DE4331057C1 - Optimierung der Rührerdrehzahl in einer mechanischen Dosiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Do­ sierleistung einer Dosiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Differential-Dosierwaagen werden zur genauen Dosierung von Materialien, insbesondere von Schüttgut, verwendet. Die Do­ sierleistung, d. h. die pro Zeiteinheit abgegebene Material­ menge, beispielsweise Schüttgut, wird dadurch bestimmt, daß das sich im Sammelbehälter der Differential-Dosierwaage be­ findende Schüttgut laufend gewogen und die Änderung der Masse bzw. des Gewichts pro Zeiteinheit bestimmt wird.

Um die gewünschte Dosierleistung möglichst genau einhalten zu können, verfügen Differential-Dosierwaagen über eine entsprechende Dosiersteuerung bzw. -regelung, wobei die Istdosierleistung laufend bestimmt und mit der Solldosier­ leistung verglichen wird. Bei einer Abweichung wird ein Stellsignal abgegeben, das die Fördergeschwindigkeit des Dosierorgans, beispielsweise die Drehzahl einer Förder­ schnecke, entsprechend beeinflußt.

Mit Hilfe einer derartigen Dosierregelung läßt sich die ge­ wünschte Dosierleistung jedoch nur dann mit der gewünschten Genauigkeit erreichen, wenn das Dosierorgan gleichmäßig und mit konstanter Schüttgutdichte gefüllt wird. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, beispielsweise am Auslaßende des Sammelbehälters eine mechanische Fließhilfe in Form ei­ ner Rührvorrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe das Mate­ rial aufgelockert und homogenisiert wird und infolgedessen die Befüllung des Dosierorgans, beispielsweise einer Do­ sierschnecke, vergleichmäßigt wird.

Trotz einer derartigen Rührvorrichtung ist jedoch nicht auszuschließen, daß das Dosierorgan ungleichmäßig gefüllt wird, so daß Dosierungenauigkeiten auftreten. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn sich ein reiner Kernfluß ein­ stellt, d. h. wenn das Material nur in der Mitte und nicht in den Randbereichen des Sammelbehälters zur Rührvorrich­ tung und zum Dosierorgan weiterfließt. Weiterhin kann es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen trotz einer derartigen Rührvorrichtung zu starken Dichteschwankungen innerhalb des Dosierorgans kommen, die mit der bekannten Dosiersteuerung bzw. -regelung nicht in dem gewünschten Maße ausgeglichen werden können.

Aus der DE 26 06 518 A1 ist ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art bekannt, bei dem die Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung fest an die geregelte Arbeitsgeschwindig­ keit des Dosierorgans gekoppelt ist, indem die Rührvorrich­ tung als Verlängerung des Dosierorgans ausgebildet und starr mit diesem verbunden ist.

Weiterhin ist aus der EP 0 421 063 A2 ein Verfahren zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit einer geregelten Diffe­ rentialdosierwaage bekannt, bei dem stochastische, d. h. zeitlich unvorhersehbare Störgrößen, beispielsweise Be­ schleunigungsvorgänge am Meßort oder Schüttgutdichteschwan­ kungen, mittels einer Auswerteeinrichtung minimiert werden, die mindestens zwei dieser stochastischen Störgrößen durch eine Modellrechnung minimiert. Eine Rührvorrichtung ist dort jedoch nicht vorgesehen.

Aus der DE-AS 10 23 897 ist eine Dosierbandwaage bekannt, über der sich ein Sammelbehälter mit innen liegendem Rühr­ werk befindet. Eine Geschwindigkeitsregelung ist dort nicht vorgesehen.

Die DE 34 08 191 C2 offenbart eine Dosiereinrichtung mit zwei jeweils getrennt gesteuerten, hintereinander angeord­ neten Fördereinrichtungen, wobei jedoch keine Rührvorrich­ tung vorgesehen ist.

Ferner ist aus der US 3186 602 eine Dosiervorrichtung mit einem Dosierorgan in der Form einer Förderschnecke und einer Rührvorrichtung in Form einer koaxial zur Förder­ schnecke ausgerichteten Rührschnecke bekannt. Die Förder- und Rührschnecke können dort mit unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten angetrieben werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem die Dosiergenauigkeit der Dosiervorrichtung verbessert werden kann. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ge­ schaffen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Regelung der Do­ sierleistung nicht nur die Arbeitsgeschwindigkeit des Do­ sierorgans, sondern zusätzlich die Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung geregelt oder gesteuert, wobei die Re­ gelung oder Steuerung der Rührvorrichtung in Wechselwirkung und in Abstimmung mit der Dosierorganregelung durchgeführt wird.

Sinkt beispielsweise die Istdosierleistung gegenüber dem eingegebenen Sollwert ab, ist dies ein Zeichen dafür, daß dem Dosierorgan zu wenig Material zufließt. In diesem Fall versucht die Dosiersteuerung, durch eine Erhöhung der Ar­ beitsgeschwindigkeit des Dosierorgans, beispielsweise der Drehzahl einer Dosierschnecke, mehr Material zu fördern. Dies gelingt jedoch nur dann, wenn sich über dem Dosieror­ gan keine Materialbrücke und kein Hohlraum bildet. Ist dies jedoch der Fall, wird erfindungsgemäß die Arbeitsgeschwin­ digkeit der Rührvorrichtung ebenfalls erhöht, so daß die gewünschte Dosierleistung erreicht wird. Wird die Geschwin­ digkeit des Dosierorgans dagegen herabgesetzt, weil zu viel Material zugeführt wird, kann das erfindungsgemäße Verfah­ ren regeltechnisch entgegengesetzt angewendet werden, um die gewünschte Dosierleistung zu erhalten. Die zusätzliche Regelung oder Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung unterstützt und beschleunigt daher die Anpassung der tatsächlichen Dosierleistung an den vorgege­ benen Sollwert.

Vorteilhafterweise wird die Regelung oder Steuerung der Rührvorrichtungsgeschwindigkeit gleichzeitig mit der Rege­ lung der Dosierorgangeschwindigkeit vorgenommen. Alternativ hierzu ist es jedoch ebenfalls möglich, bei einer Abwei­ chung zwischen Soll- und Istdosierleistung zuerst die Ar­ beitsgeschwindigkeit des Dosierorgans und erst dann dieje­ nige der Rührvorrichtung zu regeln, wenn die Dosieror­ ganregelung alleine nicht oder nicht mit der gewünschten Geschwindigkeit die Dosierleistungsabweichung auszugleichen vermag.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist eine weitere, auf die Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung einwirkende Regelungs- oder Steuerungs­ einrichtung vorgesehen, die mit der Dosierorgan-Regelungs­ einrichtung zur Erzielung der vorgegebenen Dosierleistung in abgestimmter Wirkverbindung steht.

Vorteilhafterweise weist hierbei die Regelungs- oder Steue­ rungseinrichtung der Rührvorrichtung ein Entscheidungsglied auf, das mit einem Regler der Dosierorgan-Regelungseinrich­ tung in einer Datenaustauschverbindung steht und in Abhän­ gigkeit dieser Daten ein Stellsignal zur Erhöhung oder Er­ niedrigung der Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung abgibt.

Die Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrich­ tung kann auf einfache Weise mittels eines elektrisch re­ gelbaren oder polumschaltbaren Antriebsmotors bewerkstel­ ligt werden. Im erstgenannten Fall erfolgt die Veränderung stufenlos bzw. kontinuierlich, während sie im zweitgenann­ ten Fall dann in Stufen erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung bei einer Differential-Dosierwaage und

Fig. 2 eine Diagramm-Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Dosierleistung, der Drehzahl des Dosierorgans und der Drehzahl der Rührvorrichtung.

Aus Fig. 1 ist eine Differential-Dosierwaage mit einem Sam­ melbehälter 1 ersichtlich, dem über einen Einfüllschacht 2 einer Befüllungsvorrichtung Material in Form eines Schütt­ guts zugeführt werden kann. Eine Klappe 3 innerhalb des Einfüllschachts 2 regelt die Zufuhr des Schüttgutes.

Das Schüttgut wird aus dem Sammelbehälter 1 mittels eines Dosierorgans in Form einer Dosierschnecke 4 mit einer vor­ gebbaren Dosierleistung ausgetragen. Um die Istdosierlei­ stung _ist zu bestimmen, wird das Gewicht des Schüttgutes innerhalb des Sammelbehälters 1 laufend mittels einer Waage 5 gemessen und die Gewichtsänderung pro Zeiteinheit in ei­ nem Differenzierglied 6 einer Dosiersteuerung berechnet. Diese Istdosierleistung _ist wird in einem Vergleichsglied 7 mit einer vorgebbaren Solldosierleistung _soll verglichen und die Abweichung e einem Regler 8 zugeführt, der einen entsprechenden Stellsignalwert N an einen Motorregler 9 ab­ gibt. Der Motorregler 9 vergleicht den Stellsignalwert N mit dem von einem Tachometer 10 eines Antriebsmotors 11 ge­ messenen tatsächlichen Drehzahlwert der Dosierschnecke 4 oder des Motors 11 und gibt gegebenenfalls an den Motor 11 ein entsprechendes Stellsignal zur Erhöhung oder Erniedri­ gung der Dosierschneckendrehzahl ab, um die Istdosierlei­ stung mit der Solldosierleistung in Übereinstimmung zu bringen.

Die Elemente 4 bis 11 bilden somit einen Regelkreis, mit dessen Hilfe die Drehzahl der Dosierschnecke 4 geregelt werden kann.

Um eine möglichst vollständige Schneckenbefüllung und eine konstante Schüttgutdichte innerhalb der Dosierschnecke 4 sicherzustellen, ist weiterhin innerhalb des Sammelbehäl­ ters 1 in unmittelbarer Nachbarschaft der Dosierschnecke 4 ein Rührer 12 einer Rührvorrichtung vorgesehen, der mittels eines Motors 13 in Drehbewegung versetzt werden kann. Der Rührer 12 ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt und kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann es sich um einen Stab-, Zinken-, Paddel- oder Wendelrührer handeln. Weiterhin ist es auch ohne weiteres möglich, al­ ternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung den Rüh­ rer nicht oberhalb, sondern um die Dosierschnecke 4 herum anzuordnen.

Die Drehgeschwindigkeit des Rührers 12 ist mittels einer weiteren Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung beein­ flußbar, die aus einem Regler 14 und einem Motorregler oder einer Steuerung 15 besteht, der bzw. die eingangsseitig mit dem Regler 14 und ausgangsseitig mit dem Motor 13 des Rüh­ rers 12 verbunden ist.

Der Regler 14 stellt ein Entscheidungsglied dar, das über entsprechende Leitungen 16 mit dem Regler 8 in Verbindung steht, von diesem Daten empfängt und an diesen Daten ab­ gibt. Weiterhin empfängt der Regler 14 auch den vom Ver­ gleichsglied 7 ermittelten Abweichungswert e der Dosierlei­ stung über eine Leitung 17. Je nach Aufbau und Funktions­ weise des Reglers 14 kann es auch zweckmäßig sein, dem Reg­ ler 14 den Wert der Solldosierleistung über eine Leitung 18 direkt zuzuführen.

In Abhängigkeit der über die Leitungen 16, 17, 18 empfange­ nen Daten entscheidet der Regler 14, ob und inwieweit die Drehzahl des Rührers 12 verändert werden soll und gibt ein entsprechendes Stellsignal N′ an den Motorregler oder die Steuerung 15 ab, der bzw. die eine Erhöhung oder Erniedri­ gung der Drehzahl des Motors 13 veranlaßt. Die Drehzahl des Motors 13 kann über einen Tachometer 19 überwacht werden, der mit dem Motorregler oder der Steuerung 15 in Verbindung steht.

Beim Motor 13 handelt es sich um einen elektrisch regelba­ ren Motor, dessen Drehzahl mittels einer Polumschaltung in stufigen Abständen verändert werden kann.

Die Wirkung einer Drehzahländerung des Rührers 12 auf die Dosierleistung in Abhängigkeit der Drehzahl der Dosier­ schnecke 4 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Do­ sierleistung ist hierbei mit , die Drehzahl der Dosier­ schnecke 4 mit N und die Drehzahl des Rührers 12 mit n_R be­ zeichnet. Wie aus den verschiedenen Kurven für n_R = 0 bis n_R = 5 erkennbar ist, bewirkt nicht nur eine Erhöhung der Drehzahl N der Dosierschnecke 4, sondern auch eine Erhöhung der Rührerdrehzahl n_R im gewählten Beispiel eine Erhöhung der Dosierleistung m. Die Form der Kurven, d. h. der Einfluß der Drehzahl N der Dosierschnecke 4 und der Rührerdrehzahl n_R auf die Dosierleistung , ist insbesondere von den Schüttguteigenschaften, beispielsweise von der Fließfähig­ keit und der Kompressibilität des Schüttgutes, sowie von der Geometrie des Sammelbehälters 1, der Dosierschnecke 4 und des Rührers 12 abhängig.

In der in Fig. 1 dargestellten Dosiersteuerung mit den Reg­ lern 8, 14 wird sowohl der Einfluß der Drehzahl N der Do­ sierschnecke 4 als auch derjenige der Rührerdrehzahl n_R auf die Dosierleistung dazu verwendet, um auf schnelle und sehr genaue Weise die Istdosierleistung mit der Solldosier­ leistung in Übereinstimmung zu bringen. Bei einer entspre­ chenden Abstimmung von Schnecken- und Rührerdrehzahlen kann hiermit insbesondere auch der Einfluß von schüttgutspezifi­ schen Eigenschaften wie die Kompressibilität (Dichte) des Schüttgutes auf die Dosierleistung berücksichtigt und gege­ benenfalls kompensiert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der Dosierleistung einer Do­ siervorrichtung, insbesondere einer Differentialdosier­ waage, bei dem ein zu dosierendes Material aus einem Sam­ melbehälter einem Dosierorgan zugeführt und vom Dosierorgan mit einer vorgebbaren Dosierleistung abgegeben wird, wobei die Dosierleistung durch Regelung der Arbeitsgeschwindig­ keit des Dosierorgans geregelt und die Befüllung des Do­ sierorgans mit dem zu dosierenden Material unter Einwirkung einer Rührvorrichtung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Dosierleistung zusätzlich die Arbeits­ geschwindigkeit der Rührvorrichtung (12, 13) geregelt oder gesteuert wird, wobei die Regelung oder Steuerung der Rühr­ vorrichtung (12, 13) in Wechselwirkung und in Abstimmung mit der Dosierorganregelung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung oder Steuerung der Rührvorrichtungsge­ schwindigkeit gleichzeitig mit der Regelung der Dosieror­ gangeschwindigkeit vorgenommen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2 mit einer Dosiervorrichtung, insbesondere Differentialdosierwaage, die einen Sammelbehälter für das zu dosierende Material sowie ein Dosierorgan zum dosierten Abführen des Materials aus dem Sammelbehälter aufweist, ei­ ner Rührvorrichtung zur Unterstützung des Materialflusses vom Sammelbehälter in das Dosierorgan und einer Regelein­ richtung zur Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit des Do­ sierorgans gemäß einer vorgebbaren Dosierleistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, auf die Arbeitsgeschwindigkeit der Rühr­ vorrichtung (12, 13) einwirkende Regelungs- oder Steue­ rungseinrichtung vorgesehen ist, die mit der Dosierorgan- Regelungseinrichtung zur Erzielung der vorgegebenen Dosier­ leistung in abgestimmter Wirkverbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungs- oder Steuerungseinrichtung der Rührvor­ richtung (12, 13) ein Entscheidungsglied (14) aufweist, das mit einem Regler (8) der Dosierorgan-Regelungseinrichtung in einer Datenaustauschverbindung steht und in Abhängigkeit dieser Daten ein Stellsignal (N′) zur Erhöhung oder Ernied­ rigung der Arbeitsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung (12, 13) abgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rührvorrichtung (12, 13) einen elektrisch regelbaren und/oder polumschaltbaren Antriebsmotor (13) zur Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit aufweist.