Handhabungstechnik

Die Dosis machts

Zuführen formloser Stoffe
Bild 1: Dosieren mit Wäge- und Abzugsband. 1 Bunker, 2 Spalteinstellung, 3 Servomotor, 4 Wäge- und Abzugsband, 5 Drehzahlmesser

Bei etlichen Produktionsvorgängen müssen nicht nur kompakte Teile mit gut bekannter Geometrie zugeführt werden, sondern auch formlose Stoffe, wie zum Beispiel Füllmaterial, Pasten, Granulate oder Schüttgut (ungeordnete Scheiben, Schrauben, Muttern usw.). Die genaue Zuteilung solcher Stoffe beziehungsweise Stückgüter erfolgt immer periodisch mit Hilfe von Dosiereinrichtungen. Die Dosierung kann volumetrisch oder gravimetrisch erfolgen. Für die volumetrische Variante eignen sich Messbehälter mit einstellbarer Füllstandssensorik, Überlaufbehälter oder Dosierpumpen mit konstantem Volumen. Sie wird hauptsächlich für flüssige Güter eingesetzt. Für die gravimetrische Dosierung setzt man Wägesysteme ein. Der Einsatz dieser Art der Dosierung erfolgt zum Beispiel für Schüttgut, Stückgut und pastöse Güter. Vorteilhaft sind solche Waagen, die nur einen kleinen Messweg benötigen und sich deshalb gut in eine Einrichtung integrieren lassen. Aus der Vielfalt von Lösungen werden einige wenige in Kurzfassung vorgestellt.

So gehts gravimetrisch

Es gibt viele Systeme, die die formlosen Stoffe bewegen und dabei ihre Schwerkraftwirkung messen, also wiegen. In Bild 1 wird eine Förderbandeinheit gezeigt, bei der das Wiegen über eine festgelegte Messstrecke durchgeführt wird. Das Band läuft über zwei Stützrollen, wobei deren Achslast ermittelt wird. Über die Regelung der Geschwindigkeit des Bandes lässt sich eine gleichmäßige Streckenlast sicherstellen. In den Regelkreis ist deshalb ein Drehzahlmesser einbezogen.

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Als Transporteur für das Gut kann auch ein Schneckenförderer dienen. Das Bild 2 zeigt den Aufbau eines solchen Dosierers. Es wird mit Kraftsensoren die Veränderung der Gewichtskräfte des Bunkeraufsatzes detektiert. Daraus errechnet sich dann die abgeführte Stoffmenge je Zeiteinheit. Ein regulierender Eingriff erfolgt über die Anpassung der Förderschneckendrehzahl, das heißt über die Steuerung des Servomotors nach den aktuellen Daten.

Es gibt auch Einrichtungen mit senkrechter Dosierschnecke am Auslauf eines Vorratsbehälters mit Rührwerk. Das Dosiervolumen ist aber nicht direkt messbar. Es wird von der Zahl der Umdrehungen der Dosierschnecke bestimmt, das heißt vom Drehwinkel der Schnecke. Damit handelt es sich um eine Volumendosierung. Dichteschwankungen des zu dosierenden Stoffes können zu größeren Messungenauigkeiten führen.
Ein interessanter (und patentierter) Ansatz wird in Bild 3 gezeigt. Das Gut gelangt vom Bunker auf eine Linearschwingrinne. Dabei wird das Schwingverhalten ständig beobachtet und danach die Massebelegung der Rinne beeinflusst. Daraus kann man rückkoppelnd die Fördergeschwindigkeit über den Schwingantrieb so stellen, dass geplante Sollwerte im Stofffluss erreicht werden. Ein großer Vorteil ist die geringe Anzahl beweglicher und damit verschleißgefährdeter Bauteile dieses Prinzips.

So geht’s volumetrisch

Als Beispiel soll im Bild 4 das taktweise Abfüllen von Flüssigkeiten gezeigt werden. Sensoren kontrollieren den Füllstand. Ist ein Großteil der Füllung im Behälter angekommen, erfolgt eine Umschaltung von der schnellen Grobdosierung in die etwas langsamere Feindosierung. Für das Umschalten werden pneumatische Aktoren eingesetzt, die jeweils nur Endpositionen anfahren. Der Kurzhubzylinder wirkt somit als positionierbarer Zwischenanschlag. Mit der gezeigten Lösung kann man beispielsweise 1000 Stück 1-Liter-Flaschen je Stunde mit Öl befüllen. Das Verfahren kann als drucklose Höhenfüllung bezeichnet werden. Weil man sich nicht um das Gewicht kümmert, kann passieren, dass auch gebrochene Flaschen befüllt werden. Der Sensor für die Füllhöhe spricht dann nicht an und durch das ständig austretende Gut wird die gesamte Station verunreinigt. Das ist ein großer Nachteil. Es muss sensorisch aufgerüstet werden.

Über den Zaun geschaut

Es schadet in der Regel nicht, wenn man in andere Bereiche schaut, um zu sehen, wie dort ein vergleichbares Problem gelöst wurde. In der Landwirtschaft besteht die Aufgabe, Saatgut möglichst präzise in Kilogramm je Fläche auszubringen und das unter erschwerten Bedingungen. Es handelt sich um eine Stückdosierung. Mehrere parallele Särohre müssen mit „Einzelteilen“ versorgt werden. Allerdings müssen die Samenkörner nicht ausgerichtet (nicht geordnet) sein. Dafür ist das Leerfahren eine wichtige Randbedingung. Teure Feinsämereien müssen beispielsweise ohne Restmengen im Saatgutbehälter selbst in Hanglagen und bei Erschütterungen längs der Fahrspur zuverlässig und einzeln in das Saatbeet ausgebracht werden. Das Bild 5 zeigt den Aufbau einer solchen Dosiereinheit.

Das Särad besitzt drei versetzte Nockenreihen (je 36 Nocken) und dosiert das Gut. Es wird dann gleichmäßig in die Särohre ausgegeben. Mit einem Einschub kann man die Nocken teilweise abdecken, was die Ausbringleistung verändert. Wenn das Saatgut auch nicht zum exponierten Gegenstand der Handhabungstechnik gehört, so kann doch die Lösung technischer Details Anregungen für die eigene Entwicklungsarbeit liefern.

Stefan Hesse

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