Schüttgutdosierung in den Polyamid-Industrien

Bulk Ingredient Feeding in the Polyamide Industries

MBS Polyamide Conference, Düsseldorf 2005

ScrewDiscScrewDisc

Brabender Technologie

TECHNOLOGIE

1

Brabender Technologie - Global Partners to the Bulk Handling Industries

Brabender Technologie of Duisburg, Germany, renowned as one of the leading manufacturers of bulk solids, powder feeding and discharging equipment with a world-wide sales and service network, was founded in 1957 and has been supplying metering feeders and vibratory bin dischargers to the dry material handling industries ever since - 50 years of experience to the benefit of our world-wide customers. Our delivery programme includes:

Novel <<<< ScrewDisc Feeding Principle

Flow meters for bulk materials

Gravimetric metering feeders for continuous and discontinuous feeding and weighing applications

Weighing systems with high-resolution fully digital deflectionless load cell Digi MASS-2

Volumetric metering feeders

Microcomputer controllers for automatic system and recipe control

Discharging devices

The Brabender FlexWall® Feeder and the further developed Brabender FlexWall®Plus Feeder are universal metering feeders suitable for virtually all kinds of bulk ingredients.

Our main field of business is the plastics industry:

- Plastics: PP, PE, PA, PET etc. >>>> Profiles, Foils, Yarns, Tubes - Polyolefine: PP, PE, (LDPE, LLDPE, HDPE) - Compounding: Engineering plastics, masterbatches, cable compound, powder coating,

chemical fibres, PVC, recycling, wood plastic composites

Dipl. Ing. Rolf Welsch Sales and Marketing Department Manager

Mr. Welsch is 53 years old. He studied electrical engineering at the University of Duisburg and has been involved in material handling for 29 years. During this time he has conducted a lot of presentations at technical institutes and congresses.

2

Dosierung von Schüttgütern in den

Polyamid-Industrien

Neuer ScrewDisc-Dosierer für Granulate

Vortrag von Rolf Welsch für die MBS Konferenz

Polyamide 2005 Düsseldorf

Dieser Fachbeitrag beschäftigt sich mit dem

neu entwickelten gravimetrischen ScrewDisc

Dosierer für Granulate. Um seine Vorteile zu

erkennen, werden vorab die wichtigsten Kon-

struktionsmerkmale beleuchtet (Fig. 1). Dabei

wird die Kenntnis über das Prinzip der schnel-

len Dosier-Differentialverwiegung vorausge-

setzt.

Es kann, falls nicht bekannt, nachgelesen wer-

den unter:

www.brabender-technologie.com

Fig.1: 4-Komponenten-ScrewDisc-Dosierer.

Feeding configuration with 4 ScrewDisc Feeders

Bulk Ingredient Feeding in the

Polyamide Industries

New ScrewDisc Feeder for Pellets

Paper presented by Rolf Welsch at the MBS

Polyamide Conference 2005 in Düsseldorf

This technical paper deals with a newly devel-

oped gravimetric ScrewDisc Feeder for gran-

ules (Fig.1). To understand its advantages the

report first explains its most important design

features, assuming that the principle of fast

loss-in-weight measurement is known.

If not, explanations can be obtained from

www.brabender-technologie.com.

It is important to mention that applying the

principle of loss-in-weight measurement, which

has been used in compounding processes for

a long time, also offers measurable advan-

tages in the field of plastics processing. In

any case it results in an improved quality

assurance, e. g. because the permanent cali-

bration required by volumetric metering feed-

ers is not necessary.

Examples of applying the new feeder in poly-

amide production and processing are also

given hereinafter. However, these exemplary

solutions are also generally applicable to the

handling of other polymer pellets in similar

plastics production processes.

3

Wichtig ist, dass schon allein die Anwendung

dieser in der Kompoundierung seit langem

verwendeten differentiellen Messtechnik auch

für die kunststoffverarbeitende Produktion

messbare Vorteile bringt. Sie bewirkt in jedem

Fall eine verbesserte Qualitätssicherung, weil

z.B. auf die ständige Kalibrierung von

volumetrischen Dosierungen verzichtet wer-

den kann.

Beispielhaft wird auch der Einsatz des neuen

Dosierers in Zusammenhang mit der Poly-

amidherstellung bzw. verarbeitung gezeigt.

Diese Lösungsansätze sind aber grundsätzlich

auch auf das Handling von anderen Polymer-

granulaten in der angrenzenden Kunststoffpro-

duktion übertragbar.

Die drei Gebote zur schnellen Amortisation

Die Hersteller von Rohren sowie Fasern und Fo-

lien stellen besondere Anforderungen an den

Extrudier- bzw. Kompoundierprozess.

Bei dem einen Produzenten steht eine zuver-

lässigere Produktion im Vordergrund, z.B. die Ver-

meidung eines Profilabrisses durch starke Schütt-

gewichtsschwankungen, der andere strebt vor

allem nach einer weiteren Stabilisierung der Pro-

duktion und Verbesserung der Qualität (wie z.B.

reproduzierbares Metergewicht, stippenfreie und

farbgleiche Folien etc.) (Fig. 2).

Allen gemeinsam ist, dass sich der zusätzliche

Aufwand für die erhöhte Regel- und Dosiertechnik

Fig. 2.: Qualitätsverbesserung durch Einsatz von

Dosier-Differentialwaage.

Utilisation of loss in weight feeders for

quality improvement.

The "Three Commandments"

for quick amortization

The manufacturers of pipes, fibres and films

make great demands on the extrusion or com-

pounding process.

While one manufacturer may attach particular

importance to reliable production, for instance to

the prevention of profile disruption caused by bulk

density variations, the other may primarily try to

achieve further production stabilization and qual-

ity improvement, for example a reproducible weight

per meter, unspotted and uniformly coloured

films, etc. (Fig. 2).

What they have in common is that they expect

the additional expenditure for control and meter-

ing technology to be redeemed soon, if possible

within 6 months to 1 year at the utmost.

4

möglichst in kürzester Zeit von 6 Monaten bis

max. 1 Jahr amortisieren soll.

Die Berechnung der Amortisation mit:

Investition / (Durchsatz x Produktionsdauer x

Einsparung x Rohstoff)

zeigt, dass der Dosiergerätehersteller entschei-

dend daran mitwirken kann, dass sich eine ge-

plante Investition rechnet.

1. Er muss die Gerätepalette für einen sehr gro-

ßen Leistungs- und Verstellbereich anbieten, um

hohe Durchsätze zu gewährleisten.

2. Die Konstruktion der Geräte muss eine schnelle

Produktionsumstellung erlauben, damit sich die

jährliche Produktionsdauer verlängert.

3. Die Besonderheit der Dosierer (genaue

Regelung und Zuführung) muss dazu führen, dass

sich auch tatsächliche Einsparungen von Schütt-

gutmengen ergeben. In vielen Produktionsanla-

gen hat der Materialeinsatz immerhin einen Anteil

von 80% der Kosten!

Aus diesem Grund werden in diesem Fachbeitrag

vorab die Konstruktionsmerkmale des neuen

ScrewDisc-Dosierers und seine wichtigsten Neu-

erungen genannt. Es wird gezeigt, dass die drei

vorgenannten Forderungen zur schnellen Amor-

tisation für den Anwender umgesetzt wurden.

The well-known amortization formula:

Investment / (throughput x production time x

saving x raw material)

shows that the metering feeder supplier substan-

tially contributes to the profitability of the invest-

ment.

1. He must offer a variety of feeders suitable for a

very wide range of feed rates and turndown ratios

so as to ensure high throughputs.

2. The feeder design must allow a quick produc-

tion changeover so as to extend the annual pro-

duction time.

3. The feeders must be designed in such a way

that precise control and accurate feeding result in

real savings of bulk materials. We have to re-

member that the costs of bulk materials are at

least 80 % of total costs of production plants!

Therefore this paper first presents the particular

design features of the new ScrewDisc Feeder

and its most important technical innovations. The

explanations will show that the above three de-

mands have been complied with to the benefit of

quick amortization for the user.

Plastic components for plastics feeding

To name just the most important, the ScrewDisc

Feeder consists of 5 main modules (Fig. 3).

Hereinafter these are listed from top to bottom.

5

Dosieren von Kunststoff mit Kunststoff

Der ScrewDisc-Dosierer besteht lediglich aus 5

Modulen (Fig. 3). Diese sind nachstehend von

oben nach unten benannt:

1. Ein Trichter mit Aufsatz, Sicherheitrost und

verschiedenen Deckelvarianten (Handgriff, Befüll-

öffnung oder Filtertuch).

2. Der zentrale Baugruppenträger mit Absenk-

einheit.

3. Ein Polyurethaneinsatz mit der gemeinsamen

Funktion als Behälterauslauf und senkrechtem

Schneckenrohr.

Fig. 3: Module des ScrewDisc-Dosierers

Modules of the ScrewDisc Feeder

4. Ein Polyurethanauslauf, der ebenfalls mit einer

kombinierten Funktion als senkrechter Schne-

ckendosierer, Motorbefestigung sowie Auslaufrohr

versehen wurde.

1. A storage hopper with upper extension attach-

ment, safety grid and a variety of cover variants

(handle, refill opening or filter cloth).

2. The central support ring with lowering mecha-

nism.

3. A polyurethane insert serving both as a hopper

outlet and a vertical screw tube.

4. A polyurethane outlet also with combined func-

tions, serving as a vertical screw feeder, a motor

fastener and as an outlet tube

5. A load cell with a fixation, additionally equipped

with an overload protection in case of a low

weighing range.

1

2

4

5 3 PU insert inside of central support ring

6

5. Eine Wiegezelle mit Halterung und bei

Differentialwaagen mit geringem Wiegebereich

auch mit zusätzlichem Überlastschutz.

Jedes einzelne Modul ist absolut wartungsfrei und

für den 24-stündigen Betrieb ausgelegt. Das gilt

auch für den kollektorlosen Gleichstrommotor zum

Antrieb der Schnecke. Dieser weist im Übrigen

alle Vorteile der Charakteristik von Servomotoren

auf.

Der integrierte Leistungsregler sowie der

hochauflösende Encoder (Drehzahlrückführung)

und die CAN-Bus-Schnittstelle zur Controller-An-

bindung machen ihn zu einer volldigitalen Motor-

steuerung. Zudem ist der Motor mit einem beson-

ders großzügigen Drehmoment ausgestattet, das

größer ist, als für eine Granulatdosierung notwen-

dig wäre.

Zu den Besonderheiten dieses Gerätes gehört,

dass die wichtigsten Module, nämlich der PU-

Einsatz und PU-Auslauf, aus speziell für diese

Anwendung entwickeltem, elektrisch leitfähigem

Polyurethan bestehen. Die Fertigung in hohen

Stückzahlen wird durch Gießtechnik formgenau

und preiswert realisiert.

Den Durchblick behalten

Für den ScrewDisc-Dosierer wurde eine für den

optimalen Massenfluss besonders angepasste

Form entwickelt. Eine Besonderheit ist die Trans-

parenz des Auslaufs und PU-Einsatzes, der so

eine visuelle Kontrolle des Massenflusses zulässt

(Fig. 4a/b u. 5).

Each single module is absolutely maintenance-

free and designed for 24 hour operation. The

same applies to the commutatorless DC motor

driving the screw, which - by the way - features

all the advantageous characteristics of servo mo-

tors.

The built-in speed controller and the high-resolu-

tion decoder (speed feedback) as well as the

CAN Bus interface for controller connection en-

sure fully digital motor control. In addition the

motor features an overdimensioned torque higher

than required for its function.

It is one of the particular features of this feeder

that its most important modules, i. e. the PUR

insert and the PUR outlet, are made of electrically

conductive polyurethane specially developed for

this application. Production of these precisely

formed components in high numbers and an eco-

nomical price is achieved by a casting technique.

Gaining insight

For the ScrewDisc Feeder a very special design

has been developed to promote optimum mass

flow. A particularity is the transparency of the out-

let and of the PUR insert allowing visual inspec-

tion of the mass flow (Fig. 4a/b and 5).

7

Fig. 4a/b.: Transparenter PUR Einsatz

Transparent PUR insert

Zusätzlich ergibt sich auf natürlicher Weise eine

vielfach geringere Geräuschentwicklung beim Auf-

prall von Granulatkörnern auf eine PU-Wandung

im Vergleich zu Stahlflächen.

Alle weiteren Stahlteile sind rost- und säure-

beständig. Der Trichter hat, wie in der Kunststoff-

verarbeitung üblich, eine Sichtöffnung zur opti-

schen Kontrolle des Füllstands in der Waage. In

Vorbereitung ist außerdem eine Trichteaus-

führung aus Polyurethan. Diese erlaubt eine noch

bessere Sichtkontrolle der Befüllung und des Mas-

senflusses in dem Waagentrichter. Probleme in

diesem Bereich können so frühzeitig erkannt

werden.

Fig. 5.: Transparenter PU Auslauf

Transparent PUR outlet

In addition, PUR material of course substantially

reduces the noise of pellets bouncing against the

surface in comparison with a steel surface.

All parts made of steel are stainless and acid-

proof. As usual in plastics processing, the hopper

has a sight opening for visual inspection of the

filling level inside the scale. Another hopper ver-

sion made of polyurethane is currently in prepa-

ration, which will additionally allow visual obser-

vation of the hopper refills and of the mass flow

inside the hopper of the scale. This will help rec-

ognize problems in this area at an early stage.

8

Ein rekordverdächtiger Dosierer

Da der ScrewDisc-Dosierer sowohl für die

kunststoffverarbeitende Industrie (sein Hauptein-

satzgebiet), als auch für die Verwendung als

Hauptkomponente in Hochleistungs-Kompoun-

dierlinien konzipiert ist, können mit lediglich zwei

Gerätegrößen Dosierleistungen bis zu 5000 l/h

abgedeckt werden!

Der größere ScrewDisc-Dosierer mit einer

Dosierschnecke mit 105 mm Durchmesser erfüllt

damit leicht den Polymer-Massenflussbedarf eines

ca. 90 mm - Doppelschneckenextruders. Wird da-

gegen die kleinste Dosierschnecke mit 28 mm

Durchmesser eingesetzt, können zum Beispiel

Additivgranulate schon ab 3kg/h präzise zuge-

geben werden (Fig. 6).

Fig.6: Leistungsbereiche der ScrewDisc-Dosierer

Feeding ranges of ScrewDisc Feeder

A record-breaking metering feeder

As the ScrewDisc Feeder has not only been de-

signed for its main field of application, i. e. the plas-

tics processing industry, but also as a feeder for

the main ingredient in compounding lines, there

are only two model sizes covering feed rates up

to 5000 l/hr!

The larger ScrewDisc Feeder equipped with a

105 mm diameter feed screw easily meets the

polymer mass flow requirement of a high-capacity

twin screw extruder with approximately 90 mm

diameter screws. When using the smallest feed

screw with a diameter of 28 mm, above all colour

pigments can accurately be fed at feed rates from

3 kg/hr upwards (Fig. 6).

Each of the feed screws covers a turndown ratio

of 100:1 at optimum linearity. Within this feed rate

range neither the screw nor the PUR insert have

to be exchanged!

In this way the user complies with his quality re-

quirements even when feeding additive pellets at

the lowest permissible tolerance limit.

Why not user-friendly handling for a change?

The ScrewDisc Feeder has systematically been

designed for optimum and quick cleaning.

The single handling steps for the replacement of

screws are:

1. Stopping the ScrewDisc Feeder

10

100

1000

10000

400

1500

3000 5000

4

15 30

50

dm3/h

Typ: 40 67 80 105

9

Jede einzelne Schneckengröße deckt dabei einen

Leistungsbereich von 1:100 mit bester Linearität

ab. Für diesen Bereich muss also weder die

Schnecke noch der PU-Einsatz getauscht werden!

Der Anwender erfüllt so z.B. seinen

Qualitätsanspruch bei der Zugabe von Additiv-

granulaten bei gleichzeitigem Einhalten der

untersten (erlaubten) Toleranzgrenze.

Mal eine (bediener-) freundliche Bedienung

Die Baureihe des ScrewDisc-Dosierers ist konse-

quent auf eine optimale und schnelle Reinigung

abgestimmt.

Die Handling-Schritte für einen Schneckenwech-

sel sind wie folgt:

1. Stoppen des ScewDisc-Dosierers.

2. Den integrierten Auslaufkompensator von der

Verarbeitungsmaschine (Extruder) lösen.

3. Die 2 seitlichen Camloc-Verschlüsse lösen.

4. Der ScrewDisc-Dosierer senkt sich um 6 mm

ab. (Der Trichter wird weiterhin stabil über die

Federklemmen gehalten) (Fig. 7a).

5. Drehen des PU-Auslaufes über die gewählte

Entleerposition (z.B. einen Auffangtrichter). Die

am gegossenen Auslauf ausgeformten Handgriffe

zum sicheren Greifen sind für diesen Zweck

besonders ergonomisch gestaltet (Fig. 7b).

2. Disconnecting the integrated flexible outlet

sleeve from the processing machine (extruder).

3. Releasing the 2 Camloc fasteners on the sides

(Fig. 7a).

Fig. 7a/b.:Nach dem Lösen senkt sich der Auslauf.

After releasing the fasteners the outlet subsides

4. The ScrewDisc Feeder subsides by 6 mm. The

hopper is still kept safely in its position by lateral

spring clamps.(Fig. 7a).

5. Turning the PUR outlet into the desired dis-

charge position (e. g. above a collecting hopper).

The handling grips moulded as parts of the cast

outlet allow to hold it tightly and in a particularly

ergonomic way (Fig. 7b).

6 mm lowered

Turning into desired position

10

Fig. 8: ScrewDisc-Dosierer in Entleerposition

Discharge position of ScrewDisc Feeder

6. Absenken des Auslaufes durch Ziehen am

Rastbolzen des zentralen Baugruppenträgers. Der

Auslauf senkt sich selbstständig gegen einen End-

anschlag gepuffert ab. Die Vertikalschnecke fährt

dadurch gleichzeitig aus dem PU-Einsatz (mit

dem integrierten Schneckenrohr) heraus und gibt

den kompletten Rohrquerschnitt frei. Der Dosier-

trichter entleert sich in kürzester Zeit vollständig

(Fig. 8).

7. Den Trichter ohne Werkzeug von den Feder-

klemmen lösen und entfernen.

8. Entnehmen des PU-Einsatzes.

9. Wenn jetzt die komplette Auslaufeinheit seitlich

geschwenkt wird, kann die Schnecke mit der

Scheibe (Disc) entnommen, gereinigt und ge-

wechselt werden (Fig. 9). In der Regel werden die

6. Lowering the outlet by pulling the stop bolt of

the component carrier ring. The outlet sinks down

to an end stopper cushioning its fall. This makes

the vertical screw rise out of the PUR insert ( with

the integrated screw tube). The entire tube cross

section is cleared, and the hopper is discharged

completely within a short time (Fig. 8) .

Fig. 9.: Auslauf geschwenkt für Schneckenwechsel

Slewed outlet (screw exchange position)

7. Removing the hopper after releasing it from the

spring clamps without tools.

8. Removing the PUR insert.

9. If the entire outlet unit is now swung out to the

side, the screw with the disc can be removed,

cleaned and replaced (Fig. 9). In most cases the

individual components and the outlet will merely

be blown out with compressed air or will be suc-

Dismounted screw

Verticalscrew

11

Einzelteile und der Auslauf lediglich mit Pressluft

ausgeblasen bzw. mit einem Staubsauger ausge-

saugt.

Nach der Reinigung oder dem Schneckenwechsel

erfolgt die Rückstellung der Module in umgekehr-

ter Reihenfolge. Dabei ist jederzeit sichergestellt,

dass der Lauf der Förderschnecke verriegelt ist,

solange der Trichter mit dem Sicherheitsrost nicht

installiert ist.

Wenn alternativ eine kontrollierte Schnellent-

leerung durch den Extruder oder über den Ent-

leertrichter mittels der Dosierschnecke gewünscht

wird, ist der Ablauf der Arbeiten ab der Pos 3 oder

4 wie folgt änderbar:

5. Schließen der Camloc-Verschlüsse. Der

Auslauf hebt sich an und die Verriegelung des

Schneckenmotors wird dadurch aufgehoben.

6. Den Taster Entleeren

drücken, um mittels der

Schnecke den Dosierer leerzufahren. Danach

dreht die Schnecke für ca. 5 sec. mit hoher Dreh-

zahl, um das Produkt von der Scheibe (Disc) ab-

zuwerfen.

7. Man kann die Schnecke mit der Scheibe (Disc)

nach Abnehmen des Trichters und PU-Einsatzes

auch durch die große Öffnung des zentralen Bau-

gruppenträgers aussaugen und wechseln. So er-

spart der Bediener sich das Lösen und Drehen

des PU-Auslaufs (Fig.10)

Selbstverständlich ist die Dosierschnecke über ei-

nen Endschalter so verriegelt, dass sie nur mit

aufgebautem Trichter gestartet werden kann.

tion-cleaned by means of a vacuum cleaner.

After cleaning or after a screw replacement the

modules are arranged retrogressively in reverse

order. During this it is always ensured that the

feed screw is interlocked as long as the hopper

with its safety grid has not been reinstalled yet.

If controlled and quick discharge through the

extruder or into the collecting hopper by means of

the feed screw becomes necessary, there are the

following alternative possibilities after the work

steps of points 3 or 4 have been accomplished:

5. Locking the Camloc fasteners. The outlet rises

and the screw motor is no longer interlocked.

6. Pressing the "Discharge" button initiates dis-

charge of the feeder by means of the feed screw.

After complete discharge the screw rotates at an

increased speed for about 5 seconds to throw

residual ingredient off the disc.

7. The screw with the disc may also be suction-

cleaned and replaced through the big opening in

the component carrier ring after the hopper and

the PUR insert have been removed. In this way

the operator can avoid having to unlock and turn

the PUR outlet (Fig.10)

Of course the feed screw is always interlocked

and prevented from starting by a limit switch so

that it cannot revolve before the hopper has been

reinstalled.

The operator does not have to take any particular

electrotechnical protective measures because the

12

Fig.10: Absaugung nach Entfernen des Trichters

Vacuum cleaning after removal of hopper

Der Operator muss keine besonderen

elektrotechnischen Schutzmaßnahmen betreiben,

weil der Motorantrieb mit 24 V Kleinspannung be-

trieben wird. Selbst eine Nassreinigung des Do-

sierers ist wegen der hohen Schutzart von IP65

ohne Probleme möglich.

Die vorgenannte Beschreibung zeigt, dass für

Bedienung und die Servicearbeiten am Screw-

Disc-Dosierer tatsächlich kein Fachpersonal not-

wendig ist. Alle Handgriffe können ohne Werk-

zeug ausgeführt werden und sind vor allem leicht

verständlich.

Die Baureihen mit einer 50 kg-Wiegezelle bedür-

fen nicht einmal einer vorherigen Arretierung der

Lastzelle, da bei den standardmäßig auszu-

führenden Arbeiten keine Belastung entstehen

kann, die eine Lastzelle zerstören könnte.

motor has only 24 V. Even wet cleaning of the

feeder is possible without problems because of

the high enclosure protection class of IP65.

The above description shows that indeed opera-

tion of the ScrewDisc Feeder and first service

work do not require any particularly qualified per-

sonnel. All working steps can be performed with-

out tools and are easily understandable. Feeder

models equipped with a 50 kg load cell do not

even require the load cell to be safeguarded by

fixing because ordinary work does not overstrain

and destroy it.

Arguments carrying weight

Modern loss-in-weight feeders like the ScrewDisc

Feeder measure weight signals at intervals that

are so short that even rapid refills from pneumatic

loaders are possible. (Background information:

loss-in-weight feeders applied in compounding pro-

cesses have always measured the load cell sig-

nals at time intervals of 5 msec). Therefore these

feeders can already return to gravimetric feeding

mode shortly after a refill.

In this respect the loss-in-weight principle of such

a weigh-feeder has advantages over - for in-

stance - simple flow metering systems deter-

mining mass flow at comparatively longer inter-

vals (e. g. screw-synchronized sensing intervals

of extruders).

13

Gewichtige Argumente

Eine moderne Dosier-Differentialwaage wie der

ScrewDisc-Dosierer misst die Gewichtssignale in

so kurzen Intervallen, dass auch schnelle

Nachfüllungen aus Abscheidegefäßen möglich

sind. (Hintergrund: Dosier-Differentialwaagen für

den Einsatz in der Kompoundierung, deren Soft-

ware auch hier verwendet wird, messen die Last-

zellensignale grundsätzlich in Zeitintervallen von

ca. 5 msec.). Der ScrewDisc-Dosierer kann darum

schon kurz nach der Befüllung in den gravi-

metrischen Modus zurückschalten.

Hier unterscheidet sich das verwendete

vollwertige Differentialprinzip einer Dosier-Diffe-

rentialwaage vorteilhaft von z.B. einer einfachen

Durchlaufverwiegung, die den Massenfluss in ver-

gleichsweise längeren Intervallen ermittelt (z.B.

mit schneckensynchronen Abtastintervallen des

Extruders).

Zusätzlich wurde aus der klassischen Kompoun-

diertechnik die dort seit langem verwendete hoch-

genaue Gewichtserfassung übernommen. Sie bie-

tet mit ihrer seriellen Anbindung und modernen

elektronischen Filtern nun auch für die kunst-

stoffverarbeitende Industrie alle Vorteile wie hohe

Auflösung und fehlerfreie Datenübertragung.

Die Verstellbereiche der Dosier-Differential-

waagen erhöhen sich aufgrund der besseren Ge-

wichtsauflösung, und die serielle Datenübertra-

gung ist sicherer gegen Störungen. Grundsätzlich

werden nur Präzisionswiegezellen mit hoher

Klassengenauigkeit eingesetzt (Fig.11) [1].

Fig.11: Lastzellenanbindung

Load cell connection

In addition, the highly accurate load cells known

from scales used in classic compounding lines

with serial interfaces and modern electronic filters

prove to have decisive advantages also for the

plastics processing industries.

The turndown ratios of feed rates of loss-in-

weight feeders are wider on account of their bet-

ter resolution of weight values.Their serial data

transmission is interference-proof. As a basic rule

only high-accuracy load cells with high class

compliance are used (Fig.11) [1].

All the high-tech measures described above re-

sult in highest accuracy and feeding constancy

and thus in the savings and quick amortization of

this new feeder mentioned at the beginning.

A freedom initiative

Due to its design and the possibility to turn its

outlet by 360°, the ScrewDisc Feeder gives plan-

Load cell

14

Alle vorgenannten Hightech-Maßnahmen führen

zu höchster Genauigkeit und Dosierkonstanz und

damit zu den eingangs angekündigten Einspa-

rungen und schnellen Amortisation dieses wirklich

neuen Dosierers.

Freiheit, die ich meine

Dem Anlagenplaner erlaubt der ScrewDisc-

Dosierer durch seine besondere Bauart die Rich-

tung des Auslaufes um 360° zu verdrehen! Das

gibt ihm einen höchst flexiblen Freiheitsgrad bei

der Anordnung mehrerer Komponenten. Denn das

gab es bisher bei keiner Dosierdifferentialwaage:

Der Auslauf des ScrewDisc-Dosierer kann

grundsätzlich in jeder der 360°-Positionen

fixiert und in gravimetrische Funktion

gehen!

Fig. 12: Flexible Einplanung des ScrewDisc Dosierer

Flexible planning-in of ScrewDisc Feeder

Diese Möglichkeit wird auch für eine rückwärtige

Materialennahme mittels der voreingestellten

180°-Raststellung genutzt (Fig. 12).

So verbleiben in einer Kreisanordnung von

ning engineers a high degree of freedom regard-

ing flexible arrangement of several feeders. After

all, this is something loss-in-weight feeders have

never had before:

The outlet of the ScrewDisc Feeder can be

fixed in any position of its 360° pivoting ra-

dius and start gravimetric feeding!

For backward ingredient discharge there is a pre-

set 180° snap-in fixing position (Fig 12).

So, for instance, the advantage of being able to

turn the PUR outlet of each feeder is maintained

even in circular feeder configurations. This allows

to freely select the direction of mass flow both for

production and for discharge before an ingredient

changeover.

Feeders for an extruder or injection moulding

compounder are mostly planned so as to be

mounted on a central support column.

For up to 8 feeders a standard mounting column

available that can easily be adapted to custo-

90°

180°

0° 270°

Fixing in any position of its 360° pivoting radius and start gravimetric feeding

15

mehreren Dosier-Differentialwaagen die Vorteile

der Drehung des PU-Auslaufs für jede Waage voll

erhalten. Damit kann die Richtung des Mas-

senstroms für die Produktion bzw. Entleerung vor

einem Schüttgutwechsel frei bestimmt werden.

Die Planung der Dosierungen für einen Extruder

oder Spritzgießkompounder erfolgt meist unter

Zuhilfenahme einer zentralen Montagesäule.

Diese steht mit bis zu 8 Komponenten stan-

dardmäßig zur Verfügung und kann sehr einfach

auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden,

da die Abstützung der ScrewDisc-Dosierer immer

von einem zentralen Mittelpunkt heraus erfolgt

(Fig.1).

Die Dosierstation wird in der Regel auch mit

Vorlagebehältern sowie Schiebern oder Saug-

förderabscheidern geliefert. Eine Anbindung er-

folgt dann mittels festem Einlaufstutzen und

flexiblen Kompensatoren bzw. über ein Filtertuch,

das als Waagendeckel mit integrierter Einlauf-

öffnung ausgebildet ist.

Zu beachten ist, dass der Abscheider eine

zwangsgesteuerte Klappe aufweisen muss. Die

Dosier-Differentialwaagen fordert die Nachfüll-

menge selbstständig an. Diese Arbeitsweise un-

terscheidet sich von der Befüllung über ge-

wichtsbelastete Befüllklappen, die nur bei Volu-

mendosierern einsetzbar sind.

Der meist sternförmige Aufbau solcher Dosier-

stationen kann sehr einfach durch eine Dosier-

Differentialwaage für brückenbildende Schüttgüter

mit Einfach- und Doppelkonkavschnecken sowie

mit Trogaktivierung ergänzt werden.

mers' particular requirements because ScrewDisc

Feeders are always supported at a point towards

the centre of a circle (Fig.1).

Upon request such feeding stations can also be

delivered with upstream storage hoppers and

refill valves or with pneumatic loaders. These are

connected to the feeders by means of flexible

sleeves connected to hopper covers with firm

inlet pipes or by means of filter cloths with inlet

openings serving as hopper covers.

It must be pointed out that in the latter case the

pneumatic loaders must have force-activated

shutters because loss-in-weight feeders are re-

filled on their own demand. This mode of oper-

ation is different from volumetric feeders, which

will be refilled by pneumatic conveyors which in-

cludes manual butterfly valves.

As such feeding stations are mostly configured in

star shape, supplementary loss-in-weight feeders

with single screws or twin screws for bridging in-

gredients as well as with hopper activations can

be integrated. Even liquid feeders can be added

(e. g. as loss-in-weight feeders or as Coriolis

mass flow meters for silane/peroxide in cable pro-

duction processes).

For flood-fed operation of single screw extruders

a weighed extruder inlet hopper is available en-

suring constant

intake conditions because its fill-

ing level is continuously controlled so as to re-

main the same.

16

Selbst Flüssigkeitsdosierer können integriert

werden (z.B. als Dosier-Differentialwaage oder

Coriolis-Massenmessung für Silan/Peroxid in der

Kabelfertigung).

Dem Planer steht für den überfütterten Betrieb

von Einschneckenextrudern ein verwogener

Extrudereinlaufbehälter zur Verfügung (Fig.13).

Dieser sorgt für konstante Einzugsbedingungen,

indem sein Füllstand auf einem konstant

ge-

regelten Niveau gehalten wird. So entstehen be-

sonders gleichmäßige Füllgrade in der Extruder-

schnecke und in der Folge geringere Druck-

schwankungen.

Ein wahrhaft profitables Verfahren

Im Vergleich zum alternativen Vormischen ist der

Einsatz von separaten Dosierern für jede im

Rezept enthaltene Komponente nicht nur wegen

der Einsparung beim Personaleinsatz vorteilhaft.

Man vermeidet auch Entmischung und kann

Häufiger und schneller Leistungs- und

Rezepturänderungen durchführen.

Der Einsatz einer Gruppe von ScrewDisc-Do-

sierern in Mehrkomponentenanlagen erbringt also

zum einen die o.g. Vorteile und reduziert zudem

die Stillstandszeiten wegen des minimierten

Bedienaufwandes. Dadurch erhöht sich die

Jahresproduktionsdauer erheblich. Eine der

anfangs genannten Forderungen für eine schnelle

Amortisation einer neuen Dosierwaage.(Fig. 14)

[2].

This is the prerequisite to unvarying filling levels

in the extruder screws and - as a result - negli-

gible pressure variations (Fig 13).

Fig. 13: Einlaufverwiegung

Weighed extruder inlet hopper

A really profitable process

Compared with the method of producing pre-

mixes, the utilization of a feeder of its own for

each of the ingredients contained in the recipe

does not only yield benefits because it saves per-

sonnel. Also, segregation of the premix cannot

occur and feed rates and recipes can be changed

more quickly.

The alternative utilization of several ScrewDisc

Feeders configured as a multiple ingredient feed-

ing station will reduce personnel requirements

with certainty because each of the feeders re-

quires less service time.

Load cell

17

Fig.14: Erhöhung der Produktionsdauer

Increased production time

Wie bei einer vollwertigen Dosier-Differentialwaa-

ge üblich, wird der Massenstrom ständig ge-

wichtsbezogen überwacht und geregelt. Sie sorgt

so für eine gleich bleibende Produktion mit hoher

Langzeitgenauigkeit.

Bei geringen Dosierleistungen entsteht durch die

Scheibe (Disc), die sich unterhalb der Schnecke

mit gleicher Geschwindigkeit dreht (gleicher

Wellenantrieb), eine beachtliche Vergleichmäßi-

gung des Dosierstroms. Sie bewirkt eine Abfla-

chung der geringen sinusförmigen Förder-

schwankung der Dosierschnecke, die bekanntlich

auch bei gut fließendem Granulat vorhandenen

ist.

Dieser positive Effekt entsteht durch den leichten

Rückstau des Granulats zwischen Scheibe (Disc)

und Schnecke (Fig15).

The annual production time will also be in-

creased considerably as an effect of the reduced

downtime (Fig.14) [2].

In accordance with the working principle of loss-

in-weight feeders the ingredient mass flow is con-

tinuously monitored and controlled by means of

weight measurement. In this way loss-in-weight

feeders ensure invariable production at high long-

term stability.

In case of low feed rates the disc revolving under-

neath the screw at the same speed ensures a

smooth and uniform ingredient flow. The disc has

a flattening effect on the sinusoidal conveyance

fluctuations of the screw, which may even occur

with well-flowing pellets.

This positive effect is caused by a slight conges-

18

Die Scheibe sorgt darüber hinaus für ein zu-

fälliges, also impulsfreies Verlassen der Granu-

latkörner über ihren großen Umfang. Im Vergleich

zum Schneckenrohrabwurf werden die Schwan-

kungen auf mehr als die Hälfte reduziert!

Fig.15: Reduzierte Abwurfschwankung des Granulates

Reduction of variations in the particle dropping

behaviour

In umfangreichen Versuchen wurde ermittelt,

welche Gestaltung der Auslauf unterhalb der

Scheibe (Disc) haben muss, damit eine weitere

Vergleichmäßigung des Massenflusses bewirkt

wird. Die gezeigte Form erfüllt diese Vorgaben

selbst für statisch aufgeladene Körner. Der Aus-

lauf wird dafür leitfähig produziert.

Welche Abgrenzung des ScrewDisc-Dosierers

bezüglich der Dosierbarkeit von Schüttgütern be-

steht im Vergleich zu klassischen Schneckendo-

sierern?

Soweit mit einer rührwerkslosen Dosiertechnik

verglichen wird, bestehen keine Einschränkungen.

Es muss lediglich getestet werden, ob sich

tion of pellets between the disc and the screw. In

addition, the individual pellets are dropped from

the disc in coincidental order around its long

circumference and thus without pulsations.

Compared with pellets dropped from a horizontal

screw tube pulsations are reduced to less than

half (Fig.15)!

Extensive tests were carried out to determine the

shape that the outlet beneath the disc should

have to promote smooth and uniform ingredient

mass flow. The shape shown meets the require-

ments even if pellets are statically charged. For

that purpose the outlet is made of conductive

material.

What are the differences between a ScrewDisc

Feeder and a conventional screw feeder with re-

spect to the feedability of bulk ingredients?

As far as a ScrewDisc Feeder is compared with

feeders that do not use stirring agitators, there

are no restrictions. It may only be necessary to

find out in trial runs whether the pellets build up a

mechanical bridge [3] above the screw intake

zone at the hopper outlet on account of their size

or shape. However, this is relevant only if pellets

> 6 mm are fed.

Even for well-flowing powders that can be dosed

by conventional feeders without stirring agitators

there are no other restrictions. Laboratory tests

are currently performed to determine the suit-

ability for recycling material and wood pellets.

What has already been found out in feeding trials

is the reduced abrasion of pellets due to the

19

aufgrund der Korngröße oder Form der Pellets

eine mechanische Brücke [3] über dem

Schneckeneinzug im Trichterauslauf ergeben

kann. Dies ist aber erst bei Körnungen > 6 mm

relevant. Auch bei gut fließendem Pulver, das mit

rührwerkslosem Dosierer förderbar ist, gibt es

meist keine Einschränkungen. Darüber hinaus

werden im Dosierlabor stetig die Einsatzgrenzen

für Recyclate und Holzpellets getestet.

Nachgewiesen ist dagegen schon der geringere

Abrieb von Granulaten durch die vertikal

stehende, relativ kurze Dosierschnecke. Dieses

Design verlängert die Zeit zwischen den Rei-

nigungsintervalle auf ganz natürliche Weise, und

es wird die Gefahr gebannt, dass sich lösende

Staubansammlungen zu kurzfristig hohen Addi-

tivanteilen im Extruder führen.

Ein Bonus für gute Führung

Die Ansteuerung des ScrewDisc-Dosierers erfolgt

wie bei den klassische Dosier-Differentialwaagen

mit Controllern der Serie Congrav® .

vertical and short design of the feed screw. As a

logical consequence, this design extends the

cleaning intervals and eliminates the risk of accu-

mulated dust deposits falling off and temporarily

causing increased shares of additives in the ex-

truder.

Under control

Like conventional loss-in-weight feeders, Screw-

Disc Feeders are controlled by microcomputer

controllers from the Congrav® line. Their standard

software offers registration of raw material con-

sumption, current mass flow (actual values) and

elaborate alarm functions.

For control systems already existing (mass flow

control, feeder control, extruder operating point

control) a continuous actual value of the mass

flow is permanently available, without any delay

caused by interpolation of measured values. This

makes the weigh-feeder highly accurate.

20

In ihnen sind sowohl die Registrierung der Ma-

terialverbräuche, momentanen Massendurchsätze

(Istwerte) und erweiterte Alarmmeldung stan-

dardmäßig enthalten.

Für evtl. schon vorhandene bauseitige Regler

(Massendurchsatz-, Dosierführungs-, Extruder-

arbeitspunktsteuerung) steht der Massenistwert

stetig, ohne eine nachteilig längere Interpolation

zur Verfügung! Die Waage wird dadurch

hochgenau. Zu guter Letzt übergibt der Congrav®

auch die Produktionsdaten für die Archivierung.

Ausführung einer Spinnfaseranlage

Fig. 17: Dosierer und Steuerung in Spinnfaseranlagen

Feeders and control in staple fibre production

As a last feature, the Congrav® also renders

production data for archival storage.

Fig.16: Congrav RC4

Staple Fibre Line

Congrav® CB Congrav® CBCongrav® RC4 I/O Modules

Congrav® OP1

HostPA

Feeding

Congrav® CB Congrav® CBCongrav® RC4 I/O Modules

Congrav® OP1

HostPA

FeedingPA

Feeding

21

In der gezeigten Darstellung einer Spinn-

faseranlage wird der in diesem Bericht vorge-

stellte ScrewDisc-Dosierer für die Polyamid-

granulatdosierung eingesetzt. Zusätzlich ist ein

RotoTube-Kleinstmengendosierer für Farbmikro-

granulate (ab 50g/h!) optional eingebunden. Das

Schema zeigt, dass die Steuerung einer

ScrewDisc-Mehrkomponentenstation sehr einfach

für weitere Dosierer erweitert werden kann. Es

werden lediglich weitere so genannte Congrav® -

CB als Module benötigt. Diese Controller-Typen

können auch beim Inline-Compounding ohne Ein-

schränkung für digitale Dosierdifferentialwaagen

mit Trogaktivierung

zur Pulverzugabe verwendet

werden (z.B. bei der PVC-Rohrprofilherstellung).

Resümee

Die Fa. Brabender Technologie als eines der welt-

weit führenden Unternehmen in der Herstellung

von Geräten für die Kunstoffindustrie hat auf der

Grundlage ihrer 50-jährigen Erfahrung und mit

über 40.000 Gerätelieferungen eine wirklich neu-

artige Dosier-Differentialwaage entwickelt, die

auch für anspruchsvolle Dosieraufgaben einge-

setzt werden kann. Der ScrewDisc-Dosierer

schlägt nicht nur im übertragenen Sinn, sondern

mit seinem vertikalen

Dosierstrom auch in der

Praxis eine neue Richtung ein. Das Gerät ist CE-

konform und wird ab sofort zu einem attraktiven

Preisleistungsverhältnis angeboten.

Für den Anwender ergibt sich durch die kurze

Umstellzeit am Dosierer bei Produktionswechsel

eine Reduzierung seiner Fehlzeiten und durch die

hohe Regelgüte einer vollwertigen Dosierdiffe-

In the staple fibre production line shown above

the ScrewDisc Feeder introduced in this report is

used for polyamide pellet feeding. In addition, a

RotoTube Micro Feeder is shown as an optional

feeder for micro colour pellets (from 50 g/hr!).

The diagram shows that the control system of a

multiple ScrewDisc Feeder installation can easily

be extended so as to be suitable for additional

metering feeders. Extension simply requires ad-

ditional modules called Congrav®-CB to be

added. These controllers can be used in inline

com-pounding processes without restrictions to

control digital loss-in-weight feeders with hopper

agitations

for powder feeding (e. g. in PVC pipe

production).

Conclusion

On the basis of 50 years of experience and more

than 40,0000 units supplied, Brabender Techno-

logie KG, one of the world's leading suppliers of

metering feeders for the plastics industries, has

developed a really novel loss-in-weight feeder,

which meets the most fastidious demands on

feeding.

The ScrewDisc Feeder does not only make a

change of course in a methaphoric sense but

also literally with its vertical

mass flow. The feed-

er complies with CE directives and is offered as

of now at an attractive cost-performance ratio.

For the user the short changeover times of the

feeder result in reduced production downtime and

thus in high economic efficiency. An important

rentialwaage die angestrebte Rohstoffeinspa-

rung. Die beiden wichtigsten Bedingungen zur

Erfüllung der eingangs genannten Amorti-

sationsformel werden so erfüllt!

Acknowledgement

contribution to comply with the amortization

formula mentioned at the beginning!

[1] R. Welsch, Schüttguttechnik i. d. Kunststoffindustrie, Stand der Dosiertechnik, VDI, S 140ff.

[2] Steiner, Haussymposium, Nürnberg, März 2005

[3] Prof.Vetter, Mechanische Brücken, paper at annual meeting, Brabender Technologie KG, Okt.2004

� Gravimetrische Dosiergeräte� Volumetrische Dosiergeräte� Chargenverwiegesysteme� Austragshilfen für Schüttgüter� Durchflussmessgeräte für Schüttgüter

Gesamtprogramm:

� Gravimetric Feeders� Volumetric Feeders� Batching Systems� Discharge Aids for Bulk Solids� Flow Meters for Bulk Solids

Total Program:

� Doseurs gravimétriques� Doseurs volumétriques� Systèmes de préparation de charges� Extracteurs pour des produits en vrac� Débitmètres pour produits pulvérulents

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