Dosier-Genauigkeit Welche Faktoren die Dosier-Genauigkeit gravimetrischer Dosierer beeinflussen können

Für die Qualität eines jeden Prozesses, in dem gravimetrische Dosierer zur Dosierung oder Regelung der Schüttgutmengen verwendet werden, ist die Genauigkeit ein entscheidendes Kriterium. Immer strengere Richtlinien hinsichtlich der Verarbeitung und Zusammensetzung erfordern ein klares Verständnis der Eigenschaften und der Dosiererleistung.

Anbieter zum Thema

VERDER Deutschland GmbH & Co. KG

Dec Deutschland GmbH

Coperion K-Tron (Schweiz) GmbH

Die Genauigkeit von Dosierwaagen wird unabhängig von Konstruktion und Funktionsprinzip durch Wiegen einer Reihe zeitlich abgestimmter Materialproben bestimmt, die am Dosiererausgang entnommen werden. Der Oberbegriff Dosierwaagen-Genauigkeit fasst dabei den kombinierten Effekt zweier verschiedener, jedoch verwandter Leistungsfaktoren zusammen: Linearität und Reproduzierbarkeit.

Linearität

Die Linearität quantifiziert, wie gut oder schlecht die gewünschte mittlere Fördermenge an verschiedenen Punkten innerhalb des gesamten Betriebsbereichs eines Dosierers erreicht wird. Eine perfekte Linearität ist gegeben, wenn sich die Beziehung zwischen Sollwert und der tatsächlichen Fördermenge über den gesamten Auslegungsbereich des Dosierers durch eine Gerade durch alle Messpunkte darstellen lässt.

Zur Messung der Linearität müssen dem Auslassstrom des Dosierers verschiedene Gruppen von Proben in einem festen Zeitraum entnommen werden. Üblicherweise werden zehn aufeinander folgende Proben bei folgenden Fördermengen entnommen und gewogen: 5, 25, 50, 75 und 100 Prozent des Endwerts.

Für jeden der fünf Datensätze wird das mittlere Probengewicht berechnet und die Differenz zwischen dem berechneten Mittelwert und dem gewünschten Probengewicht gebildet. Diese gewichtsbezogenen Fehler werden dann in Prozent der Sollfördermenge ausgedrückt, indem die jeweilige Differenz durch das entsprechende Zielgewicht geteilt und mit 100 multipliziert wird. Das Ergebnis ist ein Satz von fünf Fehlerwerten, aus denen sich die mittlere Dosierleistung über den Betriebsbereich des Gerätes ablesen lässt.

Reproduzierbarkeit

Die Reproduzierbarkeit – die Streuung über das mittlere Gewicht der Probengruppe – zeigt das zu erwartende Ausmaß kurzzeitiger Schwankungen der Fördermenge an. Diese Informationen sind sehr nützlich, besonders für die Qualitätskontrolle.

Der Schlüssel zur Aussagekraft der Reproduzierbarkeit liegt in der zufälligen Natur von Reproduzierbarkeitsfehlern. Reproduzierbarkeitsfehler lassen sich quantifizieren und mit dem Konzept der Standardabweichung statistisch ausdrücken. Die Standardabweichung beschreibt auf einfache Weise, wie eine Reihe zufälliger Ereignisse über den Mittelwert verteilt ist. Die Standardabweichung s des Gewichts einer Reihe von Proben wird wie folgt beschrieben:

wobei

n ist die Anzahl der Proben, x-quer ist das arithmetische Mittel der Proben, und x_i ist das tatsächliche Probengewicht.

Einflussfaktor Material

Für die Leistung des Dosierers sind drei Faktoren entscheidend: Material, Dosierer und Betriebsumgebung. Die Vielfalt an Materialien und Lager-/Handlingeigenschaften in der modernen Fertigung fordern bereits früh während der Spezifikation und Auswahl des Dosierers besondere Aufmerksamkeit bei der Beurteilung der Materialien. Häufig bestimmen Material und gewünschte Fördermenge über die Art des Dosierers. Für schwierig zu handhabende, schießende und frei fließende Materialien bietet sich oft eine Dosierung mit Differentialwaagen an, wobei die Dosierer auf das gegebene Material konfiguriert werden können, um dieses auch bei niedrigen Fördermengen entsprechend zu dosieren. Andererseits stellen frei fließende Materialien in vielen Fällen keine besonderen Anforderungen an die Dosierer und die Handhabung. In derartigen Anwendungen ist eine Dosierbandwaage meist die beste Wahl, besonders bei hohen Fördermengen. Wegen der besonderen Bedeutung einer richtigen Abstimmung des Dosierers auf das Material wird in der Regel eine enge Zusammenarbeit mit dem Dosiereranbieter und eine eventuelle Überprüfung der Auswahl in Labortests empfohlen.

Einflussfaktor Dosierer

Das Leistungspotenzial von Dosierern hängt von vier konstruktiven Aspekten ab: Funktionsprinzip, Wiegesystem, Regelsystem und Mechanik. Voraussetzung für eine genaue Dosierung ist das genaue Wiegen. Für die Dosierung mit Differentialwaagen benötigt das Wiegesystem einen weiten Betriebsbereich, eine ausgezeichnete Linearität, eine ausreichend hohe Auflösung zur Wahrnehmung kleiner Änderungen des System-Gesamtgewichts sowie eine hohe Ansprechgeschwindigkeit, um diese Messungen quasi verzögerungsfrei vorzunehmen.

Bei Anwendungen mit kleinen Fördermengen ist die geringe Gewichtsdifferenz pro Zeiteinheit relativ zum gemessenen Gesamtgewicht eine weitere Herausforderung für die Auflösung. Eine grundsätzliche Anforderung aller Differentialwaagen ist ein stabiles, driftfreies Wiegesystem. Zwar sind Differential-Dosierwaagen mit einem Regelsystem für die allgemeinen Regel- und Bedienfunktionen ausgestattet, für eine zuverlässige, hohe Genauigkeit und Leistung sind jedoch häufig Erweiterungen erforderlich, die das System auf die besonderen Anforderungen oder Betriebsbedingungen abstimmen.

Bei Differential-Dosierwaagen sind hier u.a. anspruchsvolle Signalfilter zu nennen, die Umgebungsstörungen entgegenwirken, oder spezielle Regeltechnologien, die während der volumetrischen Nachfüllphase des Dosierers für maximale Leistung sorgen. Abgesehen von mechanischen Systemaspekten wie der Auswahl und Dimensionierung der Förderschnecke sowie der Integration von Rüttelvorrichtungen stellen Differential-Dosierwaagen mit ihrem einfachen Konzept nur wenige Herausforderungen beim Erreichen der gewünschten Dosierergenauigkeit dar. Um die Waage vor externen Kräften zu schützen, muss der Dosierer mit flexiblen Bälgen isoliert werden. Denn eventuelle Probleme bei der mechanischen Anbindung an vor- oder nachgelagerte Geräte können sich auf das Gewichtssignal auswirken.

Einflussfaktor Betriebsumgebung

Eine aufmerksame Betrachtung der Betriebsumgebung eines Dosierers bietet oft zusätzliche Ansatzpunkte, wie eine zuverlässige Dosiererleistung sichergestellt werden kann. Wo Stöße oder Vibrationen ein Thema sind, kann der Dosierer durch entsprechende Gegenmaßnahmen von diesen Störungen isoliert werden. Typische Beispiele sind Verwendung flexibler Einlass- und Auslassanschlüsse sowie die Montage auf Schwingungsdämpfern. Extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse sollten gemieden oder weitestgehend verringert werden. Bei der Dosierung sehr niedriger Fördermengen (unter 100 g/h) können bereits kleine Luftströme, etwa Zug, zu Beeinträchtigungen der Dosiererleistung führen. Daher sind beispielsweise die Feindosierer der K-Tron Microfeeder-Reihe in Differential-Dosierungsanwendungen standardmäßig mit einem Zugabweiser ausgestattet.

Zusammenfassung

Hinter dem Versprechen einer hohen Dosiererleistung und -genauigkeit steht eine komplexe Realität. Messung, Überwachung und dauerhaftes Erreichen einer hohen Dosiererleistung beginnen deshalb mit dem Verständnis der statistischen Grundlagen und der vielen Einflussfaktoren.

* Die Autorin ist Global Business Development Manager Food and Pharmaceutical bei K-Tron.

(ID:29421430)