Mikrowägungen zusammengesetzter Zutaten

Mikrowägungen von Mischungsbestandteilen Das erste ferngesteuerte, automatische Wägesystem, das für die Gummimischung installiert wurde, fand um 1955 statt, wobei die Wägeausrüstung aus mechanischen Skalenhebeln bestand, die mit Messuhren verbunden waren, mit Potentiometerbaugruppen, die auf den Skalenspindeln montiert waren, und einer einfachen Wheatstone-Brückenschaltung, die Elektro aktiviert mechanische Relais zur Steuerung der Materialzufuhr. Dieses erste System und mehrere nachfolgende umfassten die Automatisierung des Zuführens und Wiegens von Ruß und Ölen, wobei die Polymervorräte manuell auf ein Förderband geladen wurden, das auf einer mechanischen/Zifferblattwaage montiert war. Die Steuerung für die Abfolge der Wäge- und Mischbeschickungszyklen wurde durch einen motorbetriebenen Zylinder mit einstellbaren Schleifkontakten zur Steuerung der variablen Parameter des Systems bewerkstelligt.

Anfänglich wurde kein Versuch unternommen, die Mikrozutaten zu automatisieren. Dieser Artikel behandelt die Probleme, die bei den vielen Versuchen im Bereich der Automatisierung von Mikrozutaten aufgetreten sind (die als Lernerfahrungen betrachtet werden müssen), und schließt mit einer Beschreibung der neuesten verfügbaren Geräte, die die optimale Lösung für diese Probleme bieten. Definition von Begriffen Immer wenn es um automatisches Wägen geht, werden Begriffe verwendet, die verwirrend werden können, wenn sie nicht definiert werden.

* Genauigkeit. Für diese Darstellung bedeutet Genauigkeit die tatsächliche Menge an Material, die in den Prozess eingebracht wird. Da die Integrität der gesamten Charge von der tatsächlichen Menge jeder Zutat in der Charge abhängt, müssen alle anderen Variablen in einem Wägesystem reguliert oder kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Menge so nahe wie möglich an der im Labor formulierten Menge liegt.

* Auflösung. Dieser Begriff wird in Bezug auf das Gewichtssensor-/Wandlerelement im System verwendet und definiert das kleinste nutzbare Inkrement, das ein Gewichtssignal erzeugen kann, um es für die Anzeige und Steuerung zu verwenden. * Wiederholbar keit.

Es ist eine Sache, ein automatisiertes System bereitstellen zu können, das den Genauigkeitsfaktor zeitweise unter Kontrolle bringt, aber ein erfolgreiches System ist nur akzeptabel, wenn die Genauigkeit fast immer vorhanden ist. Die Fähigkeit eines Systems, Genauigkeitsziele konsistent zu treffen, wird als Wiederholbarkeit bezeichnet. * Netto wiegen.

Dies wird beim Chargenwiegen verwendet, wenn ein oder mehr als ein Material in einen Trichter eingefüllt wird, der auf einer Lastsensor/Wandler-Baugruppe montiert ist, mit automatischer Neunullung des Systems zwischen einzelnen Materialwägungen. Diese Technik steht im Gegensatz zu Gewichtsverlust oder Gewicht durch Subtraktion, was später ausführlicher beschrieben wird. Ursprüngliche Versuche zur Automatisierung von Mikrozutaten Da mehrere Arten von Ruß durch Schneckendosierer zugeführt und erfolgreich automatisch in einem gemeinsamen Wägebehälter gewogen wurden, der über einen Auslauf an der Rückseite eines Mischers angeschlossen war, verwendeten die ursprünglichen Versuche zum Wiegen von Mikrozutaten eine kleinere Version von das gleiche Konzept.

Der einzige Unterschied bestand darin, dass das Fallrohr aufgrund physikalischer Layoutbeschränkungen in die Seite des Mischers kam. Bei der Verwendung dieser Netto-Wägetechnik wurden ziemlich schnell mehrere schwerwiegende Probleme deutlich, darunter die begrenzte Anzahl von Materialien, die gehandhabt werden konnten, die Tatsache, dass einige der Materialien wie Schwefel und Zinkoxid an den Seiten des Wägebehälters und am Fallrohr haften blieben, Die Auflösungsbegrenzung auf ein Teil: 1.000, die zu minimaler Genauigkeit führte, die Auswirkungen von Vibrationen auf die mechanischen Verkaufsgeräte sowie die Kosten, eines dieser Systeme pro Mischer zu haben, führten zu der offensichtlichen Schlussfolgerung, dass dies kein praktikabler Weg zur Automatisierung von Mikro war Zutat wiegen. Aus diesen frühen Automatisierungsversuchen begannen die Probleme in den Kategorien Genauigkeit, Materialhandhabung und Kosten in den Fokus zu rücken.

Einführung der Wägezellentechnologie Eine wesentliche Verbesserung des Instrumentierungsaspekts des Systems wurde durch die Einführung elektronischer Dehnmessstreifen-Wägezellen anstelle von mechanischen Hebeln und Zifferblättern verfügbar gemacht. Dies führte zu einem Auflösungsvermögen von einem Teil: 5.000, mit der Fähigkeit, elektronische Dämpfung und Filterung für eine bessere Vibrationskontrolle bereitzustellen. Diese neue Technologie ermöglichte einige „Quantensprünge“ im Bereich der Genauigkeit, einem der zu lösenden Problembereiche des Fokusziels.

Die Wägezellen-Instrumentierung eröffnete auch neue Möglichkeiten im Bereich der Formeleingabekontrolle durch den Einsatz von Analog-zu-Digital- und Digital-zu-Analog-Geräten. Digitale Daumenräder und Lochkarten wurden zum akzeptablen Modus für die Formelkontrolle, und die Datenaufzeichnung wurde Realität. Die beiden anderen Problembereiche der Automatisierung von Mikrozutaten, nämlich der Materialhandhabungsaspekt und die Gesamtsystemkosten, wurden jedoch durch diese Aufrüstung der Instrumentierung nicht verbessert.

Versuche zur Lösung der Probleme bei der Materialhandhabung Mit der Entwicklung von Folienmaterial mit niedrigem Schmelzindex, das zur Herstellung von Beuteln verwendet werden könnte, kam die Idee auf, dass das Einbringen der Mikrozutaten in diese Art von Beutel und das Einwerfen des gesamten Beutels in den Mischer eine Menge eliminieren würde die ursprünglich beim üblichen Wägebehälterkonzept aufgetretenen Klebeprobleme wurden zunächst versucht. Dies führte zu der Erkenntnis, dass das Füllen von Beuteln an einem zentralen Ort es einem System ermöglichen würde, mehrere Mischerlinien zu bedienen, was die Kostenrechtfertigung für ein automatisiertes System unterstützen würde. Aber damit blieb die Herausforderung, wie man die Säcke am besten füllt.

Die Herstellung von Masterbatch-Vormischungen wurde versucht, wobei die vorgemischte Charge zu einer einzigen Waage transportiert wurde, die verwendet wurde, um den Beutel durch einen einzigen Füllstutzen zu füllen. Ursprünglich wurde eine Bedienungsperson verwendet, die am Füllstutzen stand und leere Beutel platzierte und die gefüllten Beutel versiegelte. Der nächste Schritt war der Versuch, den Bediener durch ein automatisches Bag-Handling-System zu ersetzen.

Es wurde ein Typ verwendet, bei dem Beutel verwendet wurden, die durch eine Lasche verbunden und in einem Zickzackfaltmuster aus einer Schachtel gezogen wurden, und der nächste Versuch war die Verwendung eines Form-/Füll-/Versiegelungssystems, bei dem Schlauchmaterial von einer Rolle genommen, ein Beutel geformt und gefüllt mit der Vormischung und versiegelt, wodurch der Boden des nächsten Beutels gebildet wird. Aus Sicht der Beutelhandhabung funktionierten diese Maschinen sehr gut. Das alte Problem der Fördertechnik tauchte jedoch wieder auf.

Die vorgemischten Chargen kamen nicht absolut homogen aus dem Vormischer, und der Transport der Chargen vom Mischer zur Abfüllstation führte zu Entmischungen, sodass die richtigen Proportionen der Materialien nicht sichergestellt werden konnten die in die Tüten gefüttert wurden. Die Verwendung einer Nettowaage über dem Füllstutzen dieser automatischen Beutelhandhabungsmaschinen beseitigte nicht das Problem der Materialhandhabung, dass die gemischten Materialien im Wägetrichter und Beutelstutzen haften blieben. Gewichtsverlustkontrolle Etwa zeitgleich mit der Einführung von Beuteln mit niedriger Schmelztemperatur und der automatischen Beutelhandhabung wurde ein neues Wägekonzept namens Gewichtsverlust entwickelt.

Obwohl Sie wahrscheinlich mit diesem Begriff vertraut sind, bedeutet er kurz, dass ein Wägebehälter und eine Zuführungsbaugruppe auf einer Waagenplattform montiert sind, der Wägebehälter von einem oben liegenden Vorratsbehälter gefüllt wird und nach dem Austarieren (Neunullen der Gesamtlast ), läuft der Dosierer, um die erforderliche Chargenmenge auszuwiegen (oder durch Subtraktion zu wiegen). Der Hauptvorteil dieser Art der Gewichtskontrolle besteht darin, dass es keinen Wägebehälter oder eine Kontaktfläche gibt, an der Materialien nach dem Wiegen haften bleiben können, was zu einer viel besseren Wiegegenauigkeit des gehandhabten Materials führt. Das Problem, einen Füllstutzen mit einem automatischen Beutelhandhabungssystem zu haben, beseitigte jedoch nicht die bereits erwähnten Probleme der Segregation und der nicht homogenen Mischung.

Alles, was diese Lösung tat, war, eine genauere Menge unbekannter Mengen der Mischung in den Beutel zu geben. Zu diesem Zeitpunkt in der Entwicklung der Gewichtsverlustfütterung gab es noch einige Nachteile, einer davon war das sehr große Verhältnis von Totlast zu Lebendlast der Trichter- und Dosiergeräte, bezogen auf die tatsächlich zu wiegende Zutatenmenge. Dies erforderte die Entwicklung eines Verfahrens zum Ausgleichen dieser Totlast durch eine mechanische Vorrichtung, so dass eine Wägezelle mit einer Kapazität nahe dem für eine bestimmte Charge erforderlichen Höchstgewicht verwendet werden konnte.

Zu diesem Zeitpunkt waren die Wägezellentechnologie und -instrumente jedoch so weit fortgeschritten, dass Auflösungskapazitäten von 1:10.000 verfügbar waren, sodass der Technologietrend in Richtung einer besseren Genauigkeit ging. Ein weiterer Nachteil der Gewichtsverlustkontrolle war die Tatsache, dass jede Zutat einen eigenen Vorratsbehälter, eine Nachfüllvorrichtung und ein eigenes Waagensystem benötigte, was die Preisgestaltung eines Systems mit mehreren Zutaten an einen Punkt trieb, an dem es schwierig war, die Kosten zu rechtfertigen. Obwohl der Genauigkeitsfaktor in einem automatisierten System in die richtige Richtung ging, waren die Anforderungen einiger Chemikalien, die in den verfügbaren Dosierer/Waage-Kombinationen verwendet werden sollten, so hoch, dass diese Systeme immer noch nicht auf einem Niveau waren, auf dem alle Anforderungen erfüllt werden konnten Sei zufrieden.

Aufgrund der Materialhandhabungseigenschaften der meisten zu verwendenden Zutaten sind Schneckenförderer erforderlich. Herkömmliche Beschicker, die eine Antriebssteuerung mit zwei Geschwindigkeiten verwenden, liefern ein Turn-down-Verhältnis (schnelle Beschickungsrate zu langsamer Beschickungsrate) von nur ungefähr 50:1; und obwohl der Dosierer bei der Tröpfelrate langsamer lief, ändert sich der volumetrische Durchsatz nicht, was zu einer großen Materialmenge führt, die am Ende des Wiegens zu berücksichtigen ist. Zugegeben, dieser Faktor ist bei der Gewichtsverlustkontrolle nicht so kritisch wie bei der Nettoverwiegung, aber er ist immer noch ein bedeutender Faktor, wenn man die Trägheit eines Wiegesystems während der Beschickung und der Materialflussabschaltung nach Abschluss der Verwiegung berücksichtigt.

Die „Jetzt“-Generation von Messumformern und Speisern Alles, was bisher besprochen wurde, war Hintergrundinformation, die zu den heute erhältlichen Geräten geführt hat, die in der Lage sind, alle Herausforderungen zu meistern, einschließlich Genauigkeit, Materialhandhabung und Kosten, die sich bisher Komplettlösungen entzogen haben . Betrachten wir zunächst die verwendeten Wandler. Schwingdraht- oder Dehnungsmessstreifen haben immer noch Einschränkungen im Auflösungsbereich von 1:10.000 Teilen, und obwohl es einen gyrobasierten Wandler gibt, der eine viel höhere Auflösungsfähigkeit hat, ist es sehr schwierig, ihn in einer dynamischen Wägeanwendung zu implementieren.

Dies führt uns zu einem jetzt erhältlichen Wandler, der als Magnetkraftwiederherstellungstyp bezeichnet wird. Dieses Gerät beginnt an einem Nullpunkt und wenn eine Last angelegt wird, kann der Strom, der erforderlich ist, um die Wandlerspule zurück zu diesem Nullpunkt zu treiben, sehr genau gemessen werden, was zu einem Gewichtssensor mit einer nutzbaren Auflösung und Anzeigefähigkeit von 1:120.000 führt. Dieser Wandlertyp ist ab sofort verfügbar, eingebaut in eine Waagenplattform mit den Abmessungen 600 x 750 mm (23.

6" x 29,5") zum Beispiel, was groß genug für die Montage einer Trichter-/Zuführungsbaugruppe ist, was zu einer Gewichtsverlustwaage mit einer Kapazität von 240 Kilogramm (529,2 Pfund) führt, die auf die nächsten 2 Gramm genau abgelesen werden kann (.

004 Pfund oder 0,064 Unzen). Darüber hinaus ist es aufgrund des in dieser Waagenplattform enthaltenen Biegedesigns möglich, diese Waage mit bis zu 65 Kilogramm (143 Pfund) vorzuladen, um die "Totlast" der Trichter- und Zuführungsbaugruppe auszugleichen, ohne die Nutzlast zu erodieren Kapazität und Lesbarkeit wie zuvor erwähnt.

Mit dieser neuen Technologie kann das Gewichtssignal von dieser Waagenplattform einfach in ein RS232-Format umgewandelt werden, um es mit nahezu jedem Mikroprozessor- oder Mikrocomputergerät zu verbinden. Um dieses neue Niveau der Gewichtssensor/-wandler-Fähigkeit zu nutzen, ist es jedoch notwendig, eine neue Zuführungskonstruktion zu verwenden, die ein viel höheres Turn-Down-Verhältnis als die bisher verfügbaren hat. Da eine Schneckenfütterung immer noch erforderlich ist (aufgrund der Handhabungseigenschaften der zu handhabenden Zutaten), ist die Verwendung einer Antriebssteuerung mit zwei Geschwindigkeiten mit zwei Schnecken unterschiedlichen Durchmessers die Antwort.

Das Betreiben beider Schnecken mit hoher Vorschubgeschwindigkeit für den größten Teil des Vorschubzyklus und dann das Betreiben nur der Schnecke mit kleinem Durchmesser mit einer viel niedrigeren Vorschubgeschwindigkeit für den Dribbling-Vorschubzyklus führt zu einem Turn-Down-Verhältnis von annähernd 500:1, wodurch das zuvor Beschriebene eliminiert wird Vorschubprobleme als Abschaltpunkt. Empirisch wurde festgestellt, dass die Genauigkeit einer Wägung nicht mehr als plus oder minus 3 Teilungen der Auflösung beträgt, wenn die Zuführvorrichtung der richtigen Größe und des richtigen Typs auf einer richtig bemessenen Waagenplattform montiert ist. Aus dieser Eingabe ist ersichtlich, dass Genauigkeiten im Bereich bis 10 kg nicht zu erwarten sind.

(22,05 lbs.) auf plus oder minus 6 g.

(.01 lb.).

Mit der Lösung der Probleme bei der Materialhandhabung, den verfügbaren Genauigkeitsmöglichkeiten, um die heutigen Compoundieranforderungen zu erfüllen, und auf der Grundlage der Verwendung von Beuteln mit niedrigem Schmelzpunkt als beste Methode, um sicherzustellen, dass die richtige Menge des richtigen Materials in die Mischung gelangt, bleibt nur noch etwas übrig ist der beste Weg, um die Taschen zu füllen. Abbildung 1 zeigt das optimale System, das die gesamte aktuelle Technologie enthält. Obwohl nur drei Gewichtsverluststationen gezeigt sind, ist eine unbegrenzte Anzahl von Stationen möglich, da sie in einer Reihe entlang beider Seiten eines Behälterförderers angeordnet sind, der beliebig lang sein kann.

Jede Waagenplattform ist auf einem tragbaren Ständer montiert, so dass sie nach Bedarf positioniert werden können und bei Bedarf verschiedene Kapazitätseinheiten in Position gebracht werden können, wenn sich die Formeln ändern. Darüber hinaus befinden sich auf jeder Waagenplattform umgekehrte V-Schienen und unter jeder Trichter-/Zubringerbaugruppe befinden sich Räder mit V-Rillen, sodass jeder Trichter/Zubringer an jeder Waagenstation platziert werden kann. Mit dieser Anordnung kann die minimale Anzahl von Waagen verwendet werden (hier treten die Kosteneinsparungen auf) und eine große Anzahl von Trichter-/Zuführanordnungen kann an einem bequemen Ort gelagert und nach Bedarf aufgestellt werden.

Ein für ein bestimmtes Material vorgesehener Trichter/Zubringer spart auch Zeit bei der Reinigung und eliminiert die Möglichkeit einer Kontamination, wenn eine Trichter-/Zubringereinheit für mehr als ein Material verwendet wird. Unter den Auslaufstutzen der angefahrenen Zubringer befindet sich eine aus gleichmäßig beabstandeten Behältern bestehende Fördereinrichtung, in die die leeren Säcke eingelegt werden. Die Beabstandung der Gewichtsverlust-Zufuhranordnungen fällt mit den Mittellinien dieser Behälter zusammen; Der Förderer wird so gesteuert, dass er automatisch Schritt für Schritt weitergeschaltet wird.

Wenn der Indexierungszyklus abgeschlossen ist, wiegt jede Waage ihre erforderliche Menge direkt in den Beutel, wobei die Formeln im Speicher des Mikrocomputers verbleiben, der das gesamte System steuert. Da die Anzahl der Waagenplattformen der maximalen Anzahl von Zutaten entspricht, die jemals in eine Mischung gegeben wurden, und die tragbaren Trichter-/Zuführeinheiten der Gesamtzahl der jemals verwendeten Zutaten entsprechen, bietet das Bewegen dieser Baugruppen in die richtige Position unbegrenzte Flexibilität und Zutatenkombinationen. Bei dieser Art von Wägesystem für Mikrozutaten steht ein Bediener am Ende dieser Behälterbeförderungsanordnung, um leere Beutel in die vor ihm positionierten Behälter zu platzieren, und er entnimmt auch die gefüllten Beutel, wenn sie ankommen, heißversiegelt sie und stellt sie auf eine Palette oder in einen Tragebehälter, um sie an die Mischstationen zu liefern.

Obwohl in der Bezugszeichnung nicht gezeigt, ist eine Staubkontrolle in das System eingebaut, indem Staub-"Aufnahme"-Punkte an der Austragsstelle der Zuführung an jeder Wiegestation angeordnet werden. Natürlich kann mit der heutigen Digitaltechnik alles, was auf der Sackabfülllinie passiert, aufgezeichnet werden, und als weitere Sicherheitsmaßnahme kann eine robuste industrielle Näherungsschalteridentifikation bereitgestellt werden, so dass das System nicht läuft, wenn die angeforderten Materialien nicht in der Formel sind tatsächlich auf den Waagenplattformen positioniert. Als abschließende Kontrolle, ob die richtige Materialmenge in jede Mischercharge eingeführt wurde, können die gefüllten Säcke auf ein automatisches Sackindexierband an der Seite des Mischereinlauftrichters gelegt werden, und eine Waagenplattform kann am Austrag angebracht werden Ende dieses Förderers, um das Sackgewicht zu erfassen und zu kontrollieren, kurz bevor es in den Mischtrichter entleert wird.

Diese Art der indexierenden Fördereranordnung eliminiert die Notwendigkeit, dass ein Bediener zum genauen Zeitpunkt im Mischerzyklus am Mischer sein muss, und die Mischersteuerung kann den Beutelförderer an mehreren Punkten im Zyklus indexieren, falls dies für anspruchsvolle Mischungen erforderlich ist. Schlussfolgerung Heute ermöglicht die richtige Anwendung der aktuellen Materialhandhabungs-, Gewichtserfassungs- und Beutelhandhabungstechniken, die anspruchsvollen Anforderungen des Wägens von Mikrobestandteilen für die Kautschukmischung zu erfüllen.