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Volumetrisch arbeitende Dosier- und Abfüllmaschine mit einer Einrichtung
zum Konstanthalten der Abfüllgewichte Die Erfindung bezieht sich auf eine volumetrisch
arbeitende Dosier- und Abfüllmaschine mit einer Einrichtung zum Konstanthalten der
Abfüllgewichte, bei der eine kontinuierlich arbeitende, das gesamte der Maschine
zugeführte Schüttgut erfassende Meßeinrichtung vorgeschaltet ist, die ohne Unterbrechung
das spezifische Gewicht des Schüttgutes mißt und eine Verstelleinrichtung für die
Abmeßorgane der Maschine entsprechend den von der Meßeinrichtung festgestellten
Meßwerten steuert.
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Die Erfindung bezweckt eine wesentliche Verbesserung derartiger Maschinen
hinsichtlich der bisher üblichen Überprüfung der Schüttgutdichte durch Gewichtskontrollen,
bei denen das gesamte der Maschine zugeführte Schüttgut durch eine kontinuierlich
arbeitende, der Maschine vorgeschaltete Meßeinrichtung in Form einer Förderbandwaage
od. dgl. abgewogen wird, so daß diese Waage je nach dem festgestellten Gewicht bei
Änderungen des spezifischen Gewichtes des Schüttgutes eine Verstelleinrichtung bekannter
Art für die Abmeßorgane der Maschine steuert. Zwar lassen sich hiermit sehr genaue
Abfüllgewichte erzielen, da die Meßeinrichtung in Form einer Förderbandwaage od.
dgl. das gesamte zufließende Schüttgut erfaßt und gewährleistet ist, daß die Verstellungen
der Abmeßorgane der Maschine auch tatsächlich den Änderungen des spezifischen Gewichts
und der Dichte des in die Abmeßorgane gelangenden Schüttgutes entsprechen. Derartige
Meßeinrichtungen haben jedoch den wesentlichen Nachteil, daß sie nicht nur verhältnismäßig
viel Platz, sondern auch einen erheblichen maschinellen Aufwand erfordern und sehr
staubempfindlich sind, so daß bei Staubablagerung leicht Störungen und Meßungenauigkeiten
eintreten können.
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Nun wurde zur Dichtemessung zwar bereits allgemein vorgeschlagen,
solche Einrichtungen zu verwenden, die mit radioaktiven Strahlern arbeiten. Derartige
Geräte und Einrichtungen dienen jedoch entweder dazu, eine lediglich serienmäßige
Prüfung geometrisch gleichartiger Körper auf Gewicht und/oder Inhomogenitäten durchzuführen,
oder aber einen sich bewegenden stabförmigen Körper, beispielsweise einen Tabakfüllstrang
abzutasten, gegebenenfalls unter Verwendung einer Strahlungsquelle und einer Ionisationskammer.
Ferner sind Einrichtungen zur quantitativen Strahlungsmessung einer Materialschicht
dahingehend bekannt, daß man der Materialschicht eine oder mehrere Proben entnimmt.
Auch wurden bereits Strahleneinrichtungen zur Dichtemessung an flüssigen, festen,
körnigen oder auch gasförmigen Stoffen vorgesehen. Keiner dieser bekannten
Vorschläge
kommt jedoch bei Maschinen der vorliegenden Art zur Anwendung. Eine solche Anwendung
würde sich auch deshalb für den vorliegenden Fall nicht empfehlen, weil die bekannten
Einrichtungen nur für besonders einfach gelagerte Anwendungsarten verwendbar sind,
wie es z. B. beim Abteilen von Tabaksträngen vorkommt, wenn nur verhältnismäßig
geringe Förderleistungen verlangt werden und erhebliche Gewichtstoleranzen zugelassen
werden können. Wenn jedoch Maschinen der vorliegenden Art mit hoher Abschüttleistung
arbeiten sollen, dann sind entsprechend große Durchflußgeschwindigkeiten und Querschnitte
nötig. Ferner tritt gerade bei pulverigen Schüttgütern ein sehr rascher Wechsel
der Schüttgewichte innerhalb weiter Grenzen ein, was durch unterschiedliche Pressung,
Lufteinschlüsse und wechselnden Feuchtigkeitsgehalt bedingt ist. Abgesehen von diesen
mit den bekannten Einrichtungen nicht zu bewältigenden Bedingungen konnte bisher
nicht übersehen werden, wie sich diese verschiedenen Größen auf den Grad der Absorbtion
der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung auswirken.
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Es war nicht bekannt, ob die vom jeweiligen Empfänger aufgenommenen
und angezeigten Differenzen in der Strahlungsintensität praktisch den auftretenden
Gewichtsdifferenzen entsprechen. In Fachkreisen lag daher bisher ein ablehnendes
Vorurteil gegen die Verwendung von Strahlern und Strahlungsmeßgeräten bei Hochleistungsdosiermaschinen
für schüttfähige Güter vor. Es bestand allgemein die Überzeugung, daß eine derartige
Verwendung keinen Erfolg bringen würde, eine Verbesserung gegenüber einer gewichtsmäßigen
Kontrolle oder Dichtemessung bei Maschinen der vorliegenden Art somit nicht erreichbar
sei.
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Soweit die Verwendung eines Strahlers mit Detektor (Geigerzähler)
als Kontrolleinrichtung bei einer Abfüll- und Verpackungsmaschine bekannt war, handelt
es
sich lediglich um den Vorschlag, die Füllhöhe im Abschütttrichter zu überwachen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bezüglich der Verbesserung von volumetrisch
arbeitenden Hochleistungsdosiermaschinen lag bei diesem Vorschlag nicht vor, zumal
auch keine Verstelleinrichtung für die Abmeßorgane solcher Maschinen gesteuert werden
sollte.
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Der Vorschlag der Erfindung sieht demgegenüber unter Ausnutzung der
bekannten Vorschläge zur Verwendung für eine Maschine der vorliegenden Art unter
Überwindung des herrschenden Vorurteils hauptsächlich vor, daß die Meß- und Steuereinrichtung
der eingangs genannten Maschine als an sich bekanntes Dichtemeßgerät, bestehend
aus Strahler und Detektor ausgebildet und am Zulaufkanal der Dosiermaschine angebaut
ist.
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Dieser Vorschlag hat einmal den Vorteil, daß die Meß- und Steuereinrichtung
nicht nur mit kleinen Abmessungen gebaut, sondern auch ohne wesentliche Veränderungen
des Zulaufs zur Dosiermaschine unter Umständen auch noch nachträglich am Zulaufkanal
angebaut werden kann. Eine Maschine der vorliegenden Art wird daher bei der erfindungsgemäßen
Verwendung, Ausbildung und Anordnung des Dichtemeßgerätes nur unwesentlich verteuert
und in ihrer Abmessung praktisch nicht vergrößert.
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Besonders vorteilhaft ist die völlige Unempfindlichkeit der Einrichtung
gegenüber Staubablagerungen.
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Ferner sind keinerlei Vergleichs- oder Integralmessungen erforderlich,
um zur wirklichen Gewichtsangabe zu gelangen, da unmittelbar die Ausgangsspannung
eines dem Detektor nachgeschalteten Verstärkers benutzt werden kann, um die Verstelleinrichtung
für die Meßorgane der Maschine zu bewirken.
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Es ergibt sich ein äußerst einfacher und betriebssicherer Aufbau.
Auch liegt der Vorteil vor, daß infolge Anordnung der Strahlungsquelle am Zulaufkanal
der Dosiermaschine, d. h. also weit oberhalb des Bereichs, in welchem sich das Bedienungspersonal
der Maschine bewegt, die Gefahr einer Strahlungsschädigung des Bedienungspersonals
praktisch völlig ausgeschaltet ist.
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Ein besonderes Erfindungsmerkmal betrifft bei einer Dosiermaschine
der erfindungsgemäßen Art, die von der Antriebswelle der Maschine über Schaltglieder
angetriebene Verstelleinrichtungen für die Abmeßorgane aufweist, die Verwendung
einer vom Dichtemeßgerät über einen elektrischen Verstärker gesteuerten elektromagnetischen
Doppelkupplung zur Verbindung der Antriebswelle mit den Verstelleinrichtungen. Es
ist zwar eine Einrichtung bekannt, die eine maschinendrehzahlabhängige Verstellung
von Dosierkammern ermöglicht. Hierbei wird jedoch im Gegensatz zur erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Doppelkupplung ein doppeltes Klinkenschaltwerk verwendet, so
daß entgegen dem Vorschlag der Erfindung keinesfalls eine stets genaue, den Meßwerten
angepaßte Verstellung erfolgen kann. Auch ist nicht die erfindungsgemäß erzielbare
Schnelligkeit einer Verstellung der Meßorgane oder Dosierkammern entsprechend der
jeweiligen von der Drehzahl der Maschine abhängigen Abfülleistung möglich. Es kann
also bei dem bekannten Vorschlag nicht so vorgegangen werden, daß für eine hoch
eingestellte Maschinenleistung die genannte Verstellung, zeitlich gesehen, rasch
erfolgt und andererseits eine langsame Verstellung vorgesehen wird, wenn man die
Maschine
mit nur niedriger Drehzahl fährt. Wenn bei der Erfindung dagegen diese Möglichkeiten
gegeben sind, dann ist entgegen dem bekannten Vorschlag die Forderung erfüllt, daß
der volle Grad der jeweiligen Verstellung der Meßorgane oder Dosierkammern erst
dann erreicht sein soll, wenn diejenigen Schüttgutpartien in diese Organe oder Kammern
gelangen, auf die sich die diese Verstellung bewirkende Kontrollmessungen bezieht.
Eine derartige Maßnahme ist bei der verhältnismäßig hohen Meßgeschwindigkeit von
Strahlungsmeßgeräten deshalb besonders wesentlich, da sonst die genannte Verstellung
zu einem zu frühen Zeitpunkt erfolgen würde.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen
für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bei einer Tellerdosiermaschine erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen axialen Querschnitt durch die Dosiermaschine und F i g.
2 das Schaltbild mit Einzelheiten des bei der Maschine nach F i g. 1 verwendeten
Steuerrelais.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Tellerdosiermaschine, die in bekannter
Art mit mehreren umlaufenden Meßkammern versehen ist.
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Diese Kammern 1 sind zentral verstellbar eingerichtet und werden
von einem gemeinsamen Verteilerteller 2 aus gefüllt, der seinerseits an einen Zulaufkanal
3 der Maschine angeschlossen ist.
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Zur Überwachung des spezifischen Gewichts des der Maschine zugeführten
Schüttgutes ist oberhalb des Verteilertellers 2 am Zulaufkanal 3 ein Strahler 4
bekannter Art vorgesehen, der laufend eine gleiche Menge Beta- oder Gammastrahlen
aussendet. Diese Strahlen durchdringen das im Zulaufkanal 3 befindliche Schüttgut
und werden dabei mehr oder weniger von diesem absorbiert. Der verbleibende Rest
der Strahlen wird von einem dem Strahler 4 am Zulaufkanal 3 gegenüberliegenden Detektor
5, beispielsweise einem Geigerrohr oder einer Ionisationskammer, aufgenommen und
in elektrischen Strom umgesetzt. Je dichter bzw. schwerer das Füllgut ist, um so
geringer wird der vom Detektor 5 erzeugte Strom sein. Die Größe dieses Stromes bildet
somit ein Maß für die Dichte des gemessenen Schüttgutes.
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Dieser elektrische Strom wird durch einen nicht dargestellten Verstärker
bekannter Art verstärkt und auf ein Steuerrelais 6 gegeben. Dasselbe bewirkt bei
einer Änderung der Meßspannung das Einschalten einer elektromagnetischen Doppelkupplung
7, 8, 12 und damit jeweils eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der durch die Meßkammern
1 gebildeten Dosierräume, wie es nachfolgend beschrieben wird.
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Die genannte Doppelkupplung, deren Mittelscheibe 12 mit der Antriebswelle
13 der Verstelleinrichtung für die Meßkammern 1 verbunden ist, erhält ihren Antrieb
mittels eines Kettentriebes 10 von der Hauptwelle 9 der Dosiermaschine aus über
ein zwischen dieser Welle 9 und den beiden Kupplungsscheiben 7 und 8 angeordnetes
Getriebe 11. Dieses Getriebe ist so ausgebildet, daß die beiden Kupplungsscheiben
7 und 8 in einander entgegengesetztem Drehsinn umlaufen. Infolgedessen wird je nachdem,
welche der beiden Kupplungsscheiben 7 oder 8 gegen die Mittelscheibe 12 angedrückt
wird, diese Mittelscheibe und damit die Antriebswelle 13 im Uhrzeigersinn oder im
Uhrzeigergegensinn angetrieben.
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Auf der Antriebswelle 13 sitzt eine Schnecke 14, die mit einem Schneckenrad
15 im Eingriff steht, welches
ein Hebelgestänge 16, 17 betätigt,
mit dem die eigentliche axiale Verstellung der auf dem Teller 18 der Maschine angeordneten
Teile der Meßkammern 1 bewirkt wird.
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Zur Steuerung der Kupplungsscheiben 7, 8 wird die in das Steuerrelais
6 vom Detektor 5 aus eingegebene Meßspannung gegen eine Gegenspannung in Brücke
geschaltet; diese Gegenspannung wird von einer Stromquelle 20 erzeugt und mittels
eines am Schnekkenrad 15 oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordneten Potentiometers
21 auf einen dem eingestellten Dosiervolumen der Meßkammern 1 proportionalen Wert
eingestellt. Bei Änderungen in der Dichte des zugeführten Schüttgutes nimmt die
Meßspannung gegenüber der Gegenspannung einen anderen Wert ein, so daß durch ein
Relais 22 ein Strom fließt. Die Stromrichtung ist dabei von der positiven oder negativen
Differenz der Meßspannung gegenüber der Gegenspannung abhängig. Je nach der Richtung
des Differenzstromes schließt das Relais 22 wahlweise einen Kontakt 23 oder 24 und
schaltet dabei jeweils die Kupplungsscheibe 7 oder 8 ein, was wiederum die Verstellung
der Meßkammern 1 im einen oder anderen Sinn zur Folge hat. Bei der damit verbundenen
Drehung des Schneckenrades 15 wird auch die Impedanz des Potentiometers 21 und damit
die Gegenspannung so lange verändert, bis letztere wieder gleich der Meßspannung
ist. Durch diesen Abbau der Spannungsdifferenz öffnet das Relais 22 wieder den Kontakt
23 oder 24, so daß die Verstellbewegung für die Meßkammern 1 beendet wird.
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Damit die Verstellung der Meßkammern 1 erst eintritt, wenn das im
Zulaufkanal 3 gemessene Schüttgut tatsächlich zur Dosierung kommt, kann zwischen
dem Steuerrelais 6 und den Kupplungen 7, 8 ein Verzögerungsrelais 25 bekannter Art
eingeschaltet werden, das die Steuerimpulse des Dichtemeßgeräts entsprechend verzögert.
Vielfach genügt jedoch schon eine verhältnismäßig hohe Übersetzung im Getriebe 11
sowie im Schneckentrieb 14, 15. Durch diese hohe Übersetzung geht die Verstellung
sehr langsam vor sich, so daß die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Messung und
dem Zeitpunkt, wann das eben gemessene Gut in die Meßkammernl gelangt, weitgehend
ausgeglichen wird. Letztere Maßnahme hat außerdem den Vorteil, daß eine Verzögerung
unmit-
telbar von der Maschinendrehzahl abhängig ist und damit den hier gestellten
Forderungen entspricht.
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Gegebenenfalls kann natürlich auch das Verzögerungsrelais 25 drehzahlabhängig
eingerichter werden, was beispielsweise mittels eines Fliehkraftreglers geschehen
kann, der mit dem Ladewiderstand des Verzögerungsrelais 25 gekoppelt ist.