Externe Einflüsse auf die Dosiergenauigkeit und deren Auswirkung auf die Kosten der Inhaltsstoffe

Differentialdosierwaagen werden sowohl in Chargen- als auch in kontinuierlichen Verfahren eingesetzt. Hersteller, die ihre Prozesse mit Differentialdosierwaagen automatisieren möchten, optimieren gleichzeitig die Gesamtkosten für Schüttgüter. Schon geringe Änderungen in der Genauigkeit eines oder mehrerer Dosierer können sowohl die Produktqualität als auch die Rohstoffkosten erheblich beeinflussen. Eine Differentialdosierwaage kann besonders empfindlich auf Umgebungseinflüsse reagieren, da sie sehr kleine Unterschiede im Gewicht einer relativ großen Menge präzise und kontinuierlich messen muss.

Zu den für den Wägevorgang entscheidenden Umgebungseinflüssen gehören neben einer unsachgemäßen Installation oder Wartung auch Vibrationen, die von nahe gelegenen Maschinen auf das Wägesystem übertragen werden. Hinzu kommen nicht ausreichend flexible Einlauf-/Auslaufanschlüsse, zufällige physikalische Stöße (z. B. ein Anstoßen des Dosierers während des Betriebs) und andere mechanische Störungen sowie Druckschwankungen innerhalb des Systems und an den Prozessanschlüssen. Sogar Luftzüge und Strömungen in der Verarbeitungszone können, wenn sie übermäßig stark sind, die Wägeleistung beeinträchtigen. Im Folgenden werden ausführlich drei der wichtigsten Einflüsse und Gegenmaßnahmen beschrieben.

Gegenmaßnahmen bei Umgebungsvibrationen

Vibrationen von anderen Maschinenteilen können zu falschen Messwerten der Wägevorrichtung führen. Um mögliche Vibrationen zu kompensieren, verwenden die Wägetechnik und Steuersysteme von Coperion K-Tron ausgeklügelte Filteralgorithmen, um zwischen der zu messenden Last und den durch Vibrationen verursachten Kräften zu unterscheiden. Dazu wird ein Algorithmus auf die Prozessdaten angewendet. Dieser unterstützt das Steuersystem dabei, charakteristische Frequenzkomponenten der werksinternen Vibrationen, wie in Abbildung 4 dargestellt, zu identifizieren und zu extrahieren. Auch bei der Anwendung solcher Filteralgorithmen sollte unbedingt sichergestellt werden, dass der Dosierer eine stabile Befestigung hat. Dazu sollten vibrationsdämpfenden Halterungen verwendet sowie Plattformbeschleunigungsmessungen angewandt werden. Darüber hinaus sollten bei Anwendungen mit sehr niedrigen Dosierleistungen unbedingt starke Luftströmungen in der Nähe des Dosierers vermieden werden, da sie über die Waage strömen und die Gewichtsanzeigen beeinflussen können.

Den Dosierer vom System trennen

Da der Betrieb der Differentialdosierwaage von genauen Gewichtsmessungen des Materials im Trichter abhängt, müssen der Dosierer und die Wägevorrichtung vollständig von den vor- und nachgeschalteten Prozessen isoliert sein. Nur so wird das Gesamtgewicht nicht beeinflusst. Im Falle eines kontinuierlichen Prozesses kann der vorgeschaltete Prozess einen pneumatischen Abscheider oder einen großen Trichter/IBC enthalten. Ist dieser Abscheider oder Trichter direkt mit dem Dosierer gekoppelt, interpretiert die Waage das Gesamtgewicht fälschlicherweise als viel zu hoch. Daher ist es unumgänglich, dass der Dosierer über flexible Verbindungen von vor- und nachgeschalteten Geräten isoliert ist und über ausreichend Platz für die Wartung verfügt.

Eine der gängigsten Verbindungsarten ist der flexible Faltenbalg. Diese Faltenbälge werden typischerweise aus einem flexiblen Elastomer, wie z.B. Silikon, hergestellt. Wenn diese Verbindungen zu fest sind, werden zu starke Zugkräfte auf den darunter liegenden Dosierer ausgeübt. Dies kann dazu führen, dass die Steuerung des Dosierers ein falsches Gewichtssignal abgibt. Wenn der Faltenbalg durch Druckeinflüsse nach innen gesaugt wird, führen diese Kräfte ebenfalls zu Abweichungen im Gewichtssignal. Abbildung 5 zeigt Beispiele von zu lockeren und zu festen Faltenbälgen.

Der Prozessanschluss muss den Dosierer von Kräften, die die Leistung des Dosierers und der Waage beeinträchtigen könnten, isolieren. Häufig treten diese Probleme nach einer Abschaltung oder Wartung auf, wenn die flexiblen Verbindungen unsachgemäß wieder installiert wurden. Treten bei einem Dosierer nach einem Wartungsprogramm Leistungsprobleme auf, sollten zunächst die flexiblen Verbindungen des Systems untersuchen werden.

Druckschwankungen kompensieren

Wenn eine Differentialdosierwaage Material in eine Umgebung ohne Umgebungsdruck entlädt, kann ein Druckimpuls (Luft, die aus dem nachgeschalteten System durch das Auslaufrohr des Dosierers zur Gewichtserfassung entweicht) einen Dosierleistungsfehler verursachen. Ein solcher Druckimpuls übt eine vertikale Kraft auf die Gewichtserfassung aus, die der Abwärtskraft des Trichters entgegengesetzt ist. So wird die Last leicht angehoben, so dass die Steuereinheit ein geringeres Gewicht registriert. Um die dadurch interpretierte Überfütterung zu kompensieren, verringert die Differentialdosierwaage die Ausgabe. Darüber hinaus können Druckprobleme am Auslauf durch einen Extrudergegendruck oder ein Vakuum auftreten. Dies können z. B. ein Gegendruck in einem nachgelagerten Mischer oder Extruder sowie Vakuumeinflüsse durch ein Mikronisierungs- oder Mahlsystem sein. Um Druckschwankungen am Auslass abzuschwächen, kann die Kappe durch einen flexiblen Faltenbalg, der starr an einer äußeren Struktur, wie z. B. einem Stützrahmen, befestigt ist, vom Dosierer isoliert werden.

Gleichzeitig erhöht der Nachfüllzyklus eines Dosierers aufgrund des plötzlichen Materialzuflusses den Luftdruck im Trichter. Jeglicher positiver Luftdruck wirkt gleichmäßig nach allen Seiten und drückt so auch auf den Trichterdeckel und das Nachfüllventil. Da die Kraft im Einlaufbereich nicht auf den Trichterdeckel, sondern auf das darüber liegende Nachfüllventil wirkt, werden die Druckkräfte im Trichter nicht ausgeglichen. Aufgrund der Einlauföffnung sind die Kräfte, die auf den Deckel wirken, geringer als die entgegengesetzt wirkenden Kräfte am Boden des Trichters. Dies führt zu einer Erhöhung des Gewichtssignals. Die Steuereinheit der Differentialdosierwaage würde das erhöhte Gewichtssignal so interpretieren, dass sich der Massenfluss verlangsamt. Die Folge wären eine eine Erhöhung der Dosierleistung und ein Massenflussfehler.