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Verfahren zum genauen Dosieren bzw. Chargieren gewünschter Mengensollwerte
von fließfähigen Schüttgütern oder dergleichen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum genauen Dosieren bzw.
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Chargieren gewünschter Mengensollwerte von fließfähigen Schüttgütern,
Flüssigkeiten oder dergleichen, die durch ein Chargierorgan in ein von einer Waage
gewogenes Behältnis fließen.
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Bei der Chargierung von zum Beispiel Schüttgütern für Gemengemischanlagen,
zum Beispiel Betonmischanlagen, müssen in möglichst kurzen Zeitabständen nacheinander
verschiedene gewünschte Mengensollwerte (zum Beispiel in Kilogramm) verschiedener
Schüttgüter chargiert werden, die Jeweils aus einem Silo durch ein Chargierorgan,
zum Beispiel Verschlußklappen, in ein von einer Waage gewogenes Behältnis fließen,
das die Charge nach Erreichung des gewünschten Nengensollwertes in einen Mischer
entleert. Dabei entstehen Chargierfehler, verursacht durch eine phasenverschobene,
gegenüber der Last nacheilende Gewichtsmessung bzw. Wägung infolge der Dämpfung
der Waage, besonders auftretend bei sehr schnell ablaufender Chargierung bzw. Dosierung;
Veränderung der Fallhöhen der Schüttgüter während der Chargierung;
Änderung
der Schüttgewichte der verschiedenen Schüttgüter, auch durch uSkontrollierbare Schüttgutverdichtung
während der Siloentleerung; Nachlaufverhalten der Chargierorgane infolge deren Trägheit
des Ansprechens und Schließens.
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Die Summe dieser Fehler wird hier als Nachlauffehler der Chargierung
bezeichnet, der um so größer ist, je schneller die Chargiervorgänge nacheinander
ablaufen und Je größer damit der Öffnungsquerschnitt des Chargierorgans und Je größer
damit der chargierte Mengenstrom sind.
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In Figur 1 ist der Stand der Technik in Form eines Diagramms dargestellt.
Zur Verminderung des Nachlauffehlers ist es bekannt, den Chargiervorgang anfangs
mit voller, das heißt 100%-iger Förderleistung (kg/sec) ablaufen zu lassen und vor
dem Ende des Chargiervorganges die Förderleistung zu reduzieren, zum Beispiel auf
25 96, indem von einem Grobstromchargierorgan auf ein daneben angeordnetes Feinstromchargierorgan
übergegangen wird oder indem der dffnungsquerschnitt des Grobstromchargierorganes
entsprechend verkleinert wird oder die Drehzahl des Chargierorgans verringert wird
(zum Beispiel bei Band- oder Schneckenförderer)* Durch diese Umschaltung U (Fig.
1) von Grobatrom auf Feinstrom wird aber die für einen
Chargiervorgang
insgesamt benötigte Zeit verlängert. Der gewünschte Mengensollwert ist in Fig0 1
mit S angegeben. Beim bekannten Verfahren wird nun der Nachlauffehler (in kg), der
wie eingangs geschildert niemals konstant ist, einmalig durch Versuch empirisch
ermittelt. Beim Chargieren wird das Chargierorgan dann geschlossen, wenn der von
der Waage gemessene Ist-Wert den Sollwert S minus des einmalig ermittelten Nachlauffehlers
erreicht hat. Durch dieses Vorabschalten des Chargierorgans mittels des einmalig
und konstant eingestellten Korrekturwertes erreicht man aber in der Regel nie genau
den Mengensollwert S, so daß dieses Vorabschalten zu zu niedrigen als auch au zu
hohen endgültigen Mengenistwerten führt. Die Streuung der Istwert/Sollwert-Abweichungen
ist in Fig. 1 durch den schraffierten Bereich 10 dargestellt.
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Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, diesen Stand der Technik
zu verbessern und ein hochgenaues, aber trotzdem ein faches Chargierverfahren zu
schaffen, bei dem der Chargierfehler, entstanden durch den nie konstanten Nachlauf
der Chargierung, praktisch völlig unterdrückt ist0 Diese Aufgabe wird bei einem
Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöste daß im wesentlichen
kurz vor Erreichung des Mengensollwertes jede Dosierung bzw.
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Chargierung unterbrochen und die während der Unterbrechung
auftretende
zusätzliche Chargiermenge als Nachlauffehler der Chargierung gemessen wird, wonach
die Chargierung fortgesetzt und erneut dann abgeschaltet wird, wenn der Chargiermengen-Istwert
der Differenz zwischen dem gewünschten Mengensollwert und dem gemessenen Nachlauffehler
entspricht.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird immer bei jeder Chargierung
der Jeweils gerade aktuelle Nachlauffehler, der sich von Chargierung zu Chargierung
ändern kann, ermittelt und das Chargierorgan wird entsprechend dieses aktuellen
Nachlauffehlers vor Erreichen des Mengensollwertes gezielt abgeschaltet, so daß
die Charge auch tatsä¢hlich den gewünschten Mengensollwert erreicht. Durch die Erfindung
wird die Chargiergenauigkeit bei diskontinuierlich arbeitenden, automatischen Wägeanlagen
wesentlich erhöht, ohne auf eine langsam arbeitende Feinstromdosierung ausweichen
zu müssen. Der technische Aufwand ist gering. Wesentliche Justierarbeiten bei der
Inbetriebnahme einer erfindungsgemäß geregelten Anlage und nach Wartungsarbeiten
entfallen, da es sich um ein nselbstlernendes Systems handelt. Komplizierte geregelte
Dosieraggregate und Antriebe werden vermieden.
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Die Erfindung und deren weiteren Vorteile werden anhand der in den
Figuren 2 bis 4 schematisch dargestellten Ausftihrungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 2 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäf3en Chargierungsverfahren
ein Diagramm, bei dem wie bei Fig.1 die Förderleistung über dem Mengen-Istwert aufgetragen
ist, Fig. 3 ein gegenüber Fig. 2 abgeändertes Diagramm zur Veranschaulichung eines
modifizierten Chargierungsverfahrens, Fig. 4 schematisch die Ansicht einer Gemengechargierungsanlage,
zu deren Betrieb das erfindungsgemäße Chargierungsverfahren eingesetzt wird Nach
Fig. 2 läuft der Chargierungsvorgang, wie bei Fig. 1, anfangs mit voller, das heißt
mit 100 %-iger Förderleistung ab. Vor dem Ende des Chargiervorganges wird die Förderleistung
reduziert, zum Beispiel auf 25 5 Die Reduzierung der Förderleistung kann durch uebergang
von einem Grobstrom-Chargierorgan auf ein Feinstrom-Chargierorgan oder durch Drosselung
ein- und desselben Chargierorgans bewerkstelligt werden.
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Kurz vor Erreichen des Mengensollwertes S, das heißt etwa in einem
Bereich, in dem zum Beispiel ca. 85 % bis 95 % des gewünschten Mengensollwertes
chargiert sind, wird die Chargierung durch eine Zwischenunterbrechung Z durch Schließen
des Chargierorgans gestoppt. Die während dieser Unterbrechung
auftretende
zusätzliche Chargiermenge in kg wird als aktueller Nachlauffehler N der Chargierung
vcr der Waage gemessen bzw. aus zwei Messungen errechnet. Danach wird die Chargierung
durch Öffnen des Chargierorgans fortgesetzt und erneut dann durch ein zweites Schließen
des Chargierorgans abgeschaltet, wenn der Chargiermengen-Istwert der Differenz zwischen
dem gewünschten Mengensollwert S und dem gemessenen Nachlauffehler N entspricht.
Dann ist gewährleistet, daß der Chargiermengen-Istwert den Sollwert genau erreicht.
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Während nach Fig. 2 die Zwischenunterbrechung Z des Chargiervorgangs
bei reduzierter Förderleistung, also bei einem Feinstrom vorgenommen wird, erfolgt
nach Fig. 3 die Zwischenunterbrechung Z des Chargiervorganges bei voller, d.h.
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100 «-iger Förderleistung des Chargierorgans. Der Nachlauffehler ist
hier mit N1 bezeichnet.
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Nach Fig. 3 kann also eine zweistufige Chargierung entfallen.
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Auch bei diesem sehr schnell ablaufenden Chargierverfahren wird trotzdem
genau der gewünschte Mengensollwert S erreicht.
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Bei Jedem Chargiervorgang wird also immer der aktuelle Nachlauffehler
bei der Zwischenunterbrechung der Chargierung gemessen und bei der Endabschaltung
der Chargierung sofort noch einmal gemessen; während der letzten Chargierphase können
sich die Faktoren des Nachlauffehlers nur unwesentlich verändern.
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Der Nachlauffehler N bzw. N1 der Chargierung wird aus der Differenz
statische Wägung minus dynamische Messung von einer Recheneinheit errechnet die
auch die Differenz zwischen dem gewünschten Mengensollwert S und dem Nachlauffehler
errechnen kann. Die Recheneinheit führt das Rechenergebnis einer Korrektureinheit
zu, welche die Endabschaltung der Chargierung einleitet. Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung kann nach der Endabschaltung der Chargierung, d.h. nach dem zweiten
Schließen des Chargierorgans , eine etwa noch vorhandene Abweichung des Chargiermengen-Istwertes
vom gewünschten Mengensollwert S errechnet bzw. gemessen und gespeichert werden
und diese abweichung kann als Korrekturwert für den Nachlauffehler entsprechend
weiterer Chargierungen verwendet werden.
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Der Nachlauf kann sowohl nach der Zwischenunterbrechung als auch nach
der Endabschaltung der Chargierung durch Differenz messung ermittelt und gespeichert
werden. Dies geschieht in Abhängigkeit der Jeweiligen Chargenkomponente und des
Jeweiligen vorgegebenen Mengensollwerte des Mischungsrezepts.
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Bei den weiteren Chargierungen der entsprechenden Komponente desselben
Rezepts wird der gespeicherte Nachlauf erneut der Korrektureinheit zugeführt, um
den aktuellen Abschaltpunkt bei der Chargierung dieser Komponente mit dem bestimmten
Mengensollwert zu bestimmen Somit handelt es sich hier um ein "selbstlernendes System".
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Bei jedem Chargiervorgang wird also immer der aktuelle Nachlauffehler
bei der Zwischenunterbrechung der Chargierung gemessen und bei der Endabschaltung
der Chargierung sofort noch einmal gemessen; während der letzten Chargierphase können
sich die Faktoren des Nachlauffehlers nur unwesentlich verändern.
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Zahlenbeispiel: Eingestellter Sollwert S: 1.550 kg Unterbrechung der
Chargierung bei: 1.450 kg (dynamische Messung) Gemessener Istwert (nach Unterbrechung
statische Messung): 1.458 kg Errechneter Nachlauffehler: 8 kg Ermittelter Vorabschaltpunkt:
1.542 kg Nachlauffehler: + 8 kg Erreichter Istwert: 1.550 kg Fig. 4 zeigt die Anwendung
des erfindungsgemäßen hochgenauen Chargierungsverfahrens für eine Gemengechargiervorrichtung
einer Betonmischanlage. Im Silo 11 ist Sand gespeichert, während in den Silos 12,
13, und 14 Splitt jeweils verschiedener Körnungen gespeichert ist. Mit dem Transportschneckenförderer
15 wird Zement zudosiert. Die verschiedenen Komponenten, auch Wasser,müssen in möglichst
kurzen Zeitabständen nacheinander in bestimmten gewünschten Mengensollwerten
chargiert
werden. Die Komponenten werden durch ein Chargierorgan, in Fig. 4 als Verschlußklappen
16 dargestellt, in ein von einer Waage gewogenes Behältnis 17 chargiert, das die
Charge nach Erreichung des gewünschten Mengensollwertes durch Öffnen eines als Schieber
ausgebildeten Verschlußorgans 18 in einen Doppelwellen-Zwangsmischer 19 entleert.
Der fertiggemischte Flüssigbeton wird über einen Rundschieberverschluß 20 abgezogen.
Der Zeigerkopf 21 der Waage mit Fernübertragung mißt den in den Figuren 2 und 3
veranschaulichten Nachlauffehler N bzw. N1 der Chargierung und führt das Meßergebnis
einer Korrektureinheit zu, welche den genauen Zeitpunkt der Endabschaltung des jeweiligen
Verschlußorgans 16 bestimmt, d.h. genau dann die Endabschaltung auslöst, wenn der
gewogene Mengen-Istwert der Differenz zwischen dem Mengensollwert und dem gemessenen
Nachlauffehler entsprichtO Das erfindungsgemäße hochgenaue Chargierverfahren kann
allgemein bei der Chargierung eines einzigen Materials, bei der Zubereitung von
Mehrstoffgemengen, zum Beispiel bei der Asphalt- oder Betonzubereitung, bei Absackstationen
zur Chargierung bzw. Dosierung von feinkörnigen Schüttgütern wie z.B. Getreide in
Säcke, bei Abfüllanlagen zur Chargierung bzw. Dosierung von Flüssigkeiten in Behältnisse,
oder bei ähnlichen Anlagen verwendet werden. Bei neuen Rezepten, die aus beliebig
vielen Komponanten bestehen, kann die Nachlaufermittlung durch Speicherung des Jeweiligen
Nachlaufs
automatisiert und die Rezeptur optimal genau dosiert
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich überall dort angewendet
werden, wo nachlaufende Systeme nahezu fehlerlos abgeschaltet werden müssen, zum
Beispiel auch bei Fahrsteuerungen, bei denen das Fahrzeug aufgrund der Massenunterschiede
zwischen leerem und vollem Fahrzeug ein unterschiedliches Nachlaufverhalten aufweist.
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L e e r s e i t e