-
Verfahren zum Dosieren, Messen und Mischen
-
von Trockenstoffen und Flüssigstoffen bei der Herstellung von Futtermitteln
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Dosieren, Messen und Mischen von Futtermittel-Bestandteilen
bestehend aus schüttfähigen Trockenstoffen und Flüssigstoffen bei der Herstellung
von Futtermitteln, bei dem die Bestandteile im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Betrieb aus Vorratsbehältern über Förder- und Meßvorrichtungen zugeführt werden.
-
Kraftfutter für Tiere bestehen im allgemeinen aus Mischungen von Trockenstoffen,
wie Getreide, Sojaschrot, Vitaminen und dergleichen und Flüssigstoffen, wie Melasse,
Fett, Wasser, Propionsäure und dergleichen. In einer Rezeptur werden die Anteile
der einzelnen Bestandteile jedes Kraftfutters festgelegt.
-
In einem Kraftfutterwerk wird eine Vielzahl von Fertigfuttersorten
entsprechend den vorgeschriebenen Rezepturen hergestellt. Die Trockenstoffe werden
dabei im Chargenbetrieb auf mechanischen oder elektromechanischen Dosierwaagen einzeln
ausgewogen und dann dem Mischer zugeführt. Beim Chargenbetrieb werden die Komponenten
nacheinander dem Mischer zugeführt, während beim kontinuierlichen Betrieb die einzelnen
Komponenten auf parallelen Verarbeitungswegen gleichzeitig dem Mischer zugeführt
werden.Durch die Wahl des geeigneten Wiegebereiches der Dosierwaagen wird eine ausreichende
Genauigkeit für die Messung der Trockenstoffe erreicht.
-
Nicht befriedigend gelöst ist jedoch bislang die kontinuierliche Dosierung
und Messung
der Flüssigstoffe. Die Zugabe der Plüssigstoffe kann
vor dem Vermischen der Trockenstoffe oder während des Mischvorganges erfolgen.
-
Bei der Zugabe vor dem Vermischen werden die Flüssigstoffe zu den
noch nicht vermischten Trockenstoffen oder einem Teil der noch nicht vermischten
Trockenstoffe gegeben.
-
Der hierdurch erzielte Grad der Vermischung und die Verteilung der
Bestandteile im Gemisch sind unzureichend. Einige Trockenstoffe bilden mit den Flüssigstoffen
Klumpen, die nicht mehr zerkleinert werden können.
-
Erfolgt die Zugabe der Flüssigstoffe beim Mischvorgang, werden diese
zweckmäßigerweise auf die vorgemischten Trokkenstoffe gegeben. Auch hierdurch ergeben
sich beachtliche Nachteile. Die Leistung der Mischanlage wird herabgesetzt, da zwei
Mischvorgänge nacheinander durchgeführt werden, einmal das Vormischen der Trockenstoffe
und sodann die Fortführung des Misch-Vorgangs unter Zugabe der Flüssigstoffe. Der
langsam laufende Mischer ist zudem nicht in der Lage, ohne weiteres z.B. 200 Liter
Flüssigkeit gleichmäßig in 6000 Liter Trockenstoffe einzumischen.
-
Durch homogene Vermischung aller Trockenstoffe in einem niedrigtourigen
Mischer wird ein Produkt erhalten, das Trägerstoff genannt wird. Gemäß dem Stand
der Technik erfolgt die Dosierung und mengenmäßige Erfassung von Trägerstoff und
Flüssigstoffen grundsätzlich volumenmäßig. Dabei sind die Meßfehler, die durch Veränderungen
im spezifischen Gewicht des Trägerstoffes und der Flüssigstoffe hervorgerufen werden,
sehr groß.
-
Die rotierenden Teile der mechanischen Volumenmeßgeräte unterliegen
dem Verschleiß. Hierdurch vergrößert sich noch der Meßfehler. Die mechanischen Zähler
sind zudem sehr empfindlich gegen Verunreinigungen. Es müssen deshalb feinma-
schige
Filter vorgesehen werden, Die Umweltprobleme mit der Beseitigung der anfallenden
Filterprodukte, besonders bei Fetten, sind erheblich.
-
Die Überwachung der Trägerstoff- und Flüssigstoff-Meßvorgänge und
Mischvorgänge nach dem Stand der Technik ist ebenfalls unbefriedigend. Es treten
häufig Störungen in der Art auf, daß Flüssigkeiten dem Mischer zugeführt werden,
jedoch kein Trägerstoff vorhanden ist und umgekehrt.
-
Die Folgeschäden, bedingt durch Reklamation und notwendige Reinigungen,
sind enorm.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Dosieren, Messen und
Mischen von Futtermittel-Bestandteilen zuschaffen, das die Einhaltung der gewünschten
Rezeptur durch exakte Gewichtsbestimmung und eine gleichmäßige, klumpenfreie Verteilung
aller Flüssigstoffe gestattet und das eine problemlos rasche Umstellung von einem
Trägerstoff-bzw. Flüssigstoffbestandteil auf den anderen ermöglicht.
-
Insbesondere wird ein Verfahren angestrebt, das vollautomatisch im
kontinuierlichen Betrieb und im Chargenbetrieb sicher geführt werden kann.
-
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Trockenstoffe von Meßaufnehmern gewichtsmäßig einzeln erfaßt und dosiert zum Trägerstoff
in einem niedrigtourig laufenden Mischer vorgemischt, der Trägerstoff und der oder
die Flüssigstoffe von Meßaufnehmern gewichtsmäßig erfaßt und in einem hochtourig
laufenden Mischer vermischt werden.
-
Vorzugsweise werden an einem Sollwert-Geber die Sollwerte für die
Durchsatzmengen jedes einzelnen Bestandteiles jeweils vor dem Zuleiten zum Mischer
eingestellt, an einem von dem jeweiligen Meßaufnehmer beaufschlagten Istwert-Geber
die Istwerte der den Meßaufnehmer gerade passierenden Bestandteile festgestellt
und bei ständigem Soll/Istwert-Vergleich gegenseitige Abweichungen der Ist- und
Sollwerte festgestellt. Aus den Abweichungen der Ist- und Sollwerte werden Differenzsignale
gebildet, mittels derer eine Fehlermeldung erfolgt, wenn die einstellbare Toleranz
über- oder unterschritten wird. Weicht der Istwert vom Sollwert ab, so werden dem
Motor der betreffenden Fördervorrichtung Stellsignale zugeleitet, die die Arbeitsgeschwindigkeit
der Fördervorrichtung verstellen, bis die Abweichung auf einen Wert innerhalb der
zulässigen Toleranzen abgesunken ist.
-
Durch die Einstellung eines Durchsatz-Sollwertes für einen Futtermittel-Bestandteil
an einem Sollwert-Geber kann somit die Mischanlage in kurzer Zeit von einem zu mischenden
Futtermittel-Bestandteil auf einen anderen zu mischenden Futtermittel-Bestandteil
umgestellt werden. Der Meßwertaufnehmer vergleicht dann die eingestellten Sollwerte
mit den in der Anlage gefahrenen Istwerten, wobei durch den Vergleich gegenseitige
Abweichungen dieser Werte festgestellt werden können. Aus den Abweichungen der Ist-
und Sollwerte werden die Stellsignale und/oder die Fehlermeldungssignale gebildet.
Die Fehlermeldungssignale können hörbar gemacht werden. Ein Regler wird zum Anpassen
der Arbeitsgeschwindigkeit eingesetzt. Zusammen mit dem Ist/ Sollwert-Vergleich
eröffnet sich erstmals die Möglichkeit, totzeitarm Materialüber- oder -unterschreitungen
festzustellen.
-
Gemäß der Erfindung werden sämtliche Durchsatzmengen mittels ihres
Gewichtes ermittelt. Hierdurch lassen sich die Bestandteile mit großer Genauigkeit
messen.
-
Zur gewichtsmäßigen Erfassung des Trägerstoffs werden mit Prallplatten
arbeitende sogenannte Schüttstrommesser eingesetzt, da diese im besonderen Maße
zur kontinuierlichen Messung und Erfassung der Meßwerte geeignet sind und mit höchster
Genauigkeit arbeiten.
-
Die präzise Messung der Flüssigstoffe ist insbesondere mit Meßvorrichtungen
möglich, die unter Anwendung des gyrostatischen Prinzips arbeiten. Solche Messungen
sind unabhängig von Viskosität, Druck, Dichte, Pulsation, Feststoff- oder Gasanteilen.
Diese Geräte messen ausschließlich die Masse und nicht das Volumen. Deshalb hat
auch die Kompressibilität von Gasen keinen Einfluß auf die Messung.
-
Solche Geräte sind ohne weiteres mit Fernanzeigen auszurüsten. Der
Istwert steht totzeitarm zur Verfügung, so daß die Meldung bzw. Korrektur sofort
erfolgen kann. Die Genauigkeit der Meßwerte ist ohne weiteres auf + 1 bis 2 % einzustellen.
Durchsatz und Meßwerte können ausgedruckt und dokumentiert werden.
-
Die eingesetzten Meßgeräte enthalten keine bewegten Teile. Sie sind
daher verschleiß- und wartungsarm. Der nach dem gyrostatischen Prinzip arbeitende
Flüssigkeitsmesser ist auch bei Verunreinigungen der Flüssigstoffe voll funktionsfähig,
so daß alle Flüssigkeiten ohne Filter dosiert werden können.
-
Alle Funktionen der Dosierung, gewichtsmäßigen Erfassung und Mischung
von Flüssigstoff und Trägerstoff sind untereinander elektrisch verriegelbar, so
daß auszuschließen
ist,daß nur ein Bestandteil alleine dem Mischer
zugeführt wird. Dadurch lassen sich Folgeschäden, Reklamationen und notwendige Reinigungsarbeiten
ausschließen.
-
Die Sollwert-Einstellung ist auf verschiedene Arten möglich und somit
auf die vorhandene Dosier- und Mischanlage beim Kunden abstimmbar. Selbständig werden
immer Soll-und Istwert verglichen und bleiben innerhalb einer einstellbaren Toleranz.
Wird jedoch diese Toleranz über- oder unterschritten, erfolgt Regelung und/oder
Störmeldung.
-
Die Bedienung der Anlage ist einfach und überschaubar.
-
Alle wesentlichen Funktionen können in Schalttafeln eingebaut werden.
Bei eventuell auftretenden Störungen ist anstelle des Automatikbetriebes ein leistungsfähiger
Handbetrieb vorgesehen.
-
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
von Futtermitteln ist daraus ersichtlich, daß im Chargenbetrieb z.B. mit einer Taktzeit
von 6 min 10 Chargen je verschiedener Futtermittel pro Stunde hergestellt werden
können. In diesem Fall kann durch Einstellung der Taktzeit sichergestellt werden,
daß nach Ablauf von 6 min der Trägerstoff unter Zugabe des oder der Flüssigstoffe
verarbeitet ist.
-
Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung wird der Trägerstoff
in zwei Anteilen dem hochtourigen Mischer zudosiert. Hierbei wird der größere Anteil
vor der Zugabe der Flüssigstoffe und der kleine Anteil nach erfolgter Einmischung
der Flüssigstoffe in den größeren Anteil des Trägerstoffes zum Mischer gegeben.
Beim Einsatz eines kontinuierlich arbeitenden Mischers erfolgt die Zudosierung in
Richtung des Austrags des Futtermittels in der Reihenfolge: größerer Anteil des
Trägerstoffs, Flüssig-
stoffe, kleiner Anteil des Trägerstoffs.
Hierdurch wird ein sogenannter "Paniereffekt" erzielt und ein Futtermitteil erhalten,
das das Gemisch Trägerstoff/Flüssigstoff in Trägerstoffumhüllung enthält. Das Verhältnis
von größerem zu kleinerem Anteil Trägerstoff soll 70 bis 99 zu 30 bis 1 Gew.% und
vorzugsweise 80 bis 95 zu 20 bis 5 Gew.% betragen.
-
Der niedrigtourig laufende Mischer wird in einem Drehzahlbereich von
etwa 20 bis 200 U/min, insbesondere etwa 50 bis 150 U/min, und der hochtourig laufende
Mischer in einem Drehzahlbereich von etwa 500 bis 1500 U/min, insbesondere etwa
700 bis 1200 U/min betrieben.
-
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Fließbildes
beispielsweise näher erläutert.
-
Für einen Futtermittelmischvorgang wird ein Trägerstoff, d.h. das
Gemisch der vorgemischten Trockenstoffe, kontinuierlich in Richtung eines Pfeiles
3 in einen Vorratsbehälter 5 eingeleitet. Ist der Vorratsbehälter 5 gefüllt, dann
zeigt ein Vollmelder 7 dies an, und es wird eine nicht dargestellte vorgeschaltete.Mischanlage
für den betreffenden Trägerstoff abgeschaltet. Ein überfüllen wird dadurch vermieden.
Aus dem Vorratsbehälter 5 wird der Trägerstoff nun an eine Fördervorrichtung 11
weitergegeben, die von einem Motor 13 in Umlauf versetzt wird.
-
Die Fördervorrichtung 11 gibt den Trägerstoff in möglichst gleichmäßiger
Schüttung in Richtung eines Pfeiles 15 an einen die Meßwerte digital oder analog
anzeigenden Meßaufnehmer 17 mit einer Prallplatte 19 ab. Über die Prallplatte 19
und einen im Fallweg vorgesehenen Melder 21 gelangt der Trägerstoff dann in Richtung
eines Pfeiles 23 in einen hochtourigerl Mischer 25 für das Fertigfutter.
-
Während der Abgabe des Trägerstoffes über die Fördervorrichtung 11
an den Mischer 25 leert sich allmählich der Vorratsbehälter 5. Ist der Vorratsbehälter
5 nahezu leer, dann meldet dies ein Leermelder 9. Die Fördervorrichtung 11 wird
nun angehalten, und es wird neuer Trägerstoff in Richtung des Pfeiles 3 in den Vorratsbehälter
5 nachgefüllt. Ist der Leermelder 9 wieder bedeckt, dann wird die Fördervorrichtung
11 mit einer Zeitverzögerung erneut eingeschaltet.
-
Anstelle des beschriebenen kontinuierlichen Förderbetriebes kann auch
ein diskontinuierlicher Förderbetrieb vorgesehen sein, in dem nacheinander einzelne
Chargen verarbeitet werden. Der Vorratsbehälter 5 muß in diesem Fall eine Charge
fassen. Der Vollmelder 7 sorgt dafür, daß der Vorratsbehälter nur bis auf eine Höhe
angefüllt werden kann, die dem Volumen einer Charge entspricht. Der Trägerstoff
wird anschließend kontinuierlich in den Mischer 25 weitergeleitet, auf dem eben
beschriebenen Weg über die Fördervorrichtung 11 und die Prallplatte 19, bis der
Vorratsbehälter 5 leer ist.
-
Die Befüllung des Mischers mit den einzelnen Trägerstoffen oder Chargen
von Trägerstoffen soll nach Möglichkeit automatisch erfolgen, wenn auch im Bedarfsfalle
eine Umschaltung auf Hand möglich sein muß. Insbesondere ist darauf zu achten, daß
die Fördervorrichtung 11 dem Meßaufnehmer 17 einen gleichmäßigen Materialstrom zuleitet
und dafür sorgt, daß das gesamte Schüttgut immer an derselben Stelle der Prallplatte
19 aufprallt. Die Größe der Prallplatte ist abhängig von dem gewünschten Durchsatz.
-
Der Meßaufnehmer ermittelt die Durchsatzmengen des Trägerstoffes nach
dessen Gewicht. Er zeigt die über die Prallplatte 19 fließenden Trägerstoffmengen
in kg/min an.
-
Es ist wichtig, daß der Trägerstoffluß gleichmäßig ist, damit im Mischer
die gewünschte gleichmäßige Mischung vollzogen werden kann. Um dies zu bewerkstelligen,
ist ein Regler 27 vorgesehen, der Meßsignale bzw. Istwert-Angaben von dem Meßaufnehmer
17 empfängt. Für eine optimale Dosierung ist weiterhin ein einstellbarer, digital
oder analog anzeigender Sollwert-Geber 29 vorgesehen, an dem ein gewünschter Sollwert
des Trägerstoffes einstellbar ist.
-
Dieser Sollwert wird auch von dem Regler 27 empfangen.
-
Der Regler 27 vergleicht den Istwert vom Meßaufnehmer 17 mit dem Sollwert
des Sollwert-Gebers 29 und regelt ständig die Geschwindigkeit des Motors 13. Auf
diese Weise wird eine sehr genaue Mengenerfassung in kg/min über den Meßaufnehmer
17 möglich. Liegt die Abweichung der zu vergleichenden Meßwerte innerhalb einer
zulässigen, einstellbaren Toleranz, dann erfolgt keine Störmeldung. Weichen die
Istwerte und Sollwerte jedoch darüber hinaus voneinander ab, erfolgt sofort Störmeldung.
Gegebenenfalls werden die Fördervorrichtungen abgeschaltet.
-
Alle Durchsatz- und Mengenmeßwerte können ohne Schwierigkeiten über
einen zusätzlichen Drucker festgestellt und ausgedruckt werden.
-
Der Melder 21 in der den Trägerstoff führenden Rohrleitung dient als
zusätzliche Absicherung dafür, daß die Flüssigkeitszugabe erst erfolgen kann, wenn
der Trägerstoff bereits den Mischer erreicht hat. Die flüssigen Bestandteile des
Futtermittels werden dann dem Mischer zugeführt.
-
Solche Flüssigstoffe können als Geschmacksstoffe dienende Melassen,
als Proteinträger ein Fett, zur besseren Futterverwertung Wasser und als Konservierungsmittel
Propionsäure sein. Der zuzuführende Flüssigstoff wird in einem
nicht
dargestellten Tank auf Vorrat ge} lten. Mittels einer nicht dargestellten Förderpumpe
wird der FlUssigstoff in Richtung eines Pfeiles 31 in einen Dosierbehälter 33 gepumpt.
Es ist wieder ein Leermelder 35 vorgesehen, der anzeigt, daß der Dosierbehälter
33 leer ist, und der die Förderpumpe einschaltet, damit der Dosierbehälter 33 wieder
aufgefüllt werden kann. Ein Vollmelder 37 sorgt für das Abschalten der Förderpumpe.
An den Dosierbehälter 33 schließt sich in Richtung des Abfließweges, der durch einen
Pfeil 39 gekennzeichnet ist, ein Pumpenschutz 41 an, der angibt, ob weitere Flüssigkeit
nachströmt. Endet der Flüssigkeitsstrom, dann schaltet der Pumpenschutz 41 automatisch
eine Dosierpumpe 43, die von einem Motor 45 angetrieben wird, ab. Die Flüssigkeit
wird von der Dosierpumpe 43 durch einen die Ist-Meßwerte digital oder analog anzeigender
Meßaufnehmer 47 gedrückt, gelangt von dort weiter zu einem pneumatisch betätigten
Dreiwegeventil 49 und im Anschluß daran an ein pneumatisch betätigtes Absperrventil
51. Stromab des pneumatisch betätigten Absperrventils 51 fließt die Flüssigkeit
in den Mischer 25.
-
Für die Flüssigdosierung ist vorgesehen, daß der Meßaufnehmer 47 sehr
genau die Durchflußmengen in kg/min mißt.
-
An einem einstellbaren, digital oder analog anzeigenden Sollwert-Geber53
wird die Durchfluß-Sollmenge in kg/min eingestellt.
-
Dieser Sollwert wird auf einen Regler 55 gegeben. Fließt durch den
Meßaufnehmer 47 Flüssigkeit, dann gibt dieser Meßaufnehmer die Istwerte des Durchflusses
an. Diese Istwerte werden ebenfalls über eine Verbindung 57 auf den Regler 55 übertragen.
-
Die Dosierpumpe 43 fördert einen gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom dem
Meßaufnehmer 47 zu. Sie fördert und dosiert von dünnflüssigen, über dickflüssigen
bis zur Schaumbildung neigenden Medien alle Flüssigkeiten, die
in
Betracht kommen, selbst wenn sie einen Faser- oder Feststoffgehalt haben. Der Meßaufnehmer
47 liefert nun ohne Zeitverzögerung die Istwerte des Durchsatzes. In dem Regler
werden diese Istwerte ständig mit den Sollwerten aus dem Sollwert-Geber verglichen.
-
Auf einem zusätzlichen Drucker können alle Durchsatz-und Mengenwerte
dokumentiert werden.
-
Das pneumatisch betätigte Dreiwegeventil 49 hat die Aufgabe, eine
Messung zu ermöglichen, bevor der Trägerstoff den Mischer 25 erreicht. Die Umschaltung
auf eine Rückflußleitung 59 zum Vorratsbehälter erfolgt zunächst bis die eingestellten
Istwerte am Meßaufnehmer erreicht sind.
-
Während dieser Zeit wird die Flüssigkeit im Kreislauf wieder in den
Dosierbehälter zurückgepumpt. Ist die richtige Menge pro Minute erreicht, dann wird
das pneumatisch betätigte Dreiwegeventil 49 umgelegt, wenn der Trägerstoff den Mischer
erreicht hat. Bei gleichzeitig geöffnetem pneumatischem Absperrventil 51 kann die
Flüssigkeit in der gewünschten Menge in den Mischer eingebracht werden.
-
Stellt der Regler 55 Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert fest,
dann steuert er den Motor 45 so, daß dieser die Antriebsgeschwindigkeit der Dosierpumpe
43 verändert.
-
Durch Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Motors 45 wird die Dosiermenge
eingestellt.
-
Liegt die Abweichung der zu vergleichenden Meßwerte innerhalb einer
zulässigen, einstellbaren Toleranz, dann erfolgt keine Störmeldung. Weichen die
Istwerte und Sollwerte jedoch darüber hinaus voneinander ab, erfolgt sofort Störmeldung.
Gegebenenfalls werden die Fördervorrichtungen abgeschaltet.
-
Es können mehrere Dosieranlagen nebeneinander auf einen Mischer zu
arbeiten. Jede für sich wird in gleicher Weise entweder für die Dosierung von Trägerstoffen,
Flüssigstoffen oder für Mischungen von Flüssigstoffen ausgelegt sein.