Foto: Foto: SWR engineering Messtechnik, Schliengen

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Mit der richtigen Dosiertechnik die Qualität sichern

Die Qualitätsansprüche an die Rohstoffindustrie steigen permanent. Reichte es früher die Mischungen nach Gefühl vorzunehmen, kommen inzwischen hochgenaue Dosiergeräte inklusive ausgefeilter Steuersysteme zum Einsatz. Volumetrische oder gravimetrische Dosiergeräte ist vorab häufig die Frage.

Als weies Gold wird Kaolin auch bezeichnet. Mehrere Unternehmen frdern seit Jahrhunderten diesen wertvollen Rohstoff sowie den Kristallquarzsand in Hirschau und setzen volumetrische oder gravimetrische Dosiergerte ein.Foto: Foto: Robert Ruthenberg

Der Schüttgutvolumenstrom wird bei den volumetrischen Dosierverfahren durch konstruktive, genau vordefinierte Querschnitte sowie exakte Fördergeschwindigkeiten eingestellt. Bei den Gurtförderern, Schwingförderern oder Schneckenförderern erfolgt dies durch deren jeweilige Querschnittsfläche sowie die lineare Fördergeschwindigkeit. Bei den Zellenradschleusen wird der Schüttgutvolumenstrom durch die Kammergröße sowie die Kammerdrehzahl vorgegeben. Die jeweilige Stellgröße ist daher die Fördergeschwindigkeit oder die Drehzahl und diese hängt in der Regel linear mit dem Volumenstrom zusammen und lässt sich mittels Kalibrieren recht genau einstellen. Je sorgfältiger diese vorgenommen wird, umso genauer lässt sich dosieren.

Volumetrische Dosiergeräte sind aufgrund des geringen messtechnischen Aufwands recht preisgünstig, weshalb sie sich bisher in vielen Branchen durchgesetzt haben. Schwankt allerdings die Schüttgutdichte, was vor allem bei feinkörnigen oder -pulvrigen Schüttgütern (oder ihren einzelnen Komponenten) der Fall sein kann, führt dies in der Regel zu größeren Dosierfehlern. Steigt der Qualitätsanspruch, weil meist die Kunden dies fordern, kommen immer mehr die gravimetrischen Dosiergeräte zur Anwendung. Schließlich ist zur Einhaltung einer Rezeptur nicht das Volumen, sondern die Masse des Dosierguts ausschlaggebend.

Volumetrisch oder gravimetrisch? Die Gretchenfrage in der Dosiertechnik

Im Gegensatz zum Volumen (also Menge, nicht Masse) werden bei den gravimetrischen Dosiergeräten die Schüttgutmassen direkt erfasst oder eine zur Masse proportionale Kraft (Zentrifugalkraft, Corioliskaft, Impulskraft) gemessen. Dadurch entfällt eine Kalibrierung, um vom Volumen (Menge) auf die Masse zu schließen. Die Vorteile der gravimetrischen Dosierung sind immens: Eine regelmäßige Überprüfung der Dosierung (Nachkalibrierung) durch das Bedienpersonal entfällt. Eine exakte, bedarfsgerechte Dosierung ist somit jederzeit gegeben. Die oft notwendige Überdosierung entfällt, teure Rohstoffe können eingespart werden. Eine qualitativ und rezeptkonforme sowie absolut homogene Mischung lässt sich realisieren und schlussendlich vermag man die Qualität jederzeit zu reproduzieren sowie zu dokumentieren. Die daraus realisierbaren Zeit- und Kosteneinsparungen amortisieren die Investition in ein gravimetrisches Dosiergerät in der Regel auf längerfristige Sicht.

Die Dosierband-/Abzugsbandwaagen von Whwa gibt es in vielfacher Ausfhrung.Foto: Foto: Whwa, Pfedelbach

Die Dosierbandwaagen (Abzugsbandwaagen) des Unternehmens Wöhwa im fränkischen Pfedelbach (Hohenlohekreis) sind für die gravimetrische Dosierung sowie bei der Verladung von Schüttgütern prädestiniert. Das Unternehmen, welches 1949 von Josef Wöhrl gegründet wurde, hat sich vor allem mit den Kreiselmesszellen einen hervorragenden Ruf geschaffen. Waagen, die mit den Kreiselmesszellen ausgerüstet sind, können selbst sehr hohe Lasten äußerst präzise (Auflösung: 1 Millionen Teile !) messen. Nach Firmenangaben sollen sie übrigens weltweit die einzigsten Anbieter sein, die solche hochgenauen Verwiegungen für Lasten oberhalb von 500 Kilogramm (bis 30 Tonnen; auf Wunsch mehr) mit ihren Waagen vornehmen können.

Hochpräzise Kreiselmesszellen

Alle Bauteile sowie die Software des modular aufgebauten Wägesystems werden im eigenen Hause gefertigt. Der modulare Aufbau der Dosierband-/Abzugsbandwaage ermöglicht eine individuelle Anpassung an örtliche Gegebenheiten unter Verwendung von Standardkomponenten. Jedes Dosiergerät lässt sich entweder mit einem manuellen Reparatur-/Abdichtschieber oder mit einem elektrisch angetriebenen Flachschieber ausrüsten. Mit einem Elektroflachschieber ist eine automatische Nullstellung der Bandwaage möglich. Die robusten Dosierband-/Abzugsbandwaagen gibt es mit Gurtbreiten von 400 bis 1.400 Millimeter, um allen anwendungsspezifischen Anforderungen bezüglich Förderleistung, Produkt- und Fließeigenschaften gerecht zu werden. Die Dosierband-/Abzugsbandwaagen können mit gemuldeten oder mit Flach-Gurten geliefert werden. Nach Aussagen des Anbieters schließt die gut durchdachte Konstruktion störende Einflüsse weitgehendst aus, so dass eine hohe Wägegenauigkeit stets gegeben ist. Zahlreiche Optionen wie Staubabdeckungen, Verschleißschutz, Wassersammelrinnen, Reißleinen, Blecheinhausungen, Umlenktrommeln, Frequenzumrichter und anderes mehr sind lieferbar. Sämtliche Sensoren werden berührungslos ausgeführt.

Die Dosierbandwaagen/Abzugsbandwaagen von Wöhwa sind nach Herstelleraussagen robust gebaut und weisen eine serienmäßig feuerverzinkte Konstruktion auf. Die hohe Dosier- und Messgenauigkeit sowie ihre Eichfähigkeit sind für zahlreiche Einsatzfälle besonders interessant. Förderleistungen bis 2.500 Tonnen / Stunde (Sondergrößen auf Anfrage sind möglich. Die Wägeterminals GCU 50 sowie GCU 64 verfügen über eine analoge Schnittstelle (4 bis20 mA oder optional 0 bis 10 V), eine serielle Schnittstelle RS-422/485 (optional) und / oder optional über einen Profibus. Damit lassen sie sich an eine Werks- oder Dosier- /Verladesteuerung recht einfach anschließen. Eine integrierte PID-Regelung ist obligatorisch ebenso eine mehrsprachige Bedieneroberfläche in verschiedenen Sprachen.

Vorteile bei der volumetrischen Dosierung

Dass auch die volumetrischen Dosiergeräte nach wie vor ihre Daseinsberechtigung haben, beweist ein junges Unternehmen (Gründung 1994) aus der Nähe von Lörrach. Zur Messung von großen Schüttgutmengen nach mechanischen Förderorganen wie Förderschnecken, Luftförderrinnen, Elevatoren oder anderen Austragsorganen sollen sich nämlich die MaxxFlow HTC-Geräte des Unternehmens SWR engineering Messtechnik im badischen Schliengen besonders gut eignen. Der MaxxFlow HTC wurde nach Firmenangaben speziell zur Mengenmessung von Schüttgütern bei großen Durchsatzleistungen entwickelt. Aufgrund seines komplett offenen Querschnitts und seiner geringen Einbauhöhe soll sich der MaxxFlow HTC speziell dort eignen, wo bisher nur aufwändige mechanische Lösungen wie beispielsweise Prallplatten oder Messschurren möglich waren. Der Einbau des MaxxFlow HTC soll unabhängig von der Leitungsführung (senkrecht/geneigt) erfolgen, jedoch immer nach mechanischen Förderorganen wie Zellenradschleusen oder Förderschnecken.

Beispiel eines volumetrischen Dosiergerts: die Zellenradschleuse.Foto: Foto: SWR engineering Messtechnik, Schliengen
Weiteres Beispiel eines volumetrischen Dosiergerts:der Schneckenfrderer.Foto: Foto: SWR engineering Messtechnik, Schliengen

Beim MaxxFlow HTC fällt oder rutscht das zu messende Material nach dem Förderorgan durch eine Einlaufstrecke und durchläuft dann die Sensorstrecke. Während des Durchlaufs erfasst das Gerät die Materialdichte sowie die Geschwindigkeit. Da das Material nach dem Auslauf des Förderorgans aus einer konstanten Höhe fällt, ist die Geschwindigkeit des Produktstroms beschleunigt, hat aber an der Einbauposition des Sensors einen nahezu konstanten Wert. Aufgrund dieser Konstanz muss die Geschwindigkeitsmessung nicht bei jedem Anwendungsfall aktiviert werden, sondern kann als Konstante in Abhängigkeit der Fallhöhe berechnet werden, was Kosten spart. Durch die Einkopplung eines hochfrequenten, elektromagnetischen Wechselfeldes wird im Messrohr ein homogenes Messfeld erzeugt. Der Messbereich (Innenrohr des Sensors) besteht aus einer verschleißfesten Aluminiumoxid-Keramik. Schüttgut, welches sich innerhalb des Messfeldes befindet, dämpft die Amplitude des Wechselfeldes. Dies führt zu einem Messsignal proportional zur Konzentration des Schüttguts im Sensor in Kilogramm pro Kubikmeter. Falls die Materialgeschwindigkeit variiert, beispielsweise aufgrund einer sich ändernden Anfangsgeschwindigkeit, so kann diese mitgemessen werden. Dies geschieht durch eine Laufzeitmessung mit Hilfe zweier Elektroden, die sich hinter dem Keramikinnenrohr befinden.

Der Messsystem steht in den Größen DN100, DN150 und DN200 zur Verfügung. Auf Wunsch können auch die Komponenten Einlaufstrecke (zwischen Förderorgan und Sensor) sowie Absperrschieber (zur Kalibrierung) ausgelegt und mitgeliefert werden. Die Auswerteeinheit wird mittels einem abgeschirmten, vieradrigen Kabel am Messaufnehmer angeschlossen. Die maximale Entfernung zwischen Messaufnehmer und Auswerteeinheit beträgt 300 Meter. Die Betriebsumgebungstemperatur des Sensorrohres darf zwischen -20 und +120 Grad Celsius liegen. Für die Sensorelektronik selbst gelten die Werte 0 bis +60 Grad Celsius.

Beim Portlandzementwerk in Solnhofen wird der Volumenstrom vom sogenannten Rohmehl im freien Fall, rund 1,8 Meter nach der Mühle, gemessen. Es gelangt ein Messaufnehmer in der Größe DN200 zum Einsatz. Die geförderten Mengen liegen zwischen 70 bis 130 Tonnen pro Stunde. Die geringen Anschaffungskosten, die einfache Nachrüstbarkeit sowie die Wartungsfreiheit führten zum Austausch des bisherigen Prallplattenmessgerätes. Da keine Einbauten im Förderstrom vorhanden sind, kann auch kein Material anbacken, was einen weiteren Kundennutzen darstellt. Gravimetrische Dosiergeräte verdrängen häufig die volumetrischen, allerdings gibt es viele Einsatzfälle, wo die Mengen- (Volumen-) Messgeräte durchaus ihre Vorteile haben. Es kommt eben immer auf den speziellen Einsatzfall an. (Robert Ruthenberg - rpr)

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Messen bis ins Millionstel

Volumetrische Dosierverfahren erfüllen häufig ihren Zweck. Besonders präzise sind sie in der Regel nicht. Wer sehr genau mischen will, kommt um den Einsatz von gravimetrischen Dosiergeräten nicht vorbei. Moderne Wäge- und Dosiertechnik eignet sich zudem für "Industrie 4.0" und für Managementsysteme zur besseren Entscheidungsfindung.

Siemens Dosier- und Förderbandwaagen gibt es in den unterschiedlichsten Größen und Leistungsklassen.

Dosier- und Mischtechnik

Dosieren und Wiegen 4.0

Wer sehr genau mischen will, kommt um den Einsatz von gravimetrischen Dosiergeräten nicht vorbei. Moderne Wäge- und Dosiertechnik eignet sich zudem für "Industrie 4.0".

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Wiegen am Band

Mithilfe von Bandwaagen lassen sich Verladevorgänge sicher und problemlos steuern. In Verbindung mit passender Software lassen sie sich auch zur Dosierung und Rezeptherstellung einsetzen. Wöhwa Waagenbau hat auf der bauma eine neue Generation von Dosierbändern vorgestellt.

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Siebanalyse im Sekundentakt

Die Kornverteilung des Fördergutes in Steine-Erden-Betrieben ist in der Regel eine große Unbekannte, der man nur durch Stichproben im Labor ein vages Gesicht geben kann. Abhilfe schafft der von der TU Clausthal entwickelte „Online Grain Size Analyzer“ (akustischer Korngrößenanalysator).