Fehlerbehebung beim Optimieren der Dosiererleistung

Im Gegensatz zum volumetrischen Schneckendosierer, der in Teil 1 beschrieben wurde, ist eine Differential-Dosierwaage ein gravimetrischer Dosierer. Er wiegt das Schüttgut, um eine voreingestellte und in Gewicht pro Zeiteinheit gemessene Dosierleistung zu erreichen und zu halten. Die Differential-Dosierwaage besteht aus einem Trichter, einer Nachfüllvorrichtung, einem Gewichtssensor (in der Regel eine digitale oder analoge Waage oder Wägezelle), einem Austragsorgan (meist ein motorbetriebener volumetrischer Schneckendosierer) und einem Regler mit Steuerung. Vor dem Betriebsstart programmiert der Bediener in der Steuerung eine bestimmte Dosierleistung (auch Sollwert genannt), mit der das Schüttgut ausgetragen werden soll und die in Gewicht pro Zeiteinheit definiert wird (zum Beispiel kg/h).

Das Schüttgut (oder die Flüssigkeit) wird mit konstantem Gewicht pro Zeiteinheit aus einem Trichter ausgetragen, indem der Dosierer/Trichter gewogen und die Drehzahl des Dosierers abhängig von der Gewichtsverlustrate geregelt wird. Das Regelsystem gleicht ungleichmäßigen Materialfluss und Schwankungen in der Schüttdichte aus und sorgt damit für hohe Dosiergenauigkeit. Erreicht das Gewicht des Trichters einen vorher festgelegten Minimal-Wert, wird die gravimetrische Regelung kurzzeitig unterbrochen und der Trichter neu befüllt. Bei Coperion K-Tron Dosierern reguliert die Steuerung während der Nachfüllung die Schneckendrehzahl basierend auf den Gewichts- und Drehzahldaten, die während des vorhergehenden Durchlaufs gespeichert wurden. Dadurch wird ein Überdosieren von Material während der Nachfüllzeit vermieden, was aufgrund von Änderungen in der Hauptlast des Schüttguts oder dem Nachfließen von Material in die Dosierschnecken auftreten kann. Das ist auch entscheidend, um die Dosierleistung sekundengenau im Spezifikationsbereich zu halten. Das Differential-Dosierprinzip erzielt die höchste Genauigkeit, wenn ein hochauflösendes, schnell reagierendes und vibrationsunempfindliches Wägesystem eingesetzt wird.

- Mechanische Konfiguration des Dosierers und eventuelle Materialfließhilfen, die im Dosiertrichter eingesetzt werden

- Genauigkeit und Geschwindigkeit der Gewichtsmessung sowie die Unempfindlichkeit des Wägesystems gegenüber Schwingungen in der Anlage und gegenüber Temperaturveränderungen

- Schnelle Reaktionszeit der Steuerung und eingebaute Funktionen

Die Wahl des Dosierertyps und seine Konfiguration bilden den Ausgangspunkt eines jeden Differential-Dosiersystems. Typische Dosierertypen sind:

• Einfachschneckendosierer: Dieser Typ eignet sich zur Dosierung von frei fließenden Granulaten. Wenn Einfachschneckendosierer bei niedrigen Sollwerten betrieben werden, kann der Austrag pulsieren, was die sekundengenaue Dosierleistung beeinträchtigen kann. Coperion K-Tron hat einen Regelalgorythmus entwickelt, mit dem das Pulsieren kompensiert und eine durchgängig hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
• Doppelschneckendosierer: Dieser Typ eignet sich für schwer fließendes, klebriges Schüttgut. Der Austrag pulsiert auch bei kleinen Dosierleistungen nur wenig.
• Dosierer mit Vibrationsrinne: Dieser Typ ermöglicht bei granularen, frei fließenden Schüttgütern eine gleichmäßige Dosierung.

Bei Einfach- und Doppelschneckendosierern kommen verschiedene Schneckenprofile und Konfigurationen zum Einsatz, die auch für das zu fördernde Material sowie bestimmte Sollwertbereiche ausgelegt sein können. Die Auswahl des richtigen Dosierertyps und der geeigneten Konfiguration ist entscheidend, um bereits eine möglichst gleichmäßige und zuverlässige volumetrische Dosierung des Schüttguts zu erreichen. Basierend hierauf müssen bei der gravimetrischen Dosierung Wäge- und Steuersystem weniger stark eingreifen, um die optimale Leistung zu erzielen.

Dasselbe gilt auch für Fließhilfen, die bei Bedarf im Dosierertrichter eingesetzt werden. Somit wird sichergestellt, dass das Schüttgut so gleichmäßig wie möglich in das Dosiergerät fließt. Durch die Stabilität des Dosierers können Wägesystem und Steuerung für die optimale, sekundengenaue Dosierleistung sorgen.

- Dosierer mit flexiblen Seitenwänden regen das Schüttgut sanft an. Da diese Wände jedoch nicht aus Edelstahl sind, besteht erhöhte Abnutzungs- und Kontaminationsgefahr.

- Mechanische Rührgeräte im Trichter rühren das Schüttgut um und brechen so Materialbrücken oder -kamine (Rattenlöcher) auf. Sie erhöhen jedoch den Kopfraumbedarf oberhalb des Dosiergeräts und können auch die Reinigung aufwändiger machen. Zusätzlich kann das mechanische Rühren negative Auswirkungen auf das Schüttgut haben.

- Eine weitere Option ist die Übertragung von Vibrationen auf den Trichter. Bei einer unzureichenden Regelung kann dies jedoch zu einer Verdichtung des Materials im Trichter führen. Bei der neuen Coperion K-Tron ActiFlow™-Technologie werden über einen externen Antrieb Vibrationen auf die Trichterwand übertragen, deren Frequenz und Amplitude in Abhängigkeit des Materialflusses von der Dosierersteuerung geregelt werden. Ein ungleichmässiger Materialfluss im Trichter wird durch Wägesystem und Steuerung anhand der Wägedaten erkannt und die Vibrationen werden entsprechend reguliert. Da nur so viel Vibration erzeugt wird, wie für einen gleichmäßigen Materialfluss nötig ist, wird eine Verdichtung des Prozessmaterials verhindert. Es besteht kein zusätzlicher Platzbedarf oberhalb des Dosiergeräts, und da diese Technik nicht produktberührend ist, wird auch der Reinigungsaufwand nicht erhöht.

Jede Differentialdosiersteuerung benötigt eine präzise und sehr schnelle Messung von Materialgewichtsänderungen, um einen Dosierer optimal ansteuern und regulieren zu können, besonders für eine sekundengenaue Dosierleistung. Das Wägesystem muss außerdem in der Lage sein, falsche Messwerte aufgrund von anlageneigenen Vibrationen oder Störungen aus der Umgebung herausfiltern zu können, und es muss Änderungen der Umgebungs- oder Schüttguttemperatur gegenüber stabil sein.

In Differentialdosierern werden typischerweise zwei Wägetechnologien eingesetzt: die analoge Dehnmessstreifen-Technologie und die digitale Schwingsaiten-Technologie. Je höher die Auflösung bei der Gewichtsmessung ist und je kürzer die Messintervalle sind, desto genauer sind die dem Regelalgorithmus zugeführten Messwerte und desto besser funktioniert der Vibrationsfilterungs-Algorithmus. Fast alle Wägesysteme verfügen über eine Temperaturkompensation. Diese sollte jedoch auf Tauglichkeit für den Temperaturbereich Ihrer Anwendung geprüft werden, um sicherzustellen, dass die langfristige Stabilität der Dosiererleistung gewährleistet ist.