Intelligente Dosierungssysteme So geht automatisierte Dosierung von Klein- und Kleinstkomponenten

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AZO GmbH + Co. KG

Dinnissen B.V.

Nach wie vor werden kleine Mengen in Prozessen manuell dosiert. Dies birgt jedoch auch ein Risiko für ungenaue Mengen und Fehler. Dabei gibt es inzwischen auch für Kleinkomponenten intelligente Systeme, die sich nahtlos in bestehende Anlagen integrieren lassen.

Wie lassen sich automatisch 50 Rohstoffe lagern, umwandeln, dosieren, wiegen und dem weiteren Prozess zur Verfügung stellen? Azo antwortet auf solche Herausforderungen mit einer breiten Produktpalette, aus der die jeweils passende Lösung gewählt werden kann. Dabei hält sich quer durch alle Branchen ein Trend: Die automatisierte Dosierung von Klein- und Kleinstkomponenten nimmt zu, die Rezepte werden aufwändiger und die Zahl der Gebinde vielfältiger. Dabei geht es längst nicht mehr nur um die perfekte Dosis, sondern es kommt auch auf die genaue Dokumentation und Rückverfolgung der Rohstoffe an.

Die Förderung und Dosierung erfolgt meist aus den Silos über eine Kombination aus groß dimensionierten Förderschnecken und kleinen Dosierschnecken, welche die Feindosierung in die Behälterwaage übernehmen. Wenn es darum geht, große Leistung im Grobstrom und höchste Dosiergenauigkeit im Feinstrom zu erreichen, bietet sich beispielsweise die Dosierschnecke DFS NE an. Das Schüttgut gelangt über den Produkteinlauf ins Schneckengehäuse, wo es von der Schneckenwelle aufgenommen und zum Schneckenauslauf transportiert wird. Bei Dosier- und Wiegeprozessen wird der Antrieb frequenzgeregelt ausgestattet, d.h., die Drehzahl wird verringert und dadurch wird ein exakter Feinstrom erreicht. Um ein Nachrieseln am Schneckenauslauf zu verhindern, wird mit Erreichen des Sollgewichtes der Schneckenauslauf durch ein pneumatisch betätigtes Absperrorgan geschlossen.

Wenn es darum geht, verschiedene Produktionslinien aus ein- und demselben Silo exakt zu beschicken, ist jedoch eher die Dosierschnecke DFS DE geeigneter. Hier gelangt das Schüttgut über den Produkteinlauf der ersten Dosierschnecke in die zweite Dosierschnecke. Durch Ansteuerung der Dosierschnecke dreht sich diese, entnimmt das Schüttgut und fördert dieses gleichmäßig zum Schneckenauslauf. Mit Erreichen des Sollgewichts wird auch hier der Schneckenauslauf durch ein druckluftbetätigtes Absperr­organ geschlossen.

Vom Dosiergerät zum Regelsystem

Zum kontinuierlichen Dosieren von pulverförmigen Produkten, selbst von schlechtfließenden Produkten hat sich Azodos bewährt. Auch hier stehen dem Betreiber mehrere Varianten zur Verfügung.

Das Dosiersystem Azodos wird in Kombination mit einer hochauflösenden Waage und der Wiegesoftware Azocont zur voll funktionsfähigen Differentialdosierwaage. Diese regelt die Schneckendrehzahl in Abhängigkeit der jeweiligen Schüttguteigenschaften und sorgt für einen kontinuierlichen Massestrom. Hierbei spielt das integrierte Rührwerk, welches als Austraghilfe fungiert, eine wichtige Rolle. Auch schlecht fließende Schüttgüter werden damit beherrscht. Die Kombination mehrerer Differentialdosierwaagen – in der Regel auch in unterschiedlichen Baugrößen – , die mit unterschiedlichen Produkten bestückt sind, ermöglicht einen kontinuierlichen rezeptgetreuen Betrieb.

Bisher erfolgt die Einwaage von Klein- und Kleinstkomponenten überwiegend manuell. Dies birgt Risiken und Fehlerquellen. Diese steigen mit der Anzahl der Komponenten und der Chargen, sowie mit den geforderten Wiege- und Dosiergenauigkeiten. Das wirkt sich insgesamt negativ auf die Produktsicherheit und -qualität aus. Durch die manuellen Tätigkeiten wird unter Umständen viel Personal benötigt, welches eine hohe Konzentration bei der Einwaage aufbringen muss und teilweise einer relativ hohen Staubbelastung ausgesetzt ist. Strikte Trennung der Chargen und auch der einzelnen Rohstoffen zueinander erfordert ein hohes Maß an Engineeringkompetenz.

Automatische Einwaage von Klein- und Kleinstkomponenten

Zur Lösung erweiterte Azo sein breites Portfolio im Bereich Klein- und Kleinstmengen-Automation um den Azo Componenter Step. Das System ermöglicht das automatische, grammgenaue Wiegen von Klein- und Kleinstkomponenten, wie Geschmacksstoffe, Emulgatoren, Pigmente, Farbstoffe und andere Zutaten. Es verbessert die Produktsicherheit bei gleichzeitiger Erhöhung der Effizienz in der Produktion durch eine Minimierung der manuellen Arbeitsschritte. Durch das vollautomatische Befüllen und Transportieren innerhalb der Anlage werden hohe Durchsätze bei gleichzeitig hohen Genauigkeiten erreicht. Tracking und Tracing aller eingesetzten Rohstoffe garantieren höchste Produktsicherheit. Alle Prozessschritte und Wiegeergebnisse sind reproduzierbar, was eine hohe und konstante Rezepturtreue sichert. Strikte Chargentrennung vermeidet Kreuz-Kontamination z.B. bei Allergen und Nicht-Allergenen. Außerdem ist das System durch seinen modularen Aufbau äußerst flexibel bei Produktumstellungen.

Das System besteht aus zwei Ebenen. Auf der oberen Ebene werden die Komponenten in Vorratsbehältern bereitgestellt. Die Rohstoffe können vor dem Befüllen mittels Barcode identifiziert werden und den entsprechenden Behältern zugeordnet werden. Dadurch werden Produktverwechslungen minimiert und eine Rückverfolgung der Rohstoffe ist sichergestellt. Die Vorratsbehälter können aus Säcken oder Big Bags sowie auch pneumatisch befüllt werden.

Die Zielgebinde werden in der unteren Ebene unter den Dosierstellen mithilfe eines Taktschlittens bewegt. Für jede Komponente steht hier eine eigene Waage zur Verfügung. Durch das gleichzeitige Wiegen der Komponenten ergibt sich ein maximaler Zeitgewinn. Die Dosierschnecken in Kombination mit den Vibrationsböden unter den Vorratsbehältern sichern eine exakte Dosierung der geforderten Komponenten.

Je nach Produkteigenschaft können auch alternative Dosiersysteme eingesetzt werden. Wenn sich alle Komponenten entsprechend der Rezeptur im Zielgebinde befinden, wird dieses am Ende der Dosierstrecke ausgeschleust und steht für den weiteren Prozess bereit. Die Zielgebinde werden über RFID-Technologie getrackt und sind somit über den gesamten Wiege- und Dosierprozess überwacht, d.h. sowohl die Position, die eingewogenen Komponenten, sowie auch die Zuordnung der Zielgebinde zu einer bestimmten Rezeptur sind dokumentiert und reproduzierbar.

Kollege Roboter hilft und dosiert genau nach Rezept

Auch das Dosieren von Kleinstmengen bis 200 g wird bisher größtenteils manuell durch einen Bediener ausgeführt. Jede Komponente einer Rezeptur muss dabei von Hand gewogen und in den bestehenden Produktionsprozess eingeschleust werden. Vor allem bei hochkritischen oder gesundheitsschädlichen Stoffen in der Pharmazie, Chemie oder Nahrungsmittelherstellung kann dies zu einem Problem für den Bediener und die Produktsicherheit werden. Nur unter speziellen Schutzmaßnahmen sind solche Stoffe handhabbar. Außerdem besteht die Gefahr, dass komplexe Rezepturen nicht fortwährend exakt reproduziert werden können.

Vor diesem Hintergrund hat Azo die Lösung Rolog entwickelt. Bei diesem System werden die Rohstoffe automatisch durch einen Roboter ein- bzw. ausgelagert und eine speziell entwickelte Dosiervorrichtung übernimmt das grammgenaue Dosieren der Einzelkomponenten. Die Rohstoffe, wie Pigmente, Aromen, Additive, Wirkstoffe usw. werden zunächst bedienergeführt in Dosier- und Lagereinheiten (DLE) zur automatischen Weiterverarbeitung bereitgestellt. Eine Sicherheitszelle grenzt den Automatisierungsbereich (Arbeitsbereich des Roboters) vom übrigen Produktionsumfeld ab. Diese bedienerlose Rohstofflogistik, in einer abgeschirmten Zelle bietet einen optimalen Schutz für den Bediener und das Produkt. Der modulare Aufbau des Rohstoff-Lager-Moduls (RLM) gewährleistet außerdem eine hohe Flexibilität in der Erweiterung der Rohstoffkomponenten.

So wird eine 24/7-Produktion möglich

Der Roboter stellt die Charge vollautomatisch zusammen, indem er die richtigen DLE entsprechend der vorgegebenen Rezeptur bereitstellt. Aus diesen werden die geforderten Kleinstmengen zuverlässig an der Dosierstelle exakt dosiert. Dies führt bei Sollgewichten von 50 g bis 10 kg zu exakt reproduzierbaren Wiegeergebnissen. Nach Einwaage aller Komponenten in das Zielgebinde, wird dieses an einer definierten Schnittstelle für die Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.

Rolog steht nun unmittelbar zur Bearbeitung weiterer Produktionsaufträge bereit. Damit arbeitet das System effizient und ohne Zeitverlust. Bei kontinuierlicher Bereitstellung von Rohstoffen und Gebinden ist eine 24/7-Produktion möglich. Das System kann als Stand-Alone-Version oder auch als voll in das Logistikszenario und in die Datenwelt einer Komplettanlage integrierte Teilanlage betrieben werden.

Kontrollsieben, Dosieren und exaktes Wiegen in Einem

Müssen Aufgaben wie Kontrollsieben, Dosieren und exaktes Wiegen von Schüttgütern in verschiedene Behältnisse wie Fässer, Kartons, Big Bags oder Container abgedeckt werden, ist meist der Aufwand für die Reinigung ex­trem hoch. Mit anderen Worten, je geringer die Zahl der zu reinigenden Geräte, desto besser. Hier bietet sich die Wirbelstrom-Siebmaschine Typ DA an, die mit einem Wiegeprozess gekoppelt werden kann, der über die Grob-/Feinumschaltung der integrierten Dosiereinheit das exakte Wiegen des Siebgutes sicher stellt.

Die Besonderheit ist, dass aufgrund der Eigendosierung kein vorgeschaltetes Dosierorgan erforderlich ist. Dadurch wird Bauhöhe gespart und bei Produktumstellung muss nur ein Gerät gereinigt werden. Die Konstruktion mit den beiden leicht zugänglichen Auszugvorrichtungen mit Dosierschnecke auf der einen Seite und Siebrotor auf der gegenüberliegenden Seite erleichtert die Reinigung der Wirbelstrom- Sieb- und Dosiermaschine zudem.

Über den Produkteinlauf gelangt das Schüttgut in die mit einem separaten Antrieb ausgestattete, Dosierschnecke, die das Schüttgut in das Siebgehäuse transportiert. Die für den reibungslosen Siebvorgang notwendige genaue Dosierung durch den gleichmäßigen Zulauf des Schüttgutes erfolgt durch Einstellen der Schneckendrehzahl über einen Frequenzumformer auf produktspezifische Werte.

Die Siebbespannung ist an Ringen befestigt, kann frei vibrieren und reinigt sich dadurch von selbst. Eine eingebaute Staubscheibe verhindert, dass zu viel Feingut in den Grobgutauslauf gelangt. Kurz bevor das für die Gebindegröße fixierte Gewicht erreicht wird, sendet die angeschlossene Wiegeeinheit automatisch einen Impuls zur Reduzierung der Drehzahl an die Dosiereinheit der Wirbelstrom-Siebmaschine. Die in den Siebkorb gelangende Schüttgutmenge wird dadurch verringert. Durch diese so genannte Grob-/Feinumschaltung wird ein optimaler Abschaltpunkt ermöglicht, der ein exaktes Wiegen des Siebgutes sicherstellt.

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