylindrischen Gehäuses 31 des Paddelmischers 32 ist eine förderneutra'e Zone 38 ausgebildet über die kein erheblicher Mischgutaustausch erfolgt
_ Der Auslauföffnung 39 des Gehäuses 31 ist über einen Obergabeschacht 40 eine als Dosierschnecke ausgebildete Entnahmeeinrichtung 4i nachgeordnet die von einem drehzahlregelbaren Antriebsmotor 42 antreibbar ist Die Entnahmeeinrichtung 41 führt das Mischgut beispielsweise einem Extruder 65 zu.
Die aus der Mischeinrichtung 22 und der fest hiermit verbundenen Entnahmeeinrichtung 41 bestehende Einheit ist auf drei eine Waage bildenden Gewichtsaufnehmern 43 gelagert die dem jeweiligen Gesamtgewicht der Einrichtung einschließlich des in ihr enthaltenen Mischgutes entsprechende Signale auf entsprechende Eingänge einer programmierbaren Regel- und Steuer-Einrichtung 44 geben. Die Regel- und Steuer-Einrichtung gibt Steuerbefehle auf entsprechende Steuerschaltungen 45, 46, 47, 48, 49 der Antriebsmotoren 16 bis 20 der Dosiereinrichtungen 11 bis 15. Außerdem gibt die Regel- und Steuereinrichtung 44 Steuersignale an einen Drehzahlregler 50 für den Antriebsmotor 42 der Entnahmeeinrichtung 41 ab.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich von dem nach F ig. 1 nur hinsichtlich der Ausgestaltung der Mischeinrichtung 22' mit nachgeordneter Entnahmeeinrichtung 41, so daß von einer Darstellung der Zugabeeinrichtungen und der zugeordneten Steuerschaltungen Abstand genommen werden kann. Insoweit als gleiche Elemente vorhanden sind, werden ohne neue Beschreibung die gleichen Bezugsziffern verwendet; insofern als funktionsgleiche aber konstruktiv andere Elemente vorgesehen sind, werden die gleichen Bezugsziffern mit einem hochgestellten Strich verwendet. Die Mischeinrichtung 22' weist ein sich trichterförmig nach unten verjüngendes Gehäuse 2V auf, in dem — angetrieben von. dem Antriebsmotor 29 über einen Schwenkarm 27 und ein Winkelgetriebe 28 — eine zweistufige Mischschnecke 51 angeordnet ist, die mit einem oberen Schneckenabschnitt 52 geringere Steigung und damit geringere Mischwirkung und einem unteren Schneckenabschnitt 53 größerer Steigung und damit höherer Mischwirkung versehen ist. Der von dem oberen Schneckenabschnitt 52 überstrichene Abschnitt bildet also einen Vormischteil 54, während der von dem unteren Schneckenabschnitt 53 überstrichene Gehäusebereich einen Nachmischteil 55 bildet. Zwischen diesen beiden Teilen ist eine förderneutrale Zone 38', über die also kein nennenswerter Mischgutaustausch erfolgt. Es fließt lediglich in dem Maß Mischgut nach, wie es unten entnommen wird. Die untere Auslauföffnung 39' mündet in den Obergabeschacht 40 der Entnahmeeinrichtung 41.
Das Gehäuse 2V der Mischeinrichtung 22 und damit auch die gesamte Entnahmeeinrichtung 41 sind an parallelogrammartig wirkende Anlenkhebeln 56,57 abgestützt, die jeweils mit einem Ende am Behälter 2Γ im vertikalen Abstand voneinander angelengt sind und die mittig an ortsfesten Gelenken 58, 59 abgestützt sind. Auf der dem Gehäuse 2Γ abgewandten Seite ist am unteren Anlenkhebel 57 ein Gegengewicht 60 angebracht, während entsprechend am oberen Anlenkhebel 56 ein Tariergewicht 61 angebracht ist, dessen Abstand zum Gelenk 58 also verstellbar ist. Mit diesem Gegengewicht 60 und dem Tariergewicht 61 ist das Gewicht der Mischeinrichtung 22' samt Entnahmeeinrichtung 41 austarierbar.
Einer der Anlenkhebel 56 ist mit einem Gewichtsaufnehmer 43' gekoppelt, der wiederum auf einen entspre-
chenden Eingang der Regel- und Steuereinrichtung 44 geschaltet ist Diese Ausgestaltung bildet ebenfalls eine Waage für die Mischeinrichtung 22' mit Entnahmeeinrichtung 41.
Da bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die Mischschnecke 51 im Vergleich zu der Mischschnecke 26 beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sehr lang ist, ist sie nicht fliegend am Schwenkarm 27, sondern am Boden 63 des Gehäuses 21' über ein Stützlager 64 gelagert.
Die Wirkungsweise wird nachfolgend unter Zuhilfenahme des Diagramms nach F i g. 3 erläutert. Es sollen 40Gew.-% Polyäthylenpulver (Zugabeeinrichtung 1), 20 Gew.-% Titandioxid (Zugabeeinrichtung 2), 20Gew.-% Polyäthylenwachs (Zugabeeinrichtung 3), 10Gew.-% Pigment (Zugabeeinrichtung 4) und 10 Gew.-% Stabilisator (Zugabeeinrichtung 5) gemischt und einem Extruder 65 zugeführt werden. Der Gesamtdurchsatz soll 500 kg/h betragen. Die Zugabe soll in insgesamt 10 Chargen pro Stunde erfolgen. Die Verweilzeit des Mischgutes in der Mischeinrichtung 22 bzw. 22' soll 30 Minuten betragen, d. h. etwa 250 kg Mischgut, d. h. 5 Chargen müssen jeweils in der Mischeinrichtung 22 bzw. 22' enthalten sein.
In Fig.3 ist das Gesamtgewicht des Mischgutes in der Mischeinrichtung über der Zeit aufgetragen. Es wird davon ausgegangen, daß bereits drei Chargen in der Mischeinrichtung 22 bzw. 22' sich befinden, die genauso eingebracht worden sind, wie die noch zu erwähnende vierte bzw. fünfte Charge. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind die einzelnen Zugabezyklen mit der in Klammer gesetzten Bezugsziffer der Zugabeeinrichtung versehen, aus der die entsprechende Mischgutkomponente zudosiert wird. Der Kurvenabschnitt, der mit »(1)« versehen ist, gibt also die Zugabe von Polyäthylen aus der Zugabeeinrichtung 1 an. Die Zugabe-Sollwerte, die vorstehend angegeben wurden, sind in der programmierbaren Regel- und Steuer-Einrichtung 44 vorgegeben. Hiernach wird Polyäthylen aus der Zugabeeinrichtung 1 zugegeben, indem — ausgelöst von der Einrichtung 44 — die Steuerschaltung 45 den Antriebsmotor 16 der Zugabeeinrichtung 1 in Betrieb setzt, so daß die Schnecken-Dosiereinrichtung 11 Polyäthylen in die Mischeinrichtung 22 bzw. 22' abgibt Die Gewichtszunahme der Mischeinrichtung wird über die Gewichtsaufnehmer 43 bzw. 43' erfaßt und als entsprechendes Signal in die Einrichtung 44 gegeben. Bei Erreichen der Sollmenge von (im vorliegenden Fall) 20 kg Polyäthylen wird ein Signal auf die Steuerschaltung 45 gegeben, die den Antriebsmotor 16 abschaltet und die Zugabe des Polyäthylens stoppt Anschließend wird eine kurze Ruhezeit tR eingelegt an deren Ende durch die Gewichtsaufnehmer 43, 43' das tatsächliche Gewicht erfaßt und ein entsprechendes Signal an die Einrichtung 44 zur weiteren Verarbeitung gegeben wird. Dann erfolgt in gleicher Weise die Zugabe der anderen Misch gutkomponenten aus den Zugabeeinrichtungen 2,3,4,5, wobei jeweils zwischen der Zugabe zweier Mischgut komponenten eine kurze Ruhezeit fs eingelegt wird, in der noch einmal eine Nachkontrolle erfolgt Während des gesamten Füllzyldus tF4 sind die Mischschnecke 26 und der Paddelmischer 32 bzw. die Mischschnecke 51 in Betrieb. Im Anschluß an diesen Füllzyklus tn läuft ein neuer gleichartiger Füllzyldus tFs ab, an dessen Ende die Erst-Gesamtfüllung der Mischeinrichtung 22 bzw. 22' mit fünf Chargen, entsprechend 30 Minuten Verweilzeit des Mischgutes in der Mischeinrichtung 22 bzw. 22', erreicht ist, Dann löst die Regel- und Steuer-Einrichtung 44 über den Drehzahlregler 50 die Inbetriebnahme und Ansteuerung der Entnahmeeinrichtung 41 aus, wobei die Gewichtsaufnahmen 43 bzw. 43' erfaßt und zur Einrichtung 44 gegeben wird, wo ein Vergleich mit dem vorgegebenen Sollwert (500 kg/h) vorgenommen wird und bei Abweichungen des Ist-Wertes vom Soll-Wert eine entsprechende Erhöhung der Entnahmemenge durch Drehzahlerhöhung der Entnahmeeinrichtung 41 oder Reduktion der Entnahmemenge durch Reduktion der Drehzahl der Entnahmeeinrichtung 41 ausgelöst wird. Während dieser ersten Entnahmezeit tgE\ erfolgt also eine gravimetrisch gesteuerte Entnahme. Der — bezogen auf den nachgeordneten Extruder 65 — produktionsgerechte Fülle- und Entnahmezyklus Ife beginnt im Anschluß an diese erläuterte Erst-Gesamtfüllung und erste gravimetrisch gesteuerte Entnahme i^i, wenn also nach einem Erst-Gesamtfüllgewicht von 250 kg durch eine erste gravimetrisch gesteuerte Entnahme ein Gesamtfüllgewicht von 220 kg erreicht ist. Dieser Füll- und Entnahmezyklus beginnt mit einem Füllzyklus ff, während dessen die einzelnen Mischgutkomponenten zugeführt werden. Diesem Füllzyklus ist eine volumetrisch gesteuerte Entnahme des Mischgutes überlagert. Die Entnahmegeschwindigkeit ist hierbei derart, daß innerhalb eines vollen Füll- und Entnahmezyklus tF& also (im vorliegenden Fall) innerhalb von 6 Minuten, die Menge einer Charge, also (im vorliegenden Fall) 50 kg Gemisch entnommen werden. Da während eines solchen Füllzyklus ir bei gleichzeitiger Entnahme eine gravimetrische Kontrolle der Entnahmemenge nicht möglich ist, erfolgt die Entnahme mittels der Entnahmeeinrichtung 41 während dieses Zeitraumes volumetrisch dosiert, d. h. die Entnahmeeinrichtung 41 wird über entsprechende Ansteuerung von der Einrichtung 44 über den Drehzahlregler 50 vom Antriebsmotor 42 mit einer Drehzahl angetrieben, die der Durchschnittsdrehzahl während des gravimetrisch gesteuerten vorherigen Entnahmezyklus' tgE\ entspricht. Die sich hieraus ergebenden Entnahmemengen pro Zeiteinheit werden in der Einrichtung 44 rechnerisch ermittelt, woraus dann wiederum ermittelt werden kann, ob und wann die jeweiligen Mengen der einzelnen nacheinander zuzugebenden Mischgutkomponenten dem jeweiligen Soll-Wert entsprechen. Wenn der Füllzyklus if beendet ist dann erfolgt wieder in der geschilderten Weise eine gravimetrisch gesteuerte Entnahme während eines Entnahmezyklus tgE, bis wiederum das vorgegebene Minimalgewicht von 220 kg erreicht ist Dann beginnt ein neuer Füll- und Entnahmezyklus Ife-
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Mischen und Dosieren mehrerer Mischgutkomponenten, wobei die Mischgutkomponenten einzeln verwogen einem kontinuierlichen Mischvorgang zugeführt werden und wobei das Gemisch kontinuierlich dosiert entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mischgutkomponenten jeweils nacheinander dem Mischvorgang taktweise-kontinuierlich unter Wiegen des Gesamtmischgutes zugeführt werden und daß das Gemisch während der Zugabepausen gravimetrisch gesteuert und während der Zugabe volumetrisch gesteuert entnommen wird, wobei nach der Erstbefüllung die Mischgutkomponenten unter Zugrundelegung der rechnerisch ermittelten Abnahmemenge in der Zeiteinheit dosiert zugegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen der Zugabe zweier Mischgutkomponenten eine Ruhezeit eingelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang zweistufig abläuft, wobei die Zugabe in den Vormischvorgang und die Entnahme aus dem N achmisch Vorgang erfolgt
4. Vorrichtung zum Mischen und Dosieren mehrerer Mischgutkomponenten, mit einer Mischeinrichtung, mit dieser vorgeordneten dosierenden Zugabeeinrichtungen für die Mischgutkomponenten und mit einer der Mischeinrichtung nachgeordneten kontinuierlich dosierenden Entnahmeeinrichtung für das Gemisch zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (22, 22') zusammen mit der Entnahmeeinrichtung (41) auf einer Waage angeordnet ist und daß die Zugabeeinrichtungen (1 bis 5) und die Entnahmeeinrichtung (41) von der Waage über eine Regel- und Steuer-Einrichtung (44) ansteuerbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (22,22') als zweistufige Mischeinrichtung ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabeeinrichtungen (1 bis 5) als Schnecken-Dosiereinrichtungen (11 bis 15) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (22, 22') samt Entnahmeeinrichtung (41) auf mindestens einen Gewichtsaufnehmer (43, 43') abgestützt ist, der als Istwertgeber der Regel- und Steuer-Einrichtung (44) vorgeschaltet ist.
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