DE4131403C2 - Dosiervorrichtung - Google Patents

Description

Die chemische Industrie, die Lebensmittel- und die Futter­ mittelindustrie produzieren eine große Vielfalt pulver­ förmiger Substanzen. Darunter fallen Produkte wie Waschpul­ ver, Düngemittel, Kosmetikpuder, Talkpuder, Zement, Puder­ zucker, Instantgetränkepulver, Kartoffelstärke, Maisstärke Getreidemehl und viele andere mehr.

Auf dem Markt wird ein bestimmtes Produkt eines bestimmten Herstellers meistens in einheitlichen Verpackungen, die alle die gleiche Menge des Produktes enthalten, angeboten. Der Transport und der Verkauf wird dadurch vereinfacht. Produkte­ packungen von einheitlicher Form und Größe lassen sich gut palettieren. Für alle Packungen gilt der gleiche Ver­ kaufspreis, da jede Packung die gleiche Menge des Produktes enthält. Der Verkaufspreis muß somit nicht für jede Packung einzeln bestimmt werden.

Pulverförmige, hygroskopische Substanzen zeigen kein regel­ mäßiges Fließverhalten. Sie kleben entweder zusammen und fließen dann überhaupt nicht oder sie fließen schubweise, was heißt, daß es Momente gibt, in denen das Material nicht fließt und Momente, in denen es lawinenartig und un­ kontrollierbar fließt.

Wegen dieser Eigenschaft ergeben sich beim maschinellen Ab­ füllen pulverförmiger, hygroskopischer Substanzen in die Verpackungsbehälter Probleme. Bei Verwendung eines gewöhn­ lichen Trichters, der nicht mit zusätzlichen technischen Hilfsmitteln ausgestattet ist, ist ein genaues Dosieren bei gravimetrischem Abfüllen unmöglich. Beim gravimetrischen Ab­ füllen wird die abgefüllte Menge des Produktes gewogen. Die Sollmenge, die jede Packung enthalten muß, ist durch das Gewicht und nicht durch das Volumen definiert. Bis jetzt wurden für das gravimetrische Abfüllen solcher Substanzen folgende Abfüllgeräte verwendet:

Es gibt Abfüllgeräte, z. B. gemäß der gattungsbildenden US 37 86 844 die aus einem konischen Trichter be­ stehen, bei dem die Austrittsöffnung unten am Trichter mit Hilfe eines waagrechten Schiebers geöffnet und geschlossen werden kann. Der Öffnungsgrad des Schiebers kann über eine Steuerung verändert werden. Um das Pulver zu aktivieren, d. h. zum Fließen zu bringen, ist der Trichter mit einem Rührwerk ausgerüstet. Ohne Aktivierung fließt das Pulver auch bei geöffnetem Schieber nicht aus dem Trichter, da es oberhalb der Austrittsöffnung eine Brücke bildet. Der Schwachpunkt dieser Geräte ist das Rührwerk. Es kann dazu kommen, daß das Pulver infolge der mechanischen Einwirkung des Rührwerkes zusammenklebt, und es zur Klumpenbildung kommt. Damit ist kein regelmäßiges Ausfließen und folglich auch kein Feindosieren mehr möglich. Durch die Rührbewegung kann das Produkt eventuell auch entmischt werden. Dabei wer­ den die groben und die feinen Pulverpartikel, die ursprüng­ lich regelmäßig im Produkt verteilt waren, voneinander ge­ trennt. Bei den Kontaktflächen zwischen Trichter und Rühr­ werk können Dichtungsprobleme auftreten. Das Pulver tritt über die vorhandenen Ritzen und Spalten aus dem Abfüllgerät aus. Problematische Kontaktflächen gibt es vor allem im Be­ reiche der Rührwerkdrehachse und des Rührwerkgetriebes. Der Betrieb des Rührwerkes erfordert einen erheblichen Kraftauf­ wand und braucht entsprechend viel Energie. Die Reinigung von solchen Abfüllgeräten ist sehr aufwendig. Außerdem sind die Herstellungskosten wegen der komplizierten Mechanik des Rührwerkes hoch. Weiter hat es sich gezeigt, daß für pul­ verförmige Substanzen, die eine sehr starke Neigung zur Brückenbildung haben, mit Rührwerken versehene Trichter un­ brauchbar sind.

Eine andere Lösung wären mit Dosierschnecken ausgestattete Abfüllgeräte. Bei diesen Geräten befindet sich in zwei über­ einander angeordneten, waagrecht liegenden Rohren je eine Förderschnecke. Das obere Rohr und dessen Förderschnecke ha­ ben dabei einen größeren Durchmesser als das untere Rohr und dessen Förderschnecke. Die beiden Förderschnecken werden vorne über einen gemeinsamen Zuführtrichter mit Pulver ge­ speist. Das Pulver wird zuerst für die Grobdosierung in die große, nachher für die Feindosierung in die kleine Förder­ schnecke gelenkt. An ihrem Ende münden beide Schnecken in einem senkrechten Schacht, durch den das Pulver in den Ver­ packungsbehälter hinunterfällt. Bei diesen Abfüllgeräten treten ebenfalls Probleme auf. Beim Materialeinzug der För­ derschnecken, wo der Zuführtrichter in das obere Rohr mün­ det, kann es zur Brückenbildung des Pulvers kommen. Dadurch wird dessen Nachfließen verhindert. Auf das Pulver wirken durch die Förderschnecke verursachte Schub- und Reibungs­ kräfte ein, die dieses verformen und sogar erhitzen. Das führt oft zum Zusammenkleben des Pulvers. Es besteht auch die Gefahr, daß Pulver zwischen der Förderschnecke und der Röhrenwand eingeklemmt und so stark verhärtet wird, daß es zur Blockierung der Schnecke kommt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Dosiervorrich­ tung zu schaffen, mit der hygroskopisches, pulverförmiges Schüttgut schonend gravimetrisch abgefüllt und exakt dosiert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe der Ausbildungs­ merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Die neue Dosiervorrichtung zeichnet sich durch einen spe­ ziell geformten Materialaufgabe-Trichter 1 und die besondere Anordnung und Form des Verschlußschiebers 2 aus. Es zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht des Materialaufgabe-Trichters mit Schieberschacht,

Fig. 2 Seitenriß des Matrialaufgabe-Trichters mit Schieberschacht,

Fig. 3a Anordnung des geschlossenen Schiebers in der Schieberschachtöffnung von oben gesehen,

Fig. 3b Anordnung des teilweise geöffneten Schiebers in der Schieberschachtöffnung von oben gesehen,

Fig. 4 Seitenriß der Anordnung des Aktivator im Schieberschacht,

Fig. 5 Aktivatorwischerarme von vorn gesehen,

Fig. 6 Schema der Abfüllanlage.

Der Trichter 1 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Seine Seitenwände 3 und seine Vorderwand 4 stehen senkrecht. Die Rückwand 5 ist schräg so angeordnet, daß der Trichter 1 sich gegen seine Unterseite hin verengt. Dort grenzt an den Trichter 1 ein kurzer, quaderförmiger Schacht 6 an, der unten eine schräge Ausflußöffnung 7 aufweist. Dort ist ein Verschlußschieber 2 angeordnet (vgl. Fig. 1). Die Form des Trichters 1 bewirkt, daß das Material im Trichter 1 beim Öffnen der Ausflußöffnung 7 , ohne zusätzlich aktiviert werden zu müssen, zu fließen beginnt. Dieses Fließver­ halten beruht auffolgendem Effekt: Im Trichter 1 kann man zwei Zonen unterscheiden (vgl. Fig. 2). In der vorderen Zone 19, im Bereich der senkrechten Vorderwand 4 fließt das Material regelmäßig und schnell. Das Material in der hin­ teren Zone 20, im Bereich der schrägen Rückwand 5 zeigt ein schubweises Fließverhalten. Beim Öffnen der Ausflußöffnung 7 beginnt das Material der vorderen Zone 19 von sich aus schnell und regelmäßig zu fließen und reißt das Material in der hinteren Zone 20 mit. Dieses beginnt darauflangsam nachzufließen. Zusammen ergibt das ein regelmäßiges, kontrollierbares Fließverhalten.

Anstelle eines waagrechten Verschlußschiebers wird ein schräg zur Materialfließrichtung stehender Schieber 2 ver­ wendet. Im Bereich des Schiebers 2 tritt wieder der gleiche Effekt auf wie im Trichter 1. Das Material auf der Vorder­ seite des Schieberschachtes 6 fließt schnell und regelmäßig und reißt das Material mit schubweisem Fließverhalten auf der Hinterseite mit sich. Damit wird auch im Schieber­ schacht 6 ein regelmäßiges Fließen erreicht.

Wegen der schrägen Anordnung des Schiebers 2, erfolgt dessen Schließbewegung annähernd in der Fließrichtung des Ma­ terials. In der Fig. 2 gibt der Pfeil 21 die Schließrich­ tung des Schiebers 2 an. So wird verhindert, daß beim schnellen, schlagartigen Schließen des Schiebers 2, während das Material noch am Fließen ist, dieses oberhalb des Schiebers 2 verdichtet wird. Schnelles, schlagartiges Schließen des Schiebers 2 kommt vor allem in der Phase der Feindosierung vor. Ein waagrechter Schieber würde beim schlagartigen Schließen auf das fließende Material ober­ halb des Schiebers einen so starken Staudruck auswirken, daß dieses stark verdichtet würde und es dadurch zur Brüc­ kenbildung käme. Beim nächsten Öffnen des Schiebers würde dann kein Material mehr nachfließen. Ein feines Nachdo­ sieren wäre unmöglich.

Durch das Öffnen und Schließen des schrägen Schiebers 2 kann sogar eine materialaktivierende Wirkung erzielt werden. Zusätzlich fördert die besondere Form des Schiebers 2 den Materialfluß. Der Schieber 2 ist vorne keilförmig einge­ schnitten. Zum vollständigen Schließen der Ausflußöffnung 7 wird der Schieber 2 soweit vorgeschoben, bis der keilför­ mige Einschnitt 2a nicht mehr im Bereich der Ausflußöffnung 7 liegt (vgl. Fig. 3a). Wenn beim Feindosieren eine kleine Ausflußöffnung gewünscht ist, wird der Schieber 2 nur so wenig zurückgezogen, daß die Ausflußöffnung 7 noch durch die Kanten des keilförmigen Einschnittes 2a begrenzt ist (vgl. Fig. 3b). So wird erreicht, daß die Ausflußöffnung 7 zentral liegt und eine dreieckige Form aufweist (vgl. Fig. 3a und b). Der Materialfluß ist dadurch bei kleiner Schie­ beröffnung besser kontrollierbar, als das bei einer schlitz­ förmigen Öffnung, wie sie bei gerader Schiebervorderkante auftreten würde, der Fall wäre. Selbst bei kleiner Schieber­ öffnung ist dank dieses Schiebers 2 und der besonderen Form des Trichters 1 ein regelmäßiger Materialfluß gewähr­ leistet.

Das Abfüllen des Materials in einen Verpackungsbehälter 10 geschieht in mehreren Phasen. In der ersten Phase wird der Schieber 2 vollständig geöffnet. Wenn man sich dem Soll­ gewicht des Verpackungsbehälters 10 grob angenähert hat, wird der Schieber 2 in einer zweiten Phase teilweise, z. B. zur Hälfte, geschlossen. Später wird in einer dritten Phase die Ausflußöffnung 7 weiter, z. B. bis zu 4/5, verkleinert. Ist das Sollgewicht bis auf wenige Gramm genau erreicht, schließt man den Schieber 2 ganz. Wenn noch leicht unter­ dosiert wurde (4-5 g), wird der Schieber 2 in kurzen Inter­ vallen, taktweise geöffnet und geschlossen, bis das Sollge­ wicht genau erreicht ist.

Der Schieber 2 wird mittels eines Pneumatikzylinders 8 be­ wegt. Die Schieberbewegungen werden optisch mit Hilfe von Lichtleitersystemen überwacht. Die Lichtsignale werden zu Steuerelementen geleitet, die sich in einer getrennt von der eigentlichen Dosiervorrichtung angeordneten Steuerungs­ einheit 9 befinden (vgl. Fig. 6). Dort werden die Lichtsig­ nale in elektrische Impulse umgewandelt, die von Steuerele­ menten ausgewertet werden. Der Verpackungsbehälter 10 steht unter der Ausflußöffnung 7 auf einer Waage 11, die ständig das momentane Gewicht des abgefüllten Materials an die Steuerelemente weitermeldet. Die verschiedenen Phasen des Abfüllvorganges und das Sollgewicht kann vorprogrammiert werden. Die Steuerung des Abfüllablaufes erfolgt danach automatisch. Die Anzeigeelemente 12 der Steuerungseinheit 9 zeigen das gewählte Soll-Gewicht und das momentane Ist- Gewicht an.

Bei 60-70% aller Produkte läuft das Abfüllen mit diesem Gerät ohne weitere technische Hilfsmittel reibungslos ab. Bei heiklen Produkten, wie z. B. Puderzucker oder Mehl, die sehr stark zum Zusammenkleben neigen, kann zusätzlich ein Aktivator 13 eingesetzt werden. Dank der schrägen Anordnung des Schiebers 2 muß man das Material nur an der längeren Wand 6a des Schieberschachtes 6, wo die Ausflußöffnung 7 liegt, aktivieren. Aus diesem Grund ist der Aktivator 13 an der längeren Wand 6a des Schachtes 6 angebracht (vgl. Fig. 4). Er besteht aus zwei an einer Achse 14 befestigen, sich gegenüberliegenden, gegen vorne spitz zulaufenden Wischer­ armen 15, 16 (vgl. Fig. 5). Der obere Wischerarm 15 ragt schräg in den Schieberschacht 6 hinein. Der untere Wischer­ arm 16 verläuft parallel zur längeren Wand 6a des Schachtes 6. Das Lager 17 der Achse 14 ist außen an der Wand 6a ange­ bracht. Die Achse 14 wird durch einen Hebel 18 an ihrem äußeren Ende bewegt. Als Antrieb dient ebenfalls ein Pneu­ matikzylinder. Die Wischerarme 15, 16 führen keine Rota­ tionsbewegung aus. Sie werden lediglich hin und her bewegt.

Das Schrägschieberdosiergerät, gemäß der Erfindung, weist gegenüber den bisherigen Abfüllgeräten wesentliche Vorteile auf.

Dank der besonderen Form des Materialaufgabe-Trichters 1 und dank des Schrägschiebers 2 können 60-70% aller pulver­ förmigen, hygroskopischen Substanzen ohne zusätzliche Aktivierungshilfe abgefüllt werden. Da das Material sowohl im Trichter 1 als auch im Schieberschacht 6 ein regelmäßiges Fließverhalten aufweist, kann eine exakte Feindosie­ rung erreicht werden. Es wirken nur durch das Öffnen und Schließen des Schiebers 2 erzeugte, mechanische Kräfte auf das Material ein. Wegen der schrägen Anordnung des Schiebers 2 sind diese Kräfte aber äußerst klein und führen weder zur Verdichtung noch zum Entmischen des Materials.

Der Aktivator 13, der bei pulverförmigen, hygroskopischen Substanzen, die sehr schnell zusammenkleben, eingesetzt werden kann, wirkt nicht entmischend.

Sowohl der Schieber 2 als auch der Aktivator 13 wird pneu­ matisch angetrieben. Die Überwachung der Schieberbewegung erfolgt optisch, mit Hilfe von Lichtleitern. Im Bereich des Pulvers befinden sich also keine elektrischen Einrichtungen, in denen sich Funken bilden könnten. Das Schrägschieber- Dosiergerät eignet sich deshalb auch zum Abfüllen von leicht entflammbarem Material.

Das Gerät ist technisch ohne großen Aufwand herstellbar. Die Herstellungskosten sind wesentlich kleiner als bei bis­ herigen Geräten.

Claims (13)

1. Dosiervorrichtung für pulverförmiges Schüttgut, das die Dosiervorrichtung in Richtung der Schwerkraft durchfließt, mit einem Materialaufgabe-Trichter, einem daran anschließenden Schieberschacht mit einer unten liegenden Ausflußöffnung, sowie mit einem Verschlußschieber zum Verschließen bzw. Freigeben der Ausflußöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (2) gegenüber der Horizontalebene in einem Neigungswinkel von mehr als 0° und weniger als 90° angeordnet ist.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Neigungswinkel des Verschlußschiebers (2) gegenüber der Horizontalebene 30° bis 80° beträgt.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Neigungswinkel 60° beträgt.

4. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (2) an seiner in Schließrichtung vorderen Kante einen Ein­ schnitt (2a) aufweist.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einschnitt (2a) keilförmig ausgebildet ist.

6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einschnitt (2a) symmetrisch zur Bewegungsrichtung des Verschlußschiebers (2) angeord­ net ist.

7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (2) durch einen Pneumatikzylinder (8) angetrieben ist.

8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verschlußschieber (2) an ein optisches Lichtmessystem angeschlossen ist, das mit Steuerungselementen einer Steuerungseinheit (9) verbunden ist.

9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosiervorrichtung eine unter der Ausflußöffnung (7) angeordnete Waage (11) aufweist, die zur Ansteuerung des Verschlußschiebers (2) an die Steuerungseinheit (9) angeschlossen ist.

10. Dosiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Steuerungseinheit (9) das Sollgewicht einprogrammierbar ist.

11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der längeren Seite (6a) des Steuerschiebers (6) ein Aktivator (13) zur Auflockerung des Schüttgutes angeordnet ist.

12. Dosiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aktivator (13) pneumatisch angetrie­ ben ist und um eine horizontale Achse (14) eine Pendel­ bewegung ausführt.

13. Dosiervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aktivator (13) zwei Wischerarme (15, 16) aufweist, wobei der obere Wischerarm (15) schräg nach oben und der untere Wischerarm (16) vertikal nach unten ausgerichtet ist.