Chargendosierungs- und Wägesysteme

Es gibt prinzipiell zwei Methoden zum Dosieren und Verwiegen von Schüttgütern

loss-in-weight and gain-in-weight batching methods illustratedDie Fertigung eines gemischten Produkts umfasst üblicherweise die Zwischenschritte Transfer und Verwiegung oder Chargendosierung der einzelnen Zutaten je nach ihrem Sollgewichtsanteil in der Mischung. Abhängig von diesem Prozentsatz werden Materialien entweder als Hauptbestandteile, Nebenbestandteile oder Mikrokomponenten klassifiziert.

Eine Gain-in-Weight (GIW) Chargendosierungsstation umfasst volumetrische Messgeräte, wie beispielsweise Schneckendosierer oder Ventile, die das Produkt in einen auf Wägezellen montierten Behälter austragen. Ein Differential-Chargendosiersystem umfasst gravimetrische Dosiergeräte, wie Differential-Dosierwaagen oder Vibrationsdosierer, die auf eigenen Wägezellen oder anderen Wägesystemen montiert sind. Wenn kleine Mengen an Mikrokomponenten benötigt werden, können beide Methoden benutzt werden: die Differentialdosierung für die nur in Spuren eingesetzten Zutaten und Nebenzutaten sowie die GIW-Dosierung für die Hauptzutaten.

Gain-in-Weight-Chargendosierung

Volumetrische Dosierer werden oft für Gain-in-Weight-Anwendungen zur kontrollierten Chargenausgabe und zum Verwiegen von Schüttgütern eingesetzt. Die Charge kann direkt in IBC-Container, in Fässer oder Behälter ausgetragen werden. Chargenzutaten können auch direkt in Chargenmischer ausgegeben werden. Wenn sich unter den Zutaten Gefahrgüter befinden, benötigen Anwender ein Chargengerät, in dem Zutaten einfach beherrscht werden können, um jeglichen Kontakt mit dem Bediener oder der Umwelt zu vermeiden.

Bei der GIW-Chargendosierung übergeben volumetrische Dosiervorrichtungen nacheinander die einzelnen Zutaten an einen auf Wägezellen montierten Sammelbehälter. Jeder Dosierer dosiert etwa 90 % des Zutatengewichts bei hoher Dosierleistung und drosselt die Leistung gegen Ende des Vorgangs. Die letzten 10 % der Zutat werden mit reduzierter Leistung dosiert (oft „Feinstrommodus“ genannt), um höhere Genauigkeit sicherzustellen.

Der GIW-Regler überwacht kontinuierlich das Gewicht der einzelnen Zutaten und gibt für jeden volumetrischen Dosierer die entsprechenden Signale für Start bzw. Stopp sowie Beschleunigung bzw. Verlangsamung aus. Sobald alle Zutaten zugegeben wurden, ist die Charge vollständig und die Mischung wird an den nächsten Prozess übergeben.

Funktionsprinzip der Differential-Chargendosierung (LIW)

Differential-Chargendosierung wird eingesetzt, wenn einzelne Zutaten genauer gewogen werden oder die Chargenzeiten sehr kurz sein müssen. Im Chargenmodus betriebene, gravimetrische Dosierer übergeben die einzelnen Zutaten zeitgleich an einen Sammelbehälter. Die Dosierleistung (An/Aus, Schnell/Langsam) wird über die Differential-Dosierer-Steuerung eingestellt. Da jeder Dosierer sein eigenes Wägesystem hat, liefert das Differential-Chargendosiersystem hochgenaue Chargen jeder einzelnen Zutat.

Sobald alle Zutaten zugegeben wurden, ist die Charge vollständig und die Mischung wird an den nächsten Prozess übergeben. Da alle Zutaten simultan dosiert werden, findet keine Schichtenbildung statt, und die insgesamte Chargenzeit und die Weiterverarbeitungszeit werden erheblich reduziert.

Diese Chargenmethode empfiehlt sich bei Prozessen mit Zutaten in geringsten Mengen, da das Rezept oft hochgenaue Wägung verlangt, und zur Kostenkontrolle teurer Zutaten.

Gain-in-Weight (GIW) verglichen mit Differential-Dosierung (LIW)

Chargengrösse, Materialanzahl und -Eigenschaften sowie Genauigkeitsanforderungen sind alle Faktoren in der Entscheidung zwischen Differential-Chargendosierung und Gain-in-Weight-Chargendosierung. Gain-in-Weight-Chargendosierung erreicht üblicherweise Genauigkeiten von +/- 0,5 % der maximalen Wägekapazität. Differential-Chargendosierung erreicht +/- 0,1–0,5 % des Chargen-Sollwerts (siehe Tabelle).

Vergleichstabelle: Differential-Chargendosierung verglichen mit Gain-in-Weight-Chargendosierung
Anforderungen Differential- Chargendosierung (LIW) Gain-in-Weight-Chargendosierung (GIW)
GENAUIGKEIT 0,1–0,5 % des Chargen-Sollwerts 0,5 % oder mehr der maximalen Wägekapazität
Chargendosierung einer Zutat Bestgeeignet Gut – abhängig von Chargengrösse gegenüber der maximalen Wägekapazität; extrem abhängig von Behältergrösse gegenüber Gewichtsanteil der Zutat
Chargendosierung mehrerer Zutaten Bestgeeignet – schnellste Art, mehrere Zutaten gleichzeitig zu dosieren Gut – nur eine Zutat gleichzeitig
Kosten Mittel – jeder Dosierer auf eigener Wägezelle/Waage Niedriger – volumetrische Dosierer mit einem Satz Wägezellen/ einer Waage für den Sammelbehälter
Containment-Systeme für Gefahrgüter Verfügbar Verfügbar

Die Gain-in-Weight-Chargendosierung kann nur eine Zutat auf einmal dosieren und benötigt daher mehr Zeit als eine Differential-Dosierwaage. Durch die sequentielle Dosierung werden die Zutaten zudem geschichtet, was zusätzliches Mischen vor der Weiterverarbeitung notwendig machen kann.

Werden mehrere Produkte (Hauptbestandsteile, geringe und geringste Mengen) in grössere IBC-Container dosiert, empfiehlt sich eine Kombination aus volumetrischen Dosierern und Differential-Dosierwaagen. Die volumetrischen Dosierer dosieren die Hauptbestandteile direkt in den IBC-Container, der auf einer Plattformwaage steht. Die Differential-Dosierwaagen sind jeweils auf eigenen Wägesystemen (Wägezellen oder Waagen) montiert und dosieren simultan die anteilsmässig geringeren Zutaten.

Die Waage, auf welcher der Behälter steht, verifiziert daraufhin das insgesamte Chargengewicht. Mit dieser Kombination aus Differential-Dosierwaagen und Gain-in-Weight-Technologie entfällt die Notwendigkeit, jede Zutat einzeln zu dosieren, wodurch die insgesamte Dosierungszeit verringert wird.

Die meisten Plattformwaagen haben allerdings ungenügende Auflösung und Ansprechzeiten, um kleinere Mengen einer dosierten Zutat in Relation zum höheren Gesamtgewichts des IBC-Containers oder Prozessbehälters festzustellen. Liegen die Genauigkeitsanforderungen für geringdosierte Zutaten in der Grössenordnung um 0,5 %, werden üblicherweise Differential-Dosierwaagen mit Dosierern benutzt, die auf digitalen Wägezellen mit geringen Ansprechzeiten und Auflösungen von 1 : 4.000.000 montiert sind. Ein Differential-Chargenregelsystem überwacht Gewichtsverlust aus dem Trichter und regelt die Start/Stopp-Funktionen der Dosierer, um den Chargensollwert zu erfüllen.