1. Definition eines Verlust-in-Gewicht-Dosierers

Was ist ein Verlust-in-Gewicht-Dosierer?

Verlust-in-Gewicht-Dosierer (LIWF) sind Dosiergeräte, die in der Lage sind, ihre Gewichtsänderung über die Zeit zu messen und zu regeln. Der Dosierer besteht aus einem Bunker (Trichter) und einem Dosierinstrument, das eine Einfachschnecke, eine Doppelschnecke, ein Schwingförderrohr oder ein Förderband bei den gängigsten Modellen sein kann. Ein solches System wird eingesetzt, um eine präzise Menge an Feststoffen zu wiegen – entweder chargenweise bei einfacheren Modellen oder durch kontinuierliche Zufuhr bei komplexeren Systemen.

Abbildung 1: Typische Konstruktion eines Verlust-in-Gewicht-Dosierers

Die Chargendosierung ist unkompliziert; der Rest dieser Seite konzentriert sich daher stärker auf die kontinuierliche Dosierung, insbesondere für eine kontinuierliche Trockenmischung.

2. Steuerung der Dosierung

Wie funktioniert ein Verlust-in-Gewicht-Dosierer?

Die Steuerung eines Verlust-in-Gewicht-Dosierers erfolgt über eine Rückkopplungsschleife vom Signal der Wägezellen zur Drehzahl des Motors. Das Signal der Wägezellen wird in sehr kurzen Zeitintervallen abgetastet, um die Austragsrate des Produkts zu berechnen. Ist der Durchsatz niedriger als erwartet, wird die Dosiergeschwindigkeit (z. B. eines Schneckenförderers) erhöht. Ist er zu hoch, wird die Dosierkapazität reduziert.

Abbildung 2: Steuerungsphilosophie eines Verlust-in-Gewicht-Dosierers

Um die Genauigkeit des Dosierers zu erhöhen und Fehlregelungen zu vermeiden, wird das Signal der Wägezellen gefiltert, sodass kleine Störungen, die nicht tatsächlich einer Gewichtsänderung entsprechen, aus dem Signal entfernt werden. Solche Störungen können Vibrationen durch Personen in der Nähe des Dosierers, Berührungen, Luftzug sein und sollten kurz und von geringer Intensität sein.

Der Filter sollte so programmiert sein, dass er auch starke Störungen erkennt und entsprechend reagiert. Kann der Dosierer keine genaue Gewichtsabnahme mehr berechnen, schaltet er automatisch auf volumetrische Dosierung umund fixiert die Geschwindigkeit des Dosierwerkzeugs. Diese Maßnahme ist eine Näherung und nur akzeptabel, wenn der Dosierer nur kurz im volumetrischen Modus bleibt – etwa während des Nachfüllens des LIWF-Bunkers: Dabei wird dem Dosierer Material zugeführt, sodass er die Gewichtsabnahme nicht mehr berechnen kann und die Geschwindigkeit auf den letzten gültigen Wert fixieren muss. Das Nachfüllen sollte so kurz wie möglich sein, um Dosier abweichungen zu vermeiden.

Es ist entscheidend, dass alle Anschlüsse – etwa elektrische Kabel oder pneumatische Schläuche – hochflexibel sind und keine Kraft auf den LIWF ausüben, da dies die Messung der Wägezellen verfälschen und somit die Dosierung beeinträchtigen könnte.

3. Auslegung eines Verlust-in-Gewicht-Dosierers

Wie legt man einen Verlust-in-Gewicht-Dosierer aus?

Bei der Auswahl eines LIWF sind zahlreiche Auslegungskriterien zu berücksichtigen. Nachfolgend eine Liste der gängigsten Kriterien:

3.1 Dosierrate – Durchsatz

Das offensichtlichste Kriterium: Der LIWF muss so ausgelegt sein, dass er ausreichend Material für den kontinuierlichen Mischprozessliefert. Dies wird durch die richtige Dimensionierung des Dosiergeräts in Abhängigkeit von der Schüttdichte der zu dosierenden Materialien erreicht. Bei Schneckenförderern sind dies typischerweise der Schneckendurchmesser und das Schneckenprofil (insbesondere bei Doppelschnecken-Dosierern). Zudem ist zu beachten, dass der Prozess nicht immer mit derselben Kapazität betrieben wird; daher sollten Mindest-, Maximal- und Nenn-Dosierraten festgelegt werden.

3.2 Dosiergenauigkeit

Der LIWF muss nicht nur den richtigen Durchsatz liefern, sondern auch über die Zeit konstant dosieren. Die durchschnittliche Dosierrate sollte nah am Sollwert liegen, und die Schwankungen sollten minimal sein.

Mathematisch wird dies durch die **relative Sollwertabweichung (RSP)** und die **relative Standardabweichung (RSD, oder CV% in Prozent)** dargestellt. Diese Werte werden stets in % angegeben.

Gleichung 1: RSP und RSD für Dosierer

3.3 Bunkerkapazität und Nachfüllung

LIWF sind mit einem Bunker ausgestattet, dessen Größe an die Materialdichte und Dosierrate angepasst sein muss. Wie oben erläutert, stört das Nachfüllen des Bunkers die LIWF-Funktion und verringert die Genauigkeit durch den notwendigen Wechsel zur volumetrischen Dosierung. Der Bunker muss daher groß genug sein, um die Häufigkeit der Nachfüllungen pro Stunde zu reduzieren. Allerdings sollte er auch nicht zu groß sein, da eine lange Nachfüllzeit ebenfalls negative Auswirkungen auf die Dosiergenauigkeit hat. Es muss daher ein Kompromiss zwischen seltener/häufiger und kurzer/langer Nachfüllung gefunden werden. Hersteller beziehen sich in der Regel auf folgende Auslegungskriterien:

• Max. 30 Nachfüllungen/h
• Max. 30 s/Nachfüllung
• Mind. 80–85 % der Zeit im gravimetrischen Dosiermodus

Der Nachfüllvorgang muss zudem für eine schnelle und präzise Befüllung in weniger als 30 s ausgelegt sein. Die Nachfüllung sollte nicht erfolgen, wenn der Bunker fast leer ist, da das eintreffende Produkt sonst einen Peak in der Dosierung erzeugen könnte. Zudem sollte nach der Befüllung noch ein Freiraum im Bunker verbleiben, um zu vermeiden, dass überlaufendes Pulver die Wägezellen -Messung verfälscht. Im Allgemeinen sollte die Nachfüllung zwischen 50 und 80 % des Bunkervolumens erfolgen.

3.4 Materialfluss

Ein guter Fließverhalten im Bunker des LIWF ist entscheidend für eine präzise Dosierung. Neigt das Material zum Brückenbilden oder zur Rattenlochbildung, ist die Materialzufuhr zum Dosierwerkzeug ungleichmäßig, was zu starken Schwankungen der Dosierrate führt.

Das Fließverhalten muss vorab untersucht werden, damit die Bunkerauslegung und ggf. notwendige Austragshilfen in den Dosierer integriert werden können. Folgende Austragshilfen kommen infrage:

Tabelle 1: Liste gängiger Fließhilfen für Verlust-in-Gewicht-Dosierer