DE4337877A1 - Dosiervorrichtung für schüttfähige Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für schüttfähige Materialien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Dosiervorrichtungen werden beispielsweise in der kunststoffverarbeitenden Industrie bei der Beschickung von Extrudern oder Spritzgießmaschinen mit Granulat eingesetzt und gestatten es, das zugeführte Material kontinuierlich zu verwiegen und dosiert an die Verarbeitungsmaschine abzugeben.

In den Druckschriften DE 37 21 186 C2, DE 38 10 710 A1, DE 39 33 471 und DE 41 21 649 werden Vorrichtungen dieser Art beschrieben, bei denen eine Wiegeeinrichtung mit einer nachgeordneten Förderschnecke kombiniert ist, die eine gezielte Steuerung des Volumendurchsatzes gestattet. Durch Steuerung oder Regelung der Förderschnecke in Abhängigkeit von den mit Hilfe der Wiegeeinrichtung bestimmten Massendurchsatz läßt sich so unabhängig vom Schüttgewicht des Materials eine präzise Dosierung erreichen. Bei den in den drei erstgenannten Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen ist der Wägetrichter starr mit dem Gehäuse der Förderschnecke verbunden, so daß das Gewicht der Förderschnecke mit in die Gewichtsmessung eingeht. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit beeinträchtigt, und Erschütterungen, die durch den Betrieb der Förderschnecke verursacht werden, wirken sich bei der Gewichtsmessung als zusätzliches Rauschsignal aus. In DE 41 21 649 C1 ist der Wägetrichter im Bereich seines oberen Endes an Wägezellen aufgehängt. Auch bei dieser Konstruktion sind die Schwingungen des Wägetrichters nur schwer zu beherrschen, und die Aufhängung des Wägetrichters erfordert eine sperrige Konstruktion und erschwert zudem das Auswechseln des Wägetrichters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die sich durch eine kompakte Konstruktion und eine gute Zugänglichkeit des Wägetrichters auszeichnet und eine genaue Verwiegung des zugeführten Materials gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse des Dosierförderers so ausgebildet, daß es in seinem oberen Bereich die Wägezelle aufnimmt, und der Wägetrichter stützt sich über die Wägezelle auf dem Dosierförderer ab. Da somit das Eigengewicht des Dosierförderers nicht in die Gewichtsmessung eingeht, wird eine präzise Messung der Gewichtsänderungen beim Zufluß von Material in den Wägetrichter und beim Abfluß des Materials aus dem Wägetrichter ermöglicht.

Wenn der Dosierförderer, beispielsweise eine Förderschnecke, überfüttert betrieben wird, damit der Volumendurchsatz zur Geschwindigkeit der Förderschnecke proportional ist, wird das Ergebnis der Gewichtsmessung zu einem gewissen Grad dadurch beeinflußt, daß sich unter dem Auslaufstutzen des Wägetrichters ein Schüttkegel ausbildet. Dieser Effekt wirkt sich jedoch nur auf die Messung des Absolutgewichts aus und bleibt während des kontinuierlichen Betriebs der Dosierwaage konstant, so daß differentielle Gewichtsmessungen, die zur Bestimmung des Massendurchsatzes benötigt werden, mit hoher Präzision vorgenommen werden können.

Die durch den Betrieb des Dosierförderers hervorgerufenen Erschütterungen werden durch den direkten Anschluß an die Verarbeitungsmaschine weitgehend gedämpft. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist die Wägezelle unterhalb des Schwerpunktes des Wägetrichters und nur wenig seitlich versetzt zu dem Schwerpunkt angeordnet, so daß auch Kippschwingungen des Wägetrichters stark gedämpft werden. Deshalb wird die Genauigkeit der Gewichtsmessungen durch die Vibrationen des Dosierförderers praktisch nicht beeinträchtigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In letzter Zeit sind Plattform-Wägezellen entwickelt worden, die einen integrierten Schwingungsdämpfer aufweisen (beispielsweise Typ PW2AC-3 der Firma HBM Hottinger Baldwin Meßtechnik, Darmstadt). Durch Verwendung einer solchen schwingungsgedämpften Wägezelle läßt sich das Signal/Rausch-Verhältnis weiter verbessern. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in der Trägerplatte zwei achsensymmetrisch angeordnete Wägezellen unterzubringen, ohne daß die Abmessungen der Vorrichtung hierdurch vergrößert werden. Durch diese Anordnung wird die Stabilität der Abstützung des Wägetrichters weiter erhöht, und durch Addition der Meßsignale der beiden Wägezellen kann der Einfluß von Kippmomenten kompensiert werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 in der Draufsicht mit abgenommenem Deckel.

In der Zeichnung ist eine Dosierwaage 10 dargestellt, die durch eine Verwiegeeinrichtung 12 mit nachgeordnetem Dosierförderer 14 gebildet wird. Der Dosierförderer 14 weist ein Gehäuse 16 auf, in dem ein Förderzylinder 18 angeordnet ist. In eine abgestufte Bohrung des Gehäuses 16 ist formschlüssig ein Übergangsstück 20 eingesetzt, das einen Einlaß 22 bildet. Der Einlaß 22 hat im oberen Bereich einen kreisförmigen Grundriß und im unteren Bereich einen an die Einlaßöffnung 24 des Förderzylinders 18 angepaßten rechteckigen Querschnitt. Eine nicht gezeigte Verdrehsicherung stellt sicher, daß das Übergangsstück stets in der richtigen Orientierung eingesetzt wird.

In der oberen Oberfläche des Gehäuses 16 ist eine ringförmige Ausnehmung 26 ausgebildet, die zwei Wägezellen 28 aufnimmt. Die Wägezellen 28 sind jeweils an einem Ende unter Zwischenfügung eines schwingungsdämpfenden Puffers 30 am Grund der Ausnehmung 26 befestigt und am entgegengesetzten Ende mit einer kreisförmigen Plattform 32 verbunden, die einstückig am unteren Ende eines Wägetrichters 34 ausgebildet ist. Der Wägetrichter 34 und die Plattform 32 sind koaxial mit dem Einlaß 22 ausgerichtet, und die Wägezellen 28 sind achsensymmetrisch zur Achse des Wägetrichters angeordnet.

Die Plattform 32 bildet mit der oberen Oberfläche des Gehäuses 16 einen Ringspalt 36, dessen Höhe so bemessen ist, daß ein ausreichendes Spiel für die Auslenkung der Wägezellen unter dem Gewicht des Wägetrichters mit Inhalt besteht. Der Wägetrichter 34 ist an seiner Innenfläche mit einer Abstufung 38 versehen, in die ein Auslaufstutzen 40 formschlüssig eingesetzt ist. Der Auslaufstutzen 40 weist in seinem oberen Bereich eine konische Innenfläche auf, die mit der Innenfläche des Wägetrichters 34 fluchtet. Der untere Teil des Auslaufstutzens hat die Form eines Zylinders 42, der in den Einlaß 22 hineinragt. Der Wägetrichter weist somit eine glatte Innenkontur mit einheitlichem Schüttwinkel auf und ist frei von Abstufungen oder Übergängen, die den Materialfluß behindern und die Gefahr der Brückenbildung erhöhen könnten.

Am oberen Rand des Einlasses 22 ist ein Bürstenring 44 angeordnet, dessen Bürsten die Außenfläche des Zylinders 42 bestreichen und so den Ringspalt 36 an seinem inneren Umfang abdichten. Am äußeren Umfang ist der Ringspalt 36 durch eine Dichtung 46 abgeschlossen, die beispielsweise durch einen Faltenbalg, ein Filtertuch oder einen weiteren Bürstenring 46′ (rechte Seite in Fig. 2) gebildet wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß Staub oder Granulatkörner in den Ringspalt 36 eindringen und das Meßergebnis verfälschen.

Auf dem oberen Rand des Wägetrichters 34 ist ein zylindrischer Aufsatz 48 angebracht, der mit Schnellverschlüssen 50 (Fig. 2) befestigt ist und sich somit leicht auswechseln läßt. In Abstand oberhalb des Aufsatzes 48 ist ein Deckel 52 angeordnet, der lösbar auf von dem Gehäuse 16 aufragenden Säulen befestigt ist. In dem Deckel 52 ist mittig ein in den Aufsatz 48 ragender Zuführschacht 56 angeordnet, über dem sich ein Zuführstutzen 58 mit einem Drehschieber 60 befindet.

Die gesamte Verwiegeeinrichtung 12 ist von einer zylindrischen Verkleidung 62 aus durchsichtigem Material umgeben, die zwischen dem Gehäuse 16 und dem Deckel 52 gehalten ist.

Der Dosierförderer 14 weist im gezeigten Beispiel eine einzelne Förderschnecke 64 auf, die über ein Winkelgetriebe 66 durch einen Motor 68 antreibbar ist. Aufgrund dieser Anordnung ragt der Motor 68 nicht über den Grundriß des Gehäuses 16 hinaus.

Am stromabwärtigen Ende des Dosierförderers 14 bildet dessen Gehäuse 16 eine Schwalbenschwanzführung 70, die das Ankuppeln des Dosierförderers 10 an eine nicht gezeigte Verarbeitungsmaschine gestattet. Das Gehäuse 16 hat gemäß Fig. 3 einen polygonalen Grundriß. An die mit der Schwalbenschwanzführung 70 versehene Stirnfläche 72 schließen sich gerade Kanten 74 unter einem Winkel von 60° an. Dies gestattet es, bis zu sechs gleichartige Dosierwaagen 10 um einen im Querschnitt hexagonalen Beschickungsschacht einer Arbeitsmaschine herum anzuordnen.

Das Gehäuse 16 des Dosierförderers 14 ist unterhalb des Einlasses 24 mit einer um ein Gelenk 76 schwenkbaren Schnellentleerungsklappe 78 versehen, die die untere Hälfte des Querschnitts der Förderschnecke 64 in geringem Abstand umgibt, so daß die Ansammlung von reibungserhöhenden Materialrückständen unter der Förderschnecke vermieden wird.

Bei den Wägezellen 28 handelt es sich vorzugsweise um ecklastkompensierte Plattform-Wägezellen, die eine genaue Messung der vertikal auf die Plattform 32 wirkenden Kräfte gestatten, unabhängig von der Position, in der diese Kräfte auf die Plattform 32 ausgeübt werden. Wahlweise können diese Wägezellen mit integrierten Dämpfungsgliedern, beispielsweise Flüssigkeits- Dämpfern, versehen sein, die die Wirkung der schwingungsdämpfenden Puffer 30 ergänzen und die Auswirkung von Vibrationen des Motors 68 oder des Winkelgetriebes 66 oder von Erschütterungen beim Zuführen von Material in den Wägetrichter 34 mildern. Vorzugsweise ist in jeder der Ausnehmungen 26 ein nicht gezeigter Analog/Digital-Wandler angeordnet, der das analoge Meßsignal der zugehörigen Wägezelle 28 in ein digitales Signal umwandelt, das über nicht gezeigte Leitungen an eine gleichfalls nicht gezeigte elektronische Steuereinrichtung übermittelt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Analogsignale der Wägezellen 28 nur über eine sehr kurze Distanz innerhalb der durch das Gehäuse 16 und die Plattform 32 elektrisch abgeschirmten Ausnehmung 26 übertragen zu werden brauchen, so daß der Eingang von Störsignalen minimiert wird. Die nach außen geführten digitalen Signale sind wesentlich weniger störempfindlich.

Die oben beschriebene Dosierwaage 10 arbeitet wie folgt.

Durch Öffnen des Drehschiebers 60 wird Material, beispielsweise Granulat, in den Wägetrichter 34 zugeführt. Die hierdurch bedingte Gewichtszunahme des Wägetrichters wird mit Hilfe der Wägezellen 28 erfaßt und elektronisch registriert. Wenn ein vorgegebener oberer Schwellenwert erreicht ist, der dem maximalen Füllgrad des Wägetrichters 34 mit Aufsatz 48 entspricht, so wird der Drehschieber 60 automatisch geschlossen. Der Motor 68 wird in Betrieb gesetzt, um das Granulat mit Hilfe der Förderschnecke 64 zu der Verarbeitungsmaschine abzufördern. Die hierdurch bedingte stetige Gewichtsabnahme des Wägetrichters wird mit Hilfe der Wägezellen 28 erfaßt und bildet die Grundlage für die Berechnung des Massendurchsatzes, d. h., der in Masseneinheiten gemessenen Materialmenge, die der Verarbeitungsmaschine pro Zeiteinheit zugeführt wird.

An der Steuereinheit kann ein Sollwert für diesen Massendurchsatz eingestellt werden. Die Geschwindigkeit der Förderschnecke 64 und damit der Volumendurchsatz an Granulat wird dann durch die Steuereinheit so verändert, daß der mit Hilfe der Wägezellen gemessene Massendurchsatz auf den Sollwert eingeregelt wird. Es ist somit nicht erforderlich, den Dosierförderer 14 vorab auf die Schüttdichte des zugeführten Granulats zu kalibrieren. Damit entfällt auch die Notwendigkeit, das Gehäuse des Dosierförderers mit einer Probenentnahmeöffnung zu versehen, durch die unerwünschte zusätzliche Scherkanten am Förderweg der Schnecke 64 gebildet würden.

Wenn das gemessene Gewicht des Wägetrichters einen vorgegebenen unteren Schwellenwert erreicht, wird durch Öffnen des Drehschiebers 60 automatisch Granulat zugeführt, bis wieder der obere Schwellenwert erreicht ist. Während dieses Nachfüllvorgangs kann der Dosierförderer 14 kontinuierlich weiterlaufen. Da allerdings die oben beschriebene Regelung während des Nachfüllvorgangs nicht möglich ist, wird die Geschwindigkeit der Förderschnecke während dieser Zeit konstant gehalten, und erst nach dem Schließen des Drehschiebers 60 und gegebenenfalls nach einer kurzen Beruhigungszeit wird die Regelung wieder aufgenommen.

Der untere Schwellenwert, bei dem Granulat nachgefüllt wird, ist so gewählt, daß eine Unterfütterung des Dosierförderers 14 vermieden wird. Auf diese Weise ist ein stets gleichbleibender Materialfluß durch den Dosierförderer gewährleistet.

Die Materialmenge, die während eines Nachfüllvorgangs in den Wägetrichter 34 gelangt, läßt sich errechnen, indem man zu der gemessenen Gewichtszunahme die Masse des Granulats addiert, die während des Nachfüllvorgangs durch die Förderschnecke 64 abgezogen wird. Diese abgezogene Masse ist in guter Nährung durch das Produkt aus dem Sollwert für den Massendurchsatz und der Dauer des Nachfüllvorgangs gegeben. Eine solche Erfassung der bei einem Nachfüllvorgang zugeführten Masse gestattet in Verbindung mit den Zeitintervallen zwischen aufeinanderfolgenden Nachfüllvorgängen eine Kontrolle des Massendurchsatzes und gegebenenfalls eine Korrektur der Werte für den Massendurchsatz, die anhand der fortlaufenden Gewichtsabnahme während des Normalbetriebs errechnet wurden. Auf diese Weise läßt sich eine Regelung des Massendurchsatzes mit hoher Langzeitstabilität erreichen.

Wenn die Dosierwaage beispielsweise zur Beschickung eines Extruders benutzt wird, so kann der mit Hilfe der Dosierwaage gemessene oder geregelte Massendurchsatz auch als Regelsignal für den Extruder und/oder den Abzug herangezogen werden. Sofern die Förderschnecke des Extruders unterfüttert betrieben wird, so daß ihr Materialdurchsatz über den Fütterungsgrad beeinflußbar ist, kann auch umgekehrt der Sollwert für den Massendurchsatz der Dosierwaage in Abhängigkeit vom Längengewicht des Extrudats variiert werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Dosierwaage wird durch geeignete Querschnittsabstimmung des Auslaufstutzens 40 und des Übergangsstücks 20 sichergestellt, daß der Schüttkegel im Einlaß 22 des Dosierförderers 14 stabil bleibt, so daß ein stetiger Materialtransport und eine entsprechend stetige Abnahme des von den Wägezellen 28 gemessenen Gewichts sichergestellt ist. Da der Auslaufstutzen 40 und das Übergangsstück 20 leicht auswechselbar sind, kann stets eine optimale Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen erreicht werden.

Ebenso leicht ist es möglich, den Wägetrichter 34 mit der Plattform 32 abzunehmen oder auszutauschen. Zu diesem Zweck ist die Plattform durch Magnetkupplungen 80 auf den Wägezellen gehalten. Überlastsicherungen begrenzen in bekannter Weise die Auslenkung der freien Enden der Wägezellen, so daß eine mechanische Überbeanspruchung beim Abnehmen oder Aufsetzen der Plattform vermieden wird.

Durch Auswechseln des zylindrischen Aufsatzes 48 ist es auch möglich, das Fassungsvermögen des Wägetrichters zu verändern. Schließlich ist es auch möglich, den Schüttwinkel im Wägetrichter je nach Einsatzbedingungen zu variieren, indem der Auslaufstutzen 40 gegen einen Einsatz ausgetauscht wird, der bis zum oberen Rand des Wägetrichters reicht und dessen Innenflächen einen anderen Schüttwinkel definieren.

Der Förderzylinder 18 ist lösbar in dem Gehäuse 16 angeordnet und kann somit gegen eine Einheit ausgetauscht werden, die für eine andere Förderleistung ausgelegt oder als Doppelschneckenförderer für pulvrige Materialien ausgebildet ist.

Die beschriebene Vorrichtung zeichnet sich somit durch eine hohe Flexibilität und vielseitige Einsatzmöglichkeiten aus. In einer abgewandelten Ausführungsform ist das Oberteil des Gehäuses 16, das die Wägezellen aufnimmt, als lösbarer Flansch ausgebildet. In diesem Fall kann die Verwiegeeinrichtung 12 auch ohne den Dosierförderer 14 benutzt werden.

Claims (9)

1. Dosiervorrichtung für schüttfähige Materialien, mit einem Dosierförderer (14), einer Wägezelle (28) und einem Wägetrichter (34), dessen Auslaufstutzen (40) in den Einlaß (22) des Dosierförderers mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägezelle (28) auf der Oberseite des Gehäuses (16) des Dosierförderers (14) befestigt ist, daß der Auslaufstutzen (40) des Wägetrichters (34) frei in den Einlaß (22) des Dosierförderers hineinragt und daß eine den Wägetrichter (34) tragende Plattform (32) sich auf der Wägezelle (28) abstützt und mit dem Gehäuse (16) einen den Einlaß (22) umgebenden Ringspalt (36) bildet, der am inneren Umfangsrand durch eine die Wägeauslenkung der Plattform nicht behindernde Dichtung (44) abgeschlossen ist.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägezelle (28) versenkt in einer Ausnehmung (26) des Gehäuses (16) angeordnet ist und die Plattform (32) die Ausnehmung (26) überdeckt

3. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägezelle (28) schwingungsgedämpft ist.

4. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Plattform (32) auf zwei Wägezellen (28) abstützt, die achsensymmetrisch zur Achse des Wägetrichters (34) in dem Gehäuse (16) angeordnet sind.

5. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) des Dosierförderers (14) an seinem auslaßseitigen Ende mit einer Kupplungseinrichtung (70) zum starren Ankoppeln an eine Verarbeitungsmaschine versehen ist.

6. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) ein lösbares, plattenförmiges Oberteil aufweist, das die Wägezelle (28) aufnimmt.

7. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (22) des Gehäuses (16) durch ein auswechselbares Übergangsstück (20) gebildet wird, dessen Auslaßquerschnitt an den Einlaßquerschnitt des Förderzylinders (18) des Dosierförderers (14) angepaßt ist.

8. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierförderer (14) unterhalb des Einlasses (22) mit einer Schnellentleerungsklappe (78) versehen ist, deren Innenkontur eng an den Umfang der Förderschnecke (64) angepaßt ist.

9. Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (32) durch eine Magnetkupplung (38) lösbar auf der Wägezelle (28) gehalten ist.