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Die
Erfindung betrifft allgemein Materialdosiersysteme und insbesondere
Dosiersysteme für trockene
Feststoffe.
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Das
genaue Zumessen trockener Feststoffe ist bei vielen Anwendungen,
einschließlich
zahlreicher Herstellungsprozesse in verschiedenen Industrien, wichtig.
Wenn Material kontinuierlich bei einem Prozess zugemessen wird,
muss es gewöhnlich
mit einer spezifischen Zuführrate
genau gesteuert werden, so dass der Prozess wie vorgesehen funktioniert,
die Produktformulierung richtig ist und die Qualität des Endprodukts
des Prozesses nicht leidet.
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Verschiedene
Arten von Wiege-Dosiervorrichtungen wurden zum Wiegen und Zuführen trockener
Feststoffe, wie Sand, Kies, Körner,
Lebensmittel, Chemikalien, Pharmazeutika, Keramik usw., verwendet.
Im Allgemeinen wird Material einer Wiege-Dosiervorrichtung kontinuierlich oder
periodisch zugeführt,
und die Wiege-Dosiervorrichtung gibt das Material bei einer kontinuierlichen
und konstanten Ausgaberate ab. Verschiedene Wiege-Dosiervorrichtungen
haben jedoch unterschiedliche Fähigkeiten,
welche von der Konstruktion der Wiege-Dosiervorrichtung und ihrem
Arbeitsprinzip abhängen.
Gewichtsverlusts, Wiegeriemen- und Wiege-Schneckentrieb-Dosiervorrichtungen
sind drei Typen gemeinhin verwendeter Wiege-Dosiervorrichtungen.
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Wiegeriemen-Dosiervorrichtungen
wiegen Material, wenn das Material durch einen sich bewegenden Riemen
transportiert wird, und sie benötigen eine
kontinuierliche Materialzufuhr, im Allgemeinen von einem sich über dem
Kopf befindenden Lagervorrat. Bei einer Funktionskonfiguration (beispielsweise
Acrison, Inc., Riemen-Wiege-/Dosiervorrichtung vom Modell 260) läuft Material
von einem Lagervorrat einen Schacht hinunter auf einen hinteren
Abschnitt des Riemens, der nicht gewogen wird. Wenn sich der Riemen
bewegt, läuft
das Material auf dem Riemen über
einen Wiegeabschnitt, und es wird ein Wiegesignal erzeugt, das dem
Gewicht des über
den Wiegeabschnitt laufenden Materials entspricht. Das Wiegesignal
wird durch die Steuereinrichtung der Wiege-Dosiervorrichtung zusammen
mit einem anderen Signal verarbeitet, welches die Geschwindigkeit
des Riemens darstellt, um ein Zuführratensignal abzuleiten. Das
Zuführratensignal
wird mit der vom Benutzer gewünschten
Zuführrate
verglichen, und die Steuereinrichtung der Wiege-Dosiervorrichtung stellt
einen Antrieb mit veränderlicher
Geschwindigkeit, der den Riemen antreibt, kontinuierlich ein, um die
gewünschte
Zuführrate
aufrechtzuerhalten.
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Eine
Wiegeriemen-Dosiervorrichtung kann auch einen Zuführmechanismus
verwenden, um Material aktiv auf den Riemen aufzubringen (beispielsweise
eine Schnecken-Beförderungsvorrichtung/Dosiervorrichtung,
ein anderer Riemen, eine Schwingschalenvorrichtung usw.). Wenngleich
ein solches aktives Zuführen
(oder Vor-Zuführen)
von dem vorstehend beschriebenen Verfahren des gravimetrischen Zuführens verschieden
ist, wird das Material auf dem Riemen in identischer Weise gewogen.
Ein solches aktives Zuführen
von Material auf den Wiegeriemen bietet im Allgemeinen einen höheren Grad an
physikalischer Kontrolle über
das zugeführte
Material. In diesem Betriebsmodus bewegt sich der Wiegeriemen mit
einer festgelegten konstanten Geschwindigkeit, und die Zuführrate des
Zuführmechanismus
ist veränderlich.
Demgemäß moduliert
die Steuereinrichtung der Wiege-Dosiervorrichtung kontinuierlich
die Ausgabe des Zuführmechanismus, welcher
Material auf den Riemen gibt, um eine ausgewählte Materialzuführrate des
Riemens aufrechtzuerhalten. Material wird dem Zuführmechanismus gewöhnlich direkt
von einem Lagervorrat, beispielsweise einem Trichter oder einem
Silo, zugeführt.
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Ein
anderer Typ einer Wiegeriemen-Dosiervorrichtung (beispielsweise
Acrison, Inc., Modelle 203/210) arbeitet durch Wiegen der gesamten
Wiegeriemenanordnung, während
ein Vor-Zuführer
(beispielsweise eine Schnecken-Fördervorrich tung/Dosiervorrichtung,
ein anderer Riemen oder eine Schwingschalenvorrichtung usw.) Material
auf den Wiegeriemen, der bei einer festgelegten konstanten Geschwindigkeit
arbeitet, aufbringt und abmisst. Die Ausgabe des Vor-Zuführers, welcher
mit einem Ausgabeantrieb mit veränderlicher
Geschwindigkeit ausgerüstet
ist, wird durch die Steuereinrichtung der Wiege-Dosiervorrichtung kontinuierlich moduliert,
so dass die Rate, mit der Material über den Wiegeriemen läuft, genau
mit der ausgewählten
Zuführrate übereinstimmt.
Bei einer solchen Wiege-Dosiervorrichtung wird Material dem Vor-Zuführer gewöhnlich auch
direkt von einem Lagervorrat zugeführt.
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Eine
Wiege-Schneckentrieb-Dosiervorrichtung (beispielsweise Acrison,
Inc., Modell 203B) arbeitet ähnlich
dem gerade beschriebenen Wiegeriemen, abgesehen davon, dass ein
Schneckentrieb an Stelle eines Riemens zum Wiegen und Befördern des Materials
verwendet wird.
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Eine
Gewichtsverlusts-Dosiervorrichtung (beispielsweise Acrison, Inc.,
Modellreihe 400) weist einen Materialversorgungstrichter und einen
Zuführmechanismus,
die auf einer Waage montiert sind, auf. Wenn Material von dem auf
einer Waage montierten Mess-/Zuführsystem
abgegeben wird, wird ein Gewichtsverringerungssignal erzeugt, das
zusammen mit einem Zeitsignal zum Berechnen einer Zuführrate von
der Steuereinrichtung der Wiege-Dosiervorrichtung verarbeitet wird.
Der Zuführmechanismus
einer Gewichtsverlusts-Wiege-Dosiervorrichtung ist mit einem Antrieb
mit veränderlicher
Geschwindigkeit versehen, so dass ihre Zuführratenausgabe durch die Steuereinrichtung
der Wiege-Dosiervorrichtung kontinuierlich moduliert werden kann, um
die ausgewählte
Zuführrate
aufrechtzuerhalten. Der Versorgungstrichter einer Gewichtsverlusts-Wiege-Dosiervorrichtung
kann periodisch wiederaufgefüllt
werden.
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In
CH-642170 ist eine Messvorrichtung beschrieben, bei der sich koaxiale
obere und untere Schalen um eine vertikale Achse drehen.
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In
US-A-4 130 171 ist eine Messvorrichtung beschrieben, die eine unterteilte
Trommel aufweist, welche sich schrittweise dreht, um zwei Kammern der
Trommel zu füllen
und zu entleeren.
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In
GB-A-1 518 972 und in FR-A-400 998 ist eine Ladetrommel mit einer
Wiegeanordnung beschrieben.
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In
EP-A-0 279 353 ist eine Messvorrichtung zum Handhaben fluidisierter
Feststoffe, ohne Wiegen, beschrieben.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
ersten Aspekt sieht die Erfindung eine Wiege-Dosiervorrichtung nach
Anspruch 1 vor.
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Implementationen
der Erfindung können eine
oder mehrere der folgenden einschließen. Die Kammern können mindestens
zwei Flügel
aufweisen, die von einer Welle ausgehen. Die Kammern können so
konfiguriert sein, dass sie sich von einer ersten zu einer zweiten
Position bewegen, wobei die Kammern ihnen zugeführtes Material aufnehmen können, wenn
sie sich in der ersten Position befinden, und Material abgeben können, wenn
sie sich in der zweiten Position befinden. Das Signal kann verwendet
werden, um die Rate zu steuern, mit der Material in die Kammern
eingeführt
wird, so dass das Gewicht des Materials in den mehreren Kammern
im Wesentlichen konstant gehalten wird, wenn das Material in der
zweiten Position von den Kammern abgegeben wird. Die Kammern können so
konfiguriert sein, dass Material bei einer im Wesentlichen konstanten
Abgaberate abgegeben wird.
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Bei
einer zusätzlichen
Implementation kann die Erfindung einen Vor-Zuführer zum Einbringen von Material
in die Kammern aufweisen, wobei der Vor-Zuführer das Signal von der Waage
empfangen kann. Der Vor-Zuführer
kann konfiguriert sein, um Material bei einer durch das Signal von
der Waage bestimmten Rate in die Kammern einzubringen. Die Kammern
des drehbaren unterteilten Mechanismus können so konfiguriert sein,
dass sie sich von einer ersten zu einer zweiten Position bewegen,
und die Kammern können
in der Lage sein, ihnen vom Vor-Zufüh rer zugeführtes Material aufzunehmen, wenn
sie sich in der ersten Position befinden, und Material abzugeben,
wenn sie sich in der zweiten Position befinden. Das Signal kann
verwendet werden, um die Zuführrate
des Vor-Zuführers
zu steuern, so dass das Gewicht des Materials in den mehreren Kammern
im Wesentlichen konstant gehalten wird, wenn es in der zweiten Position
von den Kammern abgegeben wird, während das Material bei einer
im Wesentlichen konstanten Abgaberate von dem drehbaren unterteilten
Mechanismus abgegeben wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen
eines Materials bei einer im Wesentlichen konstanten Rate vor, wie es
in Anspruch 14 definiert ist.
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Implementationen
der Erfindung können eine
oder mehrere der folgenden einschließen. Das Signal kann ein elektrisches,
mechanisches oder optisches Signal sein. Das Material kann ein Feststoff oder
eine Flüssigkeit
sein. Die Kammern können
mindestens zwei Flügel,
die von einer Welle ausgehen, und mindestens zwei Endplatten aufweisen.
Wenn die Kammern umlaufen, kann sich jede der Kammern von einer
ersten zu einer zweiten Position bewegen, und Material kann in jede
der Kammern eingebracht werden, wenn sich die Kammern in der ersten
Position befinden, und von jeder der Kammern abgegeben werden, wenn
sich die Kammern in der zweiten Position befinden. Die Rate, bei
der die Dosiervorrichtung bzw. Zuführvorrichtung das Material
in die Kammern einbringt, kann eingestellt werden, so dass das Gewicht
des Materials in den mehreren Kammern im Wesentlichen konstant gehalten
wird, wenn die Kammern umlaufen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die 1a und 1b sind
schematische Seitenansichten einer Wiege-Dosiervorrichtung,
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die 2a und 2b sind
schematische Seitenansichten einer Wiege-Dosiervorrichtung,
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3 ist
eine schematische Seitenansicht einer Drehflügel-Wiegevorrichtung einer
Wiege-Dosiervorrichtung,
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4 ist
eine schematische Seitenansicht einer Waage, und
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5 ist
ein Schemadiagramm eines Rückkopplungssystems.
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Beschreibung
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1a zeigt
schematisch eine Wiege-Dosiervorrichtung 10 mit einer Wiegekammer 10,
in der ein drehbarer unterteilter Mechanismus 102 untergebracht
ist. Die Wiege-Dosiervorrichtung kann wirkungsmäßig mit einem Vor-Zuführer 14 und
einem Versorgungstrichter 12 verbunden werden. Der Versorgungstrichter 12 enthält zuzuführendes
Material und ist an einer Einlassöffnung 13 des Vor-Zuführers 14 mechanisch
angeschlossen. Der Vor-Zuführer 14 ist
mit einem Antrieb mit veränderlicher
Geschwindigkeit versehen, um Material mit einer kontrollierten Rate,
auf der Grundlage von Signalen von der Wiege-Dosiervorrichtung 10,
in diese einzuführen. 1a zeigt
einen Vor-Zuführer 14 mit
Drehflügeln, und 1b zeigt
einen Schneckentrieb-Vor-Zuführer 14,
welche beide Material mit einer steuerbaren Rate in die Wiege-Dosiervorrichtung 10 befördern. Die
Erfindung kann auch in Kombination mit anderen Vor-Zuführern verwirklicht
werden, welche Material mit einer steuerbaren Rate in die Wiege-Dosiervorrichtung
bewegen.
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Der
Versorgungstrichter 12 kann ein konisches Profil aufweisen,
um das Abgeben von Material unter dem Einfluss der Schwerkraft in
den Vor-Zuführer 14 zu
erleichtern. Material kann auch durch einen aktiven mechanischen
Mechanismus aktiv bewegt werden, um einen sicheren Materialfluss
aus dem Versorgungstrichter 12 durch die Einlassöffnung 13 in
den Vor-Zuführer 14 zu
gewährleisten.
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Eine
Abgabeöffnung 15 des
Vor-Zuführers 14 ist
mit einem Verbinder 30, der flexibel oder starr sein kann
(es ist ein flexibler Verbinder dargestellt), mit einem Ende einer getrennt
gestützten
Isolations-Einlassöffnung 18 der
Wiege-Dosiervorrichtung 10 gekoppelt.
Die Isolations-Einlassöffnung 18 ist durch
einen Flansch 19 gestützt,
so dass sie mechanisch von der Wiege-Dosiervorrichtung 10 isoliert
ist. Das entgegengesetzte Ende der Einlassöffnung 18 ist mit
einem flexiblen Verbinder 31, der eine staubdichte flexible
Hülse sein
kann, mit dem Einlass 115 der Wiegekammer 100 gekoppelt.
Die Hülse
kann aus Stoff, Gummi, einer Kombination von Stoff und Gummi oder
einem anderen Materialtyp bestehen, der eine flexible, staubdichte
mechanische Verbindung ermöglicht,
der jedoch die Einlassöffnung 18 mechanisch
von der Wiege-Dosiervorrichtung 10 isoliert. Ein ähnlicher
flexibler Verbinder 32 koppelt den Auslass 117 der
Wiegekammer 100 mit einer Isolations-Auslassöffnung 20,
die getrennt von einem Flansch 21 gestützt wird, um die Auslassöffnung 20 mechanisch
von der Wiege-Dosiervorrichtung 10 zu isolieren. Die Isolations-Einlassöffnung 18 und
die Isolations-Auslassöffnung 20 können in
die Wiegekammer 100 aufgenommen sein, so dass ein Benutzer
der Wiege-Dosiervorrichtung 10 keine Verbindungen direkt
zum Einlass 115 und zum Auslass 117 der an einer
Waage montierten Wiegekammer 100 herzustellen braucht.
Es ist bevorzugt, wenn der Benutzer Verbindungen zu Öffnungen
herstellt, die mechanisch von der Wiege-Dosiervorrichtung isoliert
sind, so dass die Empfindlichkeit der an einer Waage montierten
Wiegekammer 100 nicht gestört wird.
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Der
Vor-Zuführer 14 führt Material
durch die Isolations-Einlassöffnung 18 der
Wiegekammer 100 zu, in der ein drehbarer unterteilter Mechanismus 102 untergebracht
ist. Der drehbare unterteilte Mechanismus 102 weist eine
Reihe von Kammern 130 auf, welche durch Flügel 120 festgelegt
sind, die um eine Welle 122 auf der Mittelachse der Wiegekammer 100 umlaufen.
Die gesamte Kammer ist auf einer Präzisionswaage 20 (nicht
dargestellt) montiert und so mit Gegengewichten versehen, dass nur
das tatsächlich durch
den Vor-Zuführer 14 in
die Wiegekammer 100 eingebrachte Material gewogen wird.
Ein Signal, das sich direkt auf das Gewicht des Materials in der Wiegekammer 100 bezieht,
bietet in einer nachstehend beschriebenen Weise eine Rückkopplung
zum Steuern der Ausgaberate von Material von der Wiege-Dosiervorrichtung 10.
Zuerst wird jedoch die Wiegekammer 100 beschrieben.
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In
den 2a und 2b sind
eine Endansicht (2a) und eine Seitenansicht (2b)
der Wiegekammer 100 dargestellt. Die Wiegekammer 100 besteht
aus im Wesentlichen zylindrischen Seitenwänden 110 und flachen
Endwänden 113.
Eine Eintrittsöffnung 118 und
eine Austrittsöffnung 119 existieren
in der Wiegekammer 100, damit Material ein- und austreten
kann. Innerhalb der Wiegekammer 100 gehen mehrere Flügel 120 von
einer mittleren Welle 122 aus. Zwei flache scheibenförmige Endplatten 114 sind
an der Welle 122 angebracht und mit den Längsenden
mehrerer Flügel 120 verbunden, wodurch
mehrere in etwa keilförmige
Kammern 130 der Wiegekammer gebildet sind. Die Erfindung
kann auch ohne Endplatten 114 verwirklicht werden, wobei sich
in diesem Fall die Längsenden
der Flügel 120 bis dicht
zu den flachen Endwänden 113 erstrecken,
diese jedoch nicht berühren.
Wenn keine Endplatten verwendet werden, bestehen die Kammern 130 aus der
zentralen Welle 122, den Flügeln 120 und den flachen
Endwänden 113.
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Die
Erfindung kann unter Verwendung von zwei oder mehr Kammern verwirklicht
werden, es werden jedoch im Allgemeinen 6 – 20 Kammern verwendet. Wegen
des begrenzten Durchmessers der Welle 122 sind die Kammern 130 nicht
genau keilförmig,
weil die Flügel 120 einander
nicht berühren,
wo sie in Kontakt mit der Welle 122 gelangen. Vielmehr treffen
die Flügel 120 die
Welle an verschiedenen Azimutpositionen um die Welle, und die Form
der Kammern wird daher genauer als ein keilförmiger Abschnitt minus einem
Abschnitt der Spitze des Keils beschrieben.
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Der
Zwischenraum zwischen den äußeren Enden
der Flügel 120 und
der Innenwand 110 der Wiegekammer 100 ist klein,
so dass nur unerhebliche Materialmengen, falls überhaupt, zwischen den radialen
Enden der Flügel 120 und
der zylindri schen Seitenwand 110 hindurchtreten können. Falls
die Endplatten 114 nicht zur Bildung der. Kammern 130 verwendet
werden, ist der Zwischenraum zwischen den Längsenden der Flügel 120 und
den flachen Endwänden 113 ähnlich klein.
Die genaue Abmessung des Zwischenraums hängt vom Typ des in die Wiege-Dosiervorrichtung 10 eingeführten Materials,
von seiner Teilchengröße und von
der Temperatur der Wiege-Dosiervorrichtung ab. Typischerweise ist
ein kleinerer Zwischenraum erforderlich, falls ein feines Pulver
in der Wiege-Dosiervorrichtung 10 verwendet wird, als wenn
große
Körner
in ihr verwendet werden. Die radialen und/oder longitudinalen Enden
der Flügel 120 können mit
einem flexiblen Material in der Art eines Gummiwischers versehen
sein, das in Kontakt mit der zylindrischen Seitenwand 110 und/oder
den flachen Endwänden 113 gelangt,
so dass nominell kein Spalt zwischen den umlaufenden Flügeln 120 und
der Innenwand 110 oder den flachen Endwänden 113 der Wiegekammer 100 vorhanden
ist. Es kann, entweder wegen des kleinen Zwischenraums zwischen
den Enden der Flügel 120 und
den Endwänden 113 oder
weil die flachen scheibenförmigen
Platten 114 die Enden der Kammern 130 bilden können und
sich mit ihnen drehen können,
kein Material an den Enden der Flügel 120 vorbei lecken.
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Die
mittlere Welle 122 ist, entweder direkt, durch eine Kupplung
oder mit einer Kette, mit einem synchronen Antriebs-Zahnradmotor 140 gekoppelt, der
sich außerhalb
der Wiegekammer 100 befindet. Der Antriebs-Zahnradmotor 140 dreht
die mittlere Welle 122 und die Flügel 120 des drehbaren
unterteilten Mechanismus 102. Wenn die Flügel 120 um die
Welle 122 umlaufen, laufen auch die durch die Flügel definierten
Kammern 130 um die Mittelachse 122 der Wiegekammer 100 um.
Die Welle 122 dreht sich, vom synchronen Antriebs-Zahnradmotor 140 angetrieben,
mit einer konstanten Geschwindigkeit. Im Allgemeinen beträgt die Drehgeschwindigkeit
der Welle 122 und des drehbaren unterteilten Mechanismus 102 in
etwa 3 – 30
Umdrehungen je Minute (RPM) und wird auf der Grundlage von Anwendungsparametern
bestimmt. Sobald diese Geschwindigkeit festgelegt wurde, bleibt
sie jedoch im Allgemeinen für eine
gegebene Anwendung konstant.
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Weiter
sei mit Bezug auf 2 bemerkt, dass,
während
sich der drehbare unterteilte Mechanismus 102 innerhalb
der Wiegekammer 100 dreht, Material durch die Eingangsöffnung 118 vom
Vor-Zuführer 14 (nicht
dargestellt), der sich direkt oberhalb der Wiegekammer 100 befindet,
in die Kammern 130 eingeführt wird. Das Material fällt in eine
Kammer 130, wenn sie sich in einer ersten Position (horizontal schraffierter
Bereich in 2a) im oberen Teil des Mechanismus 102 befindet,
und es läuft
innerhalb der Kammer 130 um, bis sie sich in einer zweiten
Position (vertikal schraffierter Bereich in 2a) im
unteren Abschnitt des Mechanismus 102 befindet. In der
zweiten Position läuft
das Material in der Kammer 130 über die Austrittsöffnung 119 der
Wiegekammer 100, wo es durch die Schwerkraft von der Wiegekammer 100 abgegeben
wird. Wenn sich der drehbare unterteilte Mechanismus 102 dreht,
kann das Material beispielsweise aus dem Vor-Zuführer 14 (nicht dargestellt)
durch den Einlass 115 fallen und in Kammern 130 in
den Positionen a und/oder b unterhalb des Einlasses 115 abgelegt
werden. Wenn sich der drehbare unterteilte Mechanismus 102 dreht,
wird das abgelegte Material mit den Kammern bewegt, während sie
um die Welle 122 umlaufen, bis die Kammern die Positionen
e und f erreichen, wo das Material unter dem Einfluss der Schwerkraft
durch den Auslass 117 aus den Kammern und der Wiegekammer 100 fällt. Die
Kammern 130 werden im Allgemeinen von 5 bis 80 Prozent
ihrer Volumenkapazität
gefüllt,
wenn die Wiege-Dosiervorrichtung arbeitet. Im Allgemeinen ist ein
Betrieb bei weniger als 100 Prozent der Kapazität erforderlich, wenn trockene
Materialien in die Wiege-Dosiervorrichtung eingeführt werden,
weil sie die Neigung besitzen, sich "anzuhäufen", statt sich zum Ausfüllen der
gesamten verfügbaren
Kapazität
einer Kammer auszubreiten.
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Mit
Bezug auf 3 sei bemerkt, dass das Profil
der Wiegekammer 100 so eingerichtet werden kann, dass im
Boden abschnitt ihres Hauptteils der Abstand von der Welle 122 zur
Seitenwand 110 erheblich größer ist als die Länge der
Flügel 120,
so dass die Flügel 120 kein
Material einsperren, wenn das Material diesen größeren Abschnitt des Hauptteils
erreicht.
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Weil
die Kammern 130 des drehbaren unterteilten Mechanismus 102 mit
einer konstanten Rate umlaufen, fällt Material, das in die Wiegekammer 100 mit
einer konstanten Rate eingeführt
wird, auch mit einer konstanten Rate aus der Wiegekammer 100 heraus.
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Wegen
der geschlossenen Konfiguration der Wiegekammer 100 ist
die Wiege-Dosiervorrichtung 10, anders als Wiegeriemen-Dosiervorrichtungen, bei
denen ein großer
Teil des Funktionsmechanismus einer Staubansammlung ausgesetzt ist,
im Wesentlichen staubdicht. Weil die Wiegekammer 100 verhältnismäßig wenige
bewegliche Teile hat, ist die Wiege-Dosiervorrichtung 10 zusätzlich mechanisch verhältnismäßig einfach.
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Mit
Bezug auf die 2a, 2b und 4 sei
bemerkt, dass die ganze Wiegekammer 100 und alle Teile
von ihr, einschließlich
des Antriebs-Zahnradmotors 140 und des in der Wiegekammer 100 enthaltenen
Materials, durch die Waage 20 gewogen werden, die ein Balkengleichgewichts-Wiegemechanismus
sein kann. Die Wiegekammer 100 ist durch einen Haupt-Hebelarm 210 aufgehängt, der
in ein Y-förmiges
Joch unterteilt sein kann, um die Wiegekammer 100 an den
beiden Enden zu halten. Der Haupt-Hebelarm 210 ist an einer
Hauptunterstützungsstruktur 211 mit
primären
Drehgelenken 212 und an einer Struktur, die die Wiegekammer 100 unterstützt, mit
sekundären
Drehgelenken 213 befestigt. Eine Stabilisationsverbindungsanordnung 214 verbindet
den unteren Abschnitt der die Wiegekammer 100 unterstützenden
Struktur mit der Hauptunterstützungsstruktur 211.
Die Stabilisationsverbindungsanordnung 214 ist mit Verbindungs-Drehgelenken 215 an
der Hauptunterstützungsstruktur
und an der die Wiegekammer 100 unterstützenden Struktur befestigt.
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Der
Haupt-Hebelarm 210 dreht sich um die primären Drehgelenke 212.
Ohne jedes Material in der Wiegekammer 100 befindet sich
die Waage 20 bei ihrer "Nullposition" im Gleichgewicht.
Dies ist als der "Nullpunkt" der Waage bekannt,
wodurch eine Referenz für
die Kalibrierung der Zuführrate
bereitgestellt wird. Wenn Material in die Wiegekammer 100 eingebracht
wird, drehen sich die Hebelarme 210, ansprechend auf das
Gewicht des Materials, etwas um die primären Drehgelenke 212.
Ein Sensor 220 misst die Auslenkung des Haupt-Hebelarms 210.
Der Sensor kann ein mechanischer, elektromechanischer, Dehnungsmessstreifen-,
piezoelektrischer, LVDT-, Auslenkungsmessungs- oder ähnlicher Wandler
irgendeines Typs sein. Weil die gemessene Auslenkung direkt proportional
zum Gewicht des Materials in der Wiegekammer 100 ist, liefert
der Sensor 220 ein präzises
Signal, das sich direkt und linear auf das Gewicht des Materials
in der Wiegekammer 100 bezieht.
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Der
Haupt-Hebelarm 210 ist auch mit einem oder mehreren Stoßdämpfern 222 zum
Dämpfen
der Bewegung der Hebelarme infolge plötzlicher Abweichungen vom Gleichgewicht
im Wiegesystem, die typischerweise durch Schwingungen oder durch
die Art, in der Material in die Wiegekammer 100 eintritt, hervorgerufen
werden, ausgerüstet.
Wenngleich vorstehend eine Waage mit einem Balkengleichgewichts-Hebelmechanismus
als die gemäß der Erfindung
verwendete Waage beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung
auch unter Verwendung anderer Waagetypen, die mit anderen Typen von
Gewichtssensoren ausgerüstet
sind, verwirklicht werden kann.
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Mit
Bezug auf 5 sei bemerkt, dass ein von
der Waage 20 erzeugtes und zum Gewicht des Materials in
der Wiege-Dosiervorrichtung 10 proportionales Gewichtssignal 300 in
einem Vergleicher 310 verwendet wird, um die tatsächliche
Materialausgaberate der Wiege-Dosiervorrichtung 10 mit
der gewünschten
Materialausgaberate der Wiege-Dosiervorrichtung 10 zu vergleichen.
Der Vergleicher 310 ist im Allgemeinen ein Computer, es
können
jedoch auch mechanische, elektrische oder andere Vergleicher zum
Verwirklichen der Erfindung verwendet werden.
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Ein
Benutzer bestimmt die gewünschte
Ausgaberate, und der Benutzer legt im Wesentlichen den Wert eines
sich auf die gewünschte
Ausgaberate beziehenden Signals 320 fest, welches dem Vergleicher 310 zugeführt wird.
Ein Signal 330, das sich auf die Rotationsrate des drehbaren
unterteilten Mechanismus 102 bezieht, wird auch dem Vergleicher 310 zugeführt. In
Kombination mit dem Gewichtssignal 300 ermöglicht das
Signal 330 eine Berechnung der tatsächlichen Materialausgaberate
der Wiege-Dosiervorrichtung 10. Weil sich das Signal 300 auf
das Gewicht des Materials in der Wiegekammer 100 bezieht
und sich das Signal 330 auf die Rate bezieht, mit der Material
von der Wiegekammer 100 abgegeben wird, ergibt ein einfacher
mathematischer Algorithmus, bei dem die Signale 300 und 310 Parameter sind,
ein Signal, das sich auf die tatsächliche Materialausgaberate
der Wiege-Dosiervorrichtung 10 bezieht.
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Das
Signal, das sich auf die tatsächliche Ausgaberate
bezieht, wird im Vergleicher 310 mit dem Signal 320 verglichen,
das sich auf die gewünschte
Ausgaberate bezieht. Falls die tatsächliche Ausgaberate kleiner
als die gewünschte
Ausgaberate ist, wird ein Rückkopplungssignal 340 vom
Vergleicher 310 zum Vor-Zuführer 14 gesendet,
wodurch er angewiesen wird, Material mit einer schnelleren Rate in
die Wiege-Dosiervorrichtung 10 einzuführen. Falls die tatsächliche
Ausgaberate höher
als die gewünschte
Ausgaberate ist, wird ein Rückkopplungssignal 340 vom
Vergleicher 310 zum Vor-Zuführer 14 gesendet,
wodurch er angewiesen wird, Material mit einer langsameren Rate
in die Wiege-Dosiervorrichtung 10 einzuführen. Das
Rückkopplungssignal 340 gewährleistet,
dass die tatsächliche
Materialausgaberate der Wiege-Dosiervorrichtung 10 der
gewünschten
Ausgabe- Zuführrate
gleicht.
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Die
Genauigkeit des der tatsächlichen
Ausgaberate entsprechenden Signals hängt nicht nur von der Genauigkeit
der Gewichts- und Rotationsratenmessungen, sondern auch von der Gültigkeit
der Annahme, dass alles Material, das in die Wiegekammer 100 eintritt,
aus dieser austritt, ab. Falls alles Material, das in die Wiegekammer 100 eintritt,
aus ihr austritt, gleicht das Ladegewicht der Wiegekammer minus
dem unbeladenen Gewicht dem Gewicht des in einem bestimmten Zeitraum
durch die Wiegekammer bewegten Materials.
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Falls
jedoch etwas Material an der Wiegekammer 100 oder an einem
ihrer Bestandteile hängen
bleibt, bewegt sich im gleichen Zeitraum etwas weniger Material
durch die Wiege-Dosiervorrichtung. Das
Rückkopplungssignal 330 arbeitet
effektiv, um ein bestimmtes Materialgewicht in der Wiegekammer 100 zu
halten, und falls Material an der Wiegekammer 100 haften
bleibt, statt von dieser abgegeben zu werden, ist die tatsächliche
Ausgaberate der Wiege-Dosiervorrichtung 10 kleiner als
die gewünschte Ausgaberate.
Dies liegt daran, dass das an den Innenflächen der Wiegekammer 100 haftende
Material eine Aufwärtsverschiebung
des "Nullpunkts" des Wiegesystems
hervorruft, wodurch bewirkt wird, dass eine geringere Materialmenge
zugeführt
wird. Die Wiege-Dosiervorrichtung 10 ist für trockene, nicht
klebrige Materialtypen optimiert, die leicht durch die Wiegekammer 100 und
ihren drehbaren unterteilten Mechanismus 102 hindurchtreten,
ohne daran zu haften.
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Die
Flügel 120,
die Endplatten 114, die Seitenwände 110 und die mittlere
Welle 122, welche den unterteilten Wiegemechanismus 102 bilden,
können aus
jedem beliebigen haltbaren, nicht reaktiven Material bestehen. Edelstahl
ist ein Material, das diese Anforderungen erfüllt. Die Materialien, aus denen
die Wiegekammer 100 und ihr drehbarer unterteilter Mechanismus 102 bestehen,
können
mit einer "Löse"-Materialbeschichtung,
wie einer Teflon®-Beschichtung, versehen
werden, um dabei zu helfen, das Anhaften von Material zu verhindern,
und um das Lösen
von Material zu fördern,
falls es zu haften beginnt. Zusätzlich
kann das Signal 300 von der Waage 20, falls tatsächlich etwas
Material an Bestandteilen der Wiegekammer 100 haftet, im
Vergleicher 310 "wieder
auf Null gesetzt werden",
um dem Material Rechnung zu tragen, das an den Oberflächen der Wiegekammer 100 haftet.
Durch das Signal 300 zum Wieder-auf-Null-Setzen wird es wirksam
wieder nur auf das Gewicht des Materials bezogen, das durch die
Wiegekammer 100 und die Wiege-Dosiervorrichtung 10 hindurchtritt.