Wiegen & Chargieren: Pulverdosierung
Dosiersysteme für Pulver und Schüttgüter in der Prozessindustrie
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| Zusammenfassung des Abschnitts |
|---|
| 1. Grundlagen der Dosierung |
| 2. Dosiergeräte |
| 3. Tipps für eine präzise Dosierung |
Grundlagen der Dosierung: Wie dosiert man Pulver?
Ein essenzieller Bestandteil jedes Wiegystems ist die Kraftmessdose. Die Kraftmessdose misst die aufgebrachte Kraft und wandelt sie in ein für den Anwender lesbares Gewicht um, das für die Prozesssteuerung genutzt werden kann.
Abbildung 1: Beispiel eines automatischen Pulver-Wiegesystems
Dieser Abschnitt behandelt zwei gängige Dosiermethoden in der Industrie: **Gewichtszunahme-Dosierung** und **Gewichtsverlust-Dosierung**. Der entscheidende Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen liegt in der **Position der Kraftmessdosen**.
Gewichtszunahme-Dosierung (GIW)
Bei der Gewichtszunahme-Dosierung wird das Gewicht eines **Trichters** gemessen, der sich **hinter dem Dosiergerät** befindet. Dies ähnelt der Vorgehensweise vieler Köche in der Küche, die die benötigte Produktmenge für ein Rezept auf einer Waage abwiegen.
Mehrere Zutaten aus verschiedenen Trichtern können in den Kraftmessdosen-gestützten Trichter dosiert werden. Eine Einschränkung besteht jedoch darin, dass die Dosierung **sequenziell** erfolgen muss. Da das Gewicht durch den nachgeschalteten Trichter gemessen wird, kann bei gleichzeitiger Dosierung aller Zutaten der Dosiervorgang nicht mehr nachverfolgt werden. Andererseits kann eine solche sequenzielle Dosierung im Voraus erfolgen, während der Rest der Anlage nach dem Dosiertrichter andere Aufgaben erledigt. Dies wird als **Dosierung in verdeckter Zeit** bezeichnet.
Abbildung 1: Dosierprinzip für ein Gewichtszunahme-System
Gewichtsverlust-Dosierung (LIW)
Im Gegensatz zur GIW-Dosierung befindet sich der **Trichter auf den Kraftmessdosen**, der die Dosierung steuert, **über dem Dosiergerät**. Das bedeutet: Wenn das Dosiergerät das Produkt fördert, nimmt das Gewicht des Trichters, aus dem das Produkt entnommen wird, ab – es verliert an Gewicht.
Das ermöglicht die **unabhängige Dosierung** verschiedener Zutaten in dasselbe Gerät (z. B. einen Mischer ), was Zeit spart. Andererseits kann die Dosierung nicht in verdeckter Zeit erfolgen, da das empfangende Gerät frei sein muss. Es wäre jedoch möglich, die Vorteile beider Techniken (LIW und GIW) zu kombinieren, indem LIW in einen Trichter dosiert wird. Alle Dosierungen können gleichzeitig erfolgen und dennoch in verdeckter Zeit relativ zum Rest des Prozesses. Diese Lösung sollte jedoch sehr spezifischen Fällen vorbehalten bleiben, da sie zusätzliche Ausrüstung, Höhe erfordert und die Frage aufwirft, ob alle in den Trichter dosierten Zutaten ordnungsgemäß ausgetragen werden können.
Abbildung 2: Dosierprinzip für ein Gewichtsverlust-System
Kontinuierliche Dosierung
Die Gewichtszunahme-Dosierung ist von Natur aus ein **Batch-Verfahren** und daher nicht für kontinuierliche Dosierung geeignet. Wo immer kontinuierliche Dosierung erforderlich ist (z. B. für einen kontinuierlichen Mischer ), muss dies durch Gewichtsverlust-Dosierer erfolgen. Mehrere Dosierer können gleichzeitig eingesetzt werden, um den nachgelagerten Prozess zu speisen. Eine solche Anwendung erfordert jedoch eine **komplexe Automatisierung** für die LIW-Dosierer. Die Steuerung der LIW-Dosierer zielt hauptsächlich darauf ab, Störungen, die an den Kraftmessdosen während der Dosierung auftreten können, zu filtern.
Dosiergeräte (Fördergeräte)
Tabelle 1: Liste gängiger Dosiergeräte
| Gerät | Anwendung |
|---|---|
| Schneckenförderer | Schneckenförderer sind eine der häufigsten und einfachsten Methoden zur Dosierung. Sie können sowohl in LIW- als auch in GIW-Systemen eingesetzt werden und sind in verschiedenen Größen erhältlich. Die Auslegung des Pulvereinlasses sowie die Steigung der Schneckenwindung sind entscheidend, um eine schnelle und präzise Dosierung zu erreichen. |
| Vibrationsröhren | Vibrationsröhren schonen das Produkt, sind einfach zu reinigen und zu warten und können hohe Durchsätze erreichen. Die Trägheit am Ende der Dosierung macht es jedoch schwieriger, eine hohe Präzision zu erreichen. Daher sollten sie für Hauptzutaten reserviert werden. |
| Zellenradschleuse | Zellenradschleusen können zur Dosierung verwendet werden, stellen jedoch keine bevorzugte Lösung dar. Es ist schwierig, eine hohe Genauigkeit zu erreichen, und diese Geräte sind in der Anschaffung teuer sowie wartungsintensiv. Sie sollten nur für sehr spezifische Anwendungen (z. B. bei ATEX-Anforderungen) eingesetzt werden. |
| Vibrationsventil | Einige Hersteller bieten Klappen mit speziellen Aktoren an, die den Produktfluss durch Vibration steuern. Diese Art der Dosierung bietet eine kompakte Lösung, die für Haupt- und Nebenbestandteile geeignet ist. |
| Gewichtsverlust-Dosierer | Gewichtsverlust-Dosierer bezeichnen spezielle Maschinen, die nach dem LIW-Prinzip gebaut sind, jedoch als eigenständige Einheiten mit eigener Steuerung geliefert werden. Sie werden hauptsächlich für Zutaten eingesetzt, die eine sehr hohe Genauigkeit erfordern, und können ein spezifisches Design aufweisen, das an die Eigenschaften der jeweiligen Zutaten angepasst ist (z. B. Doppelschnecke, gerührter Trichter). Solche Systeme werden auch für die kontinuierliche Dosierung verwendet. Für diese Anwendung ist die Qualität der Software, die die Signale der Kraftmessdosen filtert und die Dosiergeräte steuert, von entscheidender Bedeutung für die Dosierqualität. |
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Erreichen einer guten Dosierung: Häufige Probleme bei der Pulverdosierung und deren Behebung
Der Schlüssel zu einer guten Dosierung liegt vor allem in der sorgfältigen **Isolierung der Kraftmessdosen vor äußeren Störungen. Selbstverständlich müssen die Kraftmessdosen korrekt kalibriert sein und Gewichte innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzen liefern. Tritt jedoch eine Störung auf, zeigen die Kraftmessdosen zwar ein Gewicht an, aber dieses kann ungenau sein – hier liegt die Schwierigkeit für den Anlagenbediener: Kann der Wert vertraut werden oder nicht?
Um dem Wert zu vertrauen, muss sichergestellt werden, dass **keine anderen Kräfte** als die des gemessenen Gewichts auf die Kraftmessdosen wirken. Besonders wichtig ist es, Folgendes zu überprüfen:
Tabelle 2: Wichtige Parameter für eine präzise Dosierung
| Parameter | Maßnahmen |
|---|---|
| Flexible Verbindungen | Die flexiblen Verbindungen sind weder zu stark gespannt noch zu stark komprimiert. Dieser Punkt ist besonders nach Wartungsarbeiten (Instandhaltung, Reinigung etc.) zu prüfen. |
| Filter | Das Austragen von Pulver verursacht Luftbewegungen. Wird die Luft nicht ordnungsgemäß abgeführt (nachgeschalteter Trichter) oder zugeführt (vorgeschalteter Trichter), kann sie auf die Trichter drücken und die Messwerte der Kraftmessdosen verfälschen. Stellen Sie sicher, dass Filter vorhanden und richtig dimensioniert sind. |
| Externe Störungen | Während der Dosierung werden keine Vibrationen auf den Trichter übertragen, niemand drückt gegen den Trichter, und es gibt keine starken Luftströmungen. |
| Andere Verbindungen | Keine Verbindung hindert den Trichter daran, sich frei zu bewegen. |