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Dosiersysteme im Griff – Volumen, Zeit oder Gewicht?

Dosiersysteme im Griff – Volumen, Zeit oder Gewicht? Die Wahl des richtigen Prinzips entscheidet über Qualität, Ausschuss, Taktzeit und Betriebskosten. Dieser Leitfaden zeigt Funktionsprinzip, Auslegungskriterien, typische Fehlerbilder und praxistaugliche Instandhaltung – mit klarem Fokus auf Anlagenbetrieb. ⚙️📏

Funktionsprinzip

  • Zeitgesteuerte Dosierung
    Das Stellglied (Ventil, Pumpe) öffnet für eine definierte Zeit. Die tatsächlich dosierte Menge ergibt sich aus dem momentanen Durchfluss. Vorteil: sehr einfach, geringe Investition. Nachteil: stark abhängig von Druck, Temperatur, Viskosität oder Füllstand; driftanfällig.

  • Volumetrische Dosierung
    Die Menge wird über das Volumen erfasst, zum Beispiel mit Verdrängerpumpe (Hubvolumen pro Hub), Durchflussmessgerät (magnetisch-induktiv, Turbine) oder volumetrischem Schüttgutdosierer (Schnecke, Zellenrad). Vorteil: gut für konstante Medien und stabile Betriebsbedingungen. Nachteil: Dichte- und Kompressibilitätseinflüsse; bei Schüttgut Einfluss der Schüttdichte.

  • Gravimetrische Dosierung (Gewicht)
    Messgröße ist die Masse: entweder diskontinuierlich über Waage (Nettowaagen, Bruttowaagen) oder kontinuierlich über Bandwaage bzw. Differenzialdosierer (Loss-in-Weight). Vorteil: unabhängig von Dichte und Viskosität, hohe Genauigkeit. Nachteil: mechanisch aufwendiger, sensibel gegenüber Vibrationen und Zugkräften. ⚖️

Kerndaten und Auswahlkriterien

  • Genauigkeit (typische Praxiswerte bei sauberer Auslegung)
  • Zeitgesteuert: etwa 2–10 Prozent Abweichung, stark medien- und zustandsabhängig.
  • Volumetrisch, Flüssigkeiten: etwa 0,3–1,5 Prozent (abhängig von Messverfahren, z.B. magnetisch-induktiv vs. Verdränger).
  • Volumetrisch, Schüttgut: etwa 1–5 Prozent (abhängig von Fließverhalten und Entlüftung).

  • Gravimetrisch: etwa 0,1–1 Prozent (Loss-in-Weight, Bandwaage, gravimetrische Füller).

  • Medium und Prozess

  • Flüssigkeiten: saubere, leitfähige Medien eignen sich für magnetisch-induktive Durchflussmessung; hochviskose Medien für Verdrängerpumpen; Gaseinschlüsse bevorzugen Massendurchfluss (Coriolis).

  • Schüttgüter: kohäsiv oder neigend zu Brückenbildung benötigen Austragshilfen; stark schwankende Schüttdichte spricht für gravimetrisch.

  • Dynamik und Takt

  • Kurze Taktzeiten: grob/fein-Zweipunktregelung oder kombiniertes Stellglied (Schnellschlussventil plus Drossel).

  • Kontinuierliche Dosierung: Drehzahlregelung, Differenzialdosierer, Bandwaage mit geschlossener Regelung.

  • Betriebsumfeld

  • Hygiene: Clean-in-Place (CIP)-fähige Sensoren/Aktoren, totraumfrei (Lebensmittel, Pharma).
  • Umgebungslasten: Vibration, Zugkräfte, Temperaturgradienten – besonders kritisch für Wägesysteme.
  • Einbau: gerade Einlaufstrecken für Volumensensoren, mechanische Entkopplung für Waagen, entlüftete Leitungen für Flüssigkeiten. 💧

Betrieb und typische Fehlerbilder

  • Zeitgesteuert
  • Schwankender Zulaufdruck, Viskosität, Füllstand → Mengendrift.
  • Ventilverschleiß, Verzögerungen beim Öffnen/Schließen → Über- oder Unterschwinger.

  • Gegenmaßnahmen: periodische Nachkalibrierung gegen Referenzmasse, Pufferbehälter mit konstantem Druckniveau, grob/fein-Takt.

  • Volumetrisch

  • Flüssigkeiten: Blasenbildung, Kavitation, elektromagnetische Einflüsse → Fehlmessung; Beschichtungen am Sensor → Nullpunktdrift.
  • Schüttgut: Brückenbildung, Rattenbildung, Verstopfung; variierende Schüttdichte → Mengenschwankung.

  • Gegenmaßnahmen: Entlüfter, Pulsationsdämpfer, Einlaufstrecken; Austragshilfen (Rüttler, Fluidisierung), am besten gravimetrische Nachführung.

  • Gravimetrisch

  • Vibrationen, Seitenkräfte, Reibschläuche, verklemmte Kabel → Wägedrift.
  • Nachfüllphasen bei Loss-in-Weight → Messunterbrechung bzw. Störung der Regelung.

  • Gegenmaßnahmen: elastische Entkopplung, Zugentlastungen, Windschutz; Pufferstrategie für Nachfüllung, adaptive Filter; regelmäßige Null- und Ecklastprüfung.

  • Regelungstechnik

  • Proportional-Integral-Derivative (PID) mit Durchflussbegrenzung, Feedforward (Drehzahlvorgabe aus Kalibrierfaktor), Coarse/Fine-Umschaltung.
  • Toter Raum, Kompressibilität und Verzögerungen früh erfassen und in der Parametrierung berücksichtigen.

Instandhaltung und Kalibrierung

  • Allgemein
  • Sichtprüfung auf Beläge, Leckagen, lose Befestigungen; Stellglied-Laufzeiten prüfen.

  • Referenzmessungen mit Prüfmassen bzw. Messkolben; Kalibrierfaktoren dokumentieren und rückführbar verwalten.

  • Volumetrik

  • Verdrängerpumpen: Verschleiß an Dichtungen und Rotoren prüfen, Schlupf kompensieren.
  • Durchflussmessgeräte: K-Faktor-Verifikation, Nullpunkteinrichtung; bei magnetisch-induktiv Elektroden reinigen.

  • Ein- und Auslaufbedingungen sichern (keine unnötigen Armaturen, ausreichende Beruhigungsstrecken).

  • Gravimetrik

  • Lastzellen: Nullpunkt, Linearität, Ecklast; mechanische Einbausituation (Freiheitsgrade, Stopper) kontrollieren.
  • Vibrationsdämpfer und flexible Verbindungen inspizieren; Kabelabschirmung und Erdung überprüfen.

  • Loss-in-Weight: Nachfüllventile und Schieber auf Dichtheit und Reproduzierbarkeit prüfen; Nachfüllstrategie testen.

  • Schüttgut-spezifisch

  • Austragshilfen funktionsfähig halten; regelmäßige Reinigung gegen Anbackungen; Feuchtegehalt im Blick.
  • Schnecken und Zellenräder auf Verschleiß (Spaltmaß) prüfen, da es direkt den Förderstrom beeinflusst.

Praxis-Check: Welche Methode wann?

  • Grobe Mengen, kurze Takte, geringe Genauigkeitsanforderungen: Zeitgesteuert mit grob/fein-Stufe.
  • Flüssigkeiten mit stabilen Eigenschaften und mittlerer Genauigkeit: Volumetrisch (magnetisch-induktiv, Verdränger), optional mit Massedurchfluss für hohe Präzision.
  • Schüttgüter mit variierender Schüttdichte, hohe Qualitätsanforderung oder Rezepturdosierung: Gravimetrisch (Loss-in-Weight, Bandwaage).
  • Abfüllung in Verkaufseinheiten oder Qualitätsnachweis gefordert: bevorzugt gravimetrisch oder massenbasiert; bei Flüssigkeiten Coriolis-Massedurchfluss oder Nettowaagen einsetzen.

Hinweise zur Auslegung

  • Frühzeitig Testen: Produktmuster auf Prüfstand (Fließfähigkeit, Schüttdichte, Entlüftung, Viskosität).
  • Reserve einplanen: Regelbereich des Dosierorgans sinnvoll wählen (arbeite im mittleren Stellbereich).
  • Mechanik vor Elektronik: saubere, entkoppelte Einbausituation bringt oft mehr als aufwendige Filterung.
  • Daten nutzen: Messwertqualität (Signal-Rausch-Verhältnis), Anzahl der Nachkalibrierungen und Temperaturtrends als Kennzahlen zur Zustandsüberwachung einsetzen. 📊

Quellen
– OIML R 61: Automatic gravimetric filling instruments (2017), oiml.org
– Coperion K-Tron: Precision Feeding of Dry Bulk Solids – Application Guide (2016), coperion.com
– Endress+Hauser: Coriolis-Durchflussmessung – Grundlagen und Anwendungen (2022), endress.com
– Siemens: Weighfeeders – Application Handbook (2020), siemens.com

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