Kombinationswaage: Design-Leitfaden

1. Einführung

Die Bedeutung des Wägens

Abfüllmaschinen werden eingesetzt, um eine sehr präzise Materialmenge abzufüllen und zu verpacken, die später verkauft wird. Die Gewährleistung einer möglichst genauen Gewichtsabfüllung ist für das Unternehmen von entscheidender Bedeutung, da sie die Rentabilität der Produktion sichert (Vermeidung von Überfüllung und "kostenlosem" Verkauf), die Produktleistung gemäß den Verbrauchererwartungen erfüllt (z. B. müssen Instantgetränke die richtige Pulvermenge für eine gute Rekonstitution enthalten) und die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben gewährleistet (kein Verkauf unter dem deklarierten Gewicht).

Einige Abfüllmaschinen sind mit einem eigenen Dosiersystem ausgestattet, z. B. einer oder mehreren Dosierschnecken, die eine definierte Materialmenge volumetrisch abfüllen. Andere Maschinen verfügen nicht direkt über ein solches Dosiersystem, sodass diese Funktion vor der Abfüllung durchgeführt werden muss, um sicherzustellen, dass die Abfüllmaschine die richtige Menge erhält.

Eine Möglichkeit besteht darin, ein Waagensystem einzusetzen, das das abzufüllende Material wiegt und es dann an die Abfüllmaschine abgibt. Eine weit verbreitete Lösung ist die sogenannte Kombinationswaage. Dieser technische Artikel erklärt, was eine Kombinationswaage ist und wie sie funktioniert.

2. Komponenten der Kombinationswaage

Kombinationswaagen, auch Mehrkopfwaagen genannt, verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie inkrementelle Materialmengen in kleine Behälter (Hopper) dosieren und dann eine Kombination dieser vorgewogenen Behälter verwenden, um ein größeres Zielgewicht zu erreichen.

Ein allgemeines Design wurde von den Herstellern weitestgehend übernommen, obwohl Details und Optionen je nach Anbieter variieren können.

Kombinationswaagen bestehen aus folgenden Komponenten:

• Einfülltrichter

• Oberer Konus

• Linearschwingförderer

• Zuführbehälter (Feed Hoppers)

• Wägebehälter (Weigh Hoppers)

• Austragsrutsche

• Sammeltrichter (Collating Funnel)

2.1 Einfülltrichter

Der Einfülltrichter dient als Eintrittspunkt für das Material in die Kombinationswaage. Er befindet sich am Anfang des Dosierprozesses und nimmt das Material von einem vorgelagerten Prozess auf, in der Regel über einen Zuteiler wie einen Schneckenförderer oder eine Schwingrinne. Der Einfülltrichter leitet den Materialfluss zu den nachfolgenden Komponenten und initiiert so die präzise Dosiersequenz.

2.2 Oberer Konus

Der obere Konus spielt eine entscheidende Rolle bei der gleichmäßigen Materialverteilung in der Kombinationswaage. Er ist oberhalb der Linearschwingförderer positioniert und nutzt ausgeklügelte Geometrien, um das Material gleichmäßig zu verteilen. Diese gleichmäßige Verteilung ist für den präzisen Dosierprozess von entscheidender Bedeutung, da sie die Menge des Materials beeinflusst, die jedem Zuführbehälter zugeführt wird.

2.3 Linearschwingförderer

Die Linearschwingförderer sind strategisch um den oberen Konus angeordnet und verantwortlich für die kontrollierte Dosierung des Materials in die einzelnen Zuführbehälter. Diese Förderer nutzen fortschrittliche Schwingungstechnologie, um den Materialfluss zu regulieren und so Konsistenz und Genauigkeit zu gewährleisten. Die präzise Koordination der Linearschwingförderer trägt zur Effektivität der Kombinationswaage bei, um die gewünschten Zielgewichte zu erreichen.

2.4 Zuführbehälter (Feed Hoppers)

Die Zuführbehälter sind unterhalb der Linearschwingförderer positioniert und sammeln das dosierte Material in diskreten Mengen. Jeder Zuführbehälter entspricht einem bestimmten Linearschwingförderer, und ihre Anordnung ermöglicht das gemessene Sammeln von Material, bevor es zur nächsten Wägestufe weitergeleitet wird. Das Material in den Zuführbehältern wird dann in die Wägebehälter überführt, um eine präzise Gewichtsbestimmung durchzuführen.

Mehrkopfwaagen sind in der Regel mit 10 bis 24 (oder sogar 32) kleinen Behältern ausgestattet. Je mehr Behälter vorhanden sind, desto schneller kann die Maschine wiegen (natürlich benötigt sie dann mehr Platz und ist teurer).

2.5 Wägebehälter (Weigh Hoppers)

Die Wägebehälter sind mit Wägezellen ausgestattet, die eine präzise und Echtzeit-Gewichtsbestimmung des enthaltenen Materials ermöglichen. Das Steuersystem der Kombinationswaage passt die Schwingung und den Verschluss der Zuführbehälter an, um das gewünschte Zielgewicht in jedem Wägebehälter zu erreichen. Die kumulativen Gewichte mehrerer Wägebehälter werden intelligent kombiniert, um das Gesamtzielgewicht zu erreichen.

2.6 Austragsrutsche

Die Austragsrutsche dient als Leitung für das Material, nachdem es in der Kombination der Wägebehälter präzise gewogen wurde. Basierend auf der Kombination, die dem Zielgewicht am nächsten kommt, öffnen sich die Wägebehälter, und das Material fließt durch die Austragsrutsche. Dieser kontrollierte Austrag gewährleistet einen präzisen Materialtransfer zu den nachgelagerten Prozessen.

2.7 Sammeltrichter (Collating Funnel)

Der Sammeltrichter befindet sich am Ende der Kombinationswaage und dient als temporäres Lager- und Puffersystem. Er ist mit betätigten Klappen ausgestattet, die den Materialfluss steuern und auf die Anforderung der nachgelagerten Abfüllmaschine warten. Dieses intelligente Puffern sorgt für einen reibungslosen und unterbrechungsfreien Produktionsfluss und erhöht die Effizienz des Abfüllprozesses.

3. Funktionsprinzip einer Kombinationswaage

Die Waage muss mit Material von einem vorgelagerten Prozess versorgt werden, in der Regel ein Trichter mit einem Zuteiler wie einem Schneckenförderer oder einer Schwingrinne. Der Zuteiler gibt das Material in den Einfülltrichter der Kombinationswaage ab, und das zu dosierende Produkt erreicht dann einen oberen Konus, dessen Funktion darin besteht, das Material gleichmäßig auf der Kombinationswaage zu verteilen.

Eine gleichmäßige Verteilung des Materials ist entscheidend, da ein Satz Schwingförderer, die kreisförmig um den oberen Konus angeordnet sind, das Material anschließend in die darunter liegenden Behälter dosieren muss.

Das zu dosierende Material fällt von jedem Förderer in einen Zuführbehälter und dann in einen Wägebehälter, der auf Wägezellen positioniert ist. Das Steuersystem der Kombinationswaage passt die Schwingung und den Verschluss des Zuführbehälters an, um das gewünschte Zielgewicht im Wägebehälter zu erreichen.

Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass das Zielgewicht in einem einzelnen Wägebehälter nicht dem abzufüllenden Zielgewicht entspricht. Tatsächlich verteilt die Maschine das Gesamtgewicht auf mehrere Behälter. Wenn die Maschine beispielsweise insgesamt 100 g wiegen muss, könnte sie 25 g pro Behälter anstreben. Anschließend kombiniert die Maschine mehrere Wägebehälter, um das abzufüllende Zielgewicht zu erreichen.

Beispiel: Wenn die Maschine 14 Wägebehälter hat, sind zu einem bestimmten Zeitpunkt 6 davon bereit zur Entleerung, mit den folgenden Gewichten in Gramm: 22,5; 27; 25; 22; 21; 24,5.

Die Maschine prüft, welche Behälter ausgewählt werden müssen, um so nah wie möglich an 100 g zu kommen, z. B. hier: 24,5 + 25 + 27 + 22,5 = 99 g.

Sobald die Maschine die zu verwendenden Behälter ausgewählt hat, öffnet sie diese, das Material fällt in die Austragsrutsche und dann in den Sammeltrichter. Der Sammeltrichter kann mit betätigten Klappen ausgestattet sein, um die Materialmenge zu puffern und auf die Anforderung der nachgelagerten Abfüllmaschine zu warten.

4. Auslegung einer neuen Kombinationswaage

Die Auslegung einer neuen Kombinationswaage hängt von folgenden Faktoren ab:

• Das zu dosierende Produkt: Fließfähigkeit, Klebrigkeit, Schüttdichte
• Die abzufüllende Materialmenge
• Die Geschwindigkeit der Abfüllmaschine
• Die zu erreichende Genauigkeit

4.1 Zu dosierendes Produkt

Es ist sehr wichtig, das zu dosierende Produkt zu verstehen: Ist es relativ fein (wenn es zu fein und staubig ist, sind Kombinationswaagen, die offene Systeme sind, möglicherweise nicht die richtige Wahl), oder eher granular, was für Kombinationswaagen günstiger ist? Ist es klebrig oder ölig? In diesem Fall sind spezielle Oberflächenbehandlungen wie genoppte Flächen erforderlich. Solche Eigenschaften können auch die Form der Zuführ- und Wägebehälter beeinflussen, um die Reinigungsfähigkeit zu verbessern (mehreckige Behälter oder abgerundete Ecken sind leichter zu reinigen). Wie hoch ist die Schüttdichte, die die Größe der Behälter und die Anzahl der zu aktivierenden Behälter beeinflusst, um das Zielgewicht zu erreichen?

4.2 Abzufüllende Materialmenge

Die abzufüllende Menge hängt von der Abfüllmaschine ab, die sich nachgelagert zur Kombinationswaage befindet. Es ist wichtig, den Füllgewichtsbereich sowie den entsprechenden Schüttdichtebereich der abzufüllenden Produkte zu definieren.

4.3 Geschwindigkeit der Abfüllmaschine

Die Kombinationswaage muss in der Lage sein, Produkt zu liefern, sobald ein Beutel, Sachet, Stick usw. an der Abfüllmaschine bereit ist. Maschinen, die kleine Verpackungsgewichte verarbeiten, können sehr schnell sein, bis zu 100 Packungen pro Minute. Die Waage muss daher entsprechend ausgelegt sein, z. B. mit verschiedenen Stufen (Zuführbehälter, Wägebehälter, Sammeltrichter), die mehrere Chargen puffern und die Zykluszeit verbessern können.

4.4 Zu erreichende Genauigkeit

Die Genauigkeit kann nicht unabhängig von den oben genannten Auslegungsparametern festgelegt werden. Tatsächlich führt eine Erhöhung der Geschwindigkeit wahrscheinlich zu einer geringeren Genauigkeit, und kleinere Gewichte führen zu einem größeren relativen Fehler. Auch die Produkteigenschaften beeinflussen die Genauigkeit stark, z. B. kann bei einem granularen Produkt die Genauigkeit davon abhängen, ob am Ende der Dosierung ein Stück fällt oder nicht.

Zusätzlich zur Genauigkeit ist es wichtig, die Prozessfähigkeit der Maschine zu verstehen. Wenn der Lieferant z. B. 1,5 g angibt, bezieht sich dies auf 1 Sigma, 2 Sigma, 3 Sigma usw.? Dies muss mit dem Lieferanten geklärt werden.

5. Spezialausführungen von Kombinationswaagen

Lieferanten können spezielle Ausführungen anbieten, um sehr spezielle Anforderungen in Anlagen zu erfüllen.

5.1 Co-Dosierung, Mischen

Bisher sind wir davon ausgegangen, dass Mehrkopfwaagen nur eine Art von Material auf einmal verarbeiten können. Das ist nicht zwingend der Fall. Es ist tatsächlich möglich, die Waage mit 2 oder sogar 4 Produkten zu beschicken und für jede der Komponenten ein spezifisches Gewicht zu programmieren. Die Behälter der Maschine sind in 2 bis 4 Zonen unterteilt und wiegen parallel jede der Komponenten, geben dann die Zutaten gemeinsam ab, sodass 2–4 Komponenten in der Verpackung enthalten sein können.

Diese Lösung erfordert einen komplexeren vorgelagerten Prozess, da die Waage kontinuierlich aus verschiedenen Trichtern (je einer pro Zutat) beschickt werden muss. Je mehr Zutaten es gibt, desto größer muss die Mehrkopfwaage sein, insbesondere wenn eine hohe Geschwindigkeit erreicht werden soll.

Dies kann eine Lösung sein, um eine vollständige Mischanlage zu vermeiden, wenn die Rezepte relativ einfach sind.

5.2 Mehrpunkt-Austrag

Es ist auch möglich, nicht nur einen, sondern mehrere Auslässe für die Kombinationswaage vorzusehen. Jeder Auslass ist mit einer definierten Anzahl von Wägebehältern verbunden, die die erforderliche Menge wiegen und abgeben. Dies führt zu einer Erhöhung der Anzahl der Wägebehälter, um sicherzustellen, dass pro Auslass noch genug Behälter vorhanden sind, damit die Waage weiterhin als Kombinationswaage funktionieren kann.

5.3 Nassreinigung

In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, die Waage abzuspülen. Dies ist möglich, sofern es bereits im Design berücksichtigt wurde: dichtes System mit hoher IP-Schutzart, hygienegerechte Ausführung mit selbstentleerenden Oberflächen, die die Trocknung beschleunigen.

6. Fehlerbehebung bei Kombinationswaagen

Herausforderungen und Grenzen	Beschreibung
Materialeigenschaften	Schwankungen in der Partikelgröße oder Dichte können die Wiegegenauigkeit beeinträchtigen.
Systemkalibrierung	Regelmäßige Wartung und Nachkalibrierung sind erforderlich, um Kalibrierungsdrift zu vermeiden.
Geschwindigkeit und Durchsatz	Hochgeschwindigkeitsproduktion kann die Genauigkeit beeinträchtigen und erfordert Anpassungen an den schnellen Materialfluss.
Materialanhaftung	Materialien mit hohen adhäsiven Eigenschaften können an den Einfülltrichter-Oberflächen haften, was die Dosiergenauigkeit beeinträchtigt.
Vibrationsprobleme	Eine präzise Vibrationskalibrierung ist entscheidend, um Schwankungen im Materialfluss und Dosierungenauigkeiten zu vermeiden.
Wartungsanforderungen	Mechanische Komponenten können Verschleiß aufweisen, was regelmäßige Wartung erfordert.
Integrationsherausforderungen	Die Kompatibilität mit vor- und nachgelagerten Prozessen ist entscheidend für die Effizienz des Systems.
Komplexe Steuerungssysteme	Die Programmierkomplexität kann bei der Inbetriebnahme Herausforderungen darstellen und erfordert geschultes Personal.
Umweltfaktoren	Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen können die Leistung empfindlicher Komponenten beeinflussen.
Material-Kreuzkontamination	Eine vollständige Entleerung der Wiegebehälter ist entscheidend, um Kreuzkontamination zwischen Materialien zu verhindern.
Produktwechsel	Produktwechsel können Anpassungen und Nachkalibrierungen erfordern, was zu Stillstandszeiten führt.
Begrenzt auf frei fließende Materialien	Kombinationswaagen eignen sich besser für frei fließende Materialien und stellen bei kohäsiven oder nicht frei fließenden Materialien eine Herausforderung dar.

7. Kauf einer Kombinationswaage

7.1 Gebrauchte Kombinationswaagen

Beim Kauf einer gebrauchten Kombinationswaage sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um den richtigen Kauf zu tätigen. Hier sind einige wichtige Aspekte, die zu beachten sind:

• Verwendung der Waage: Bestimmen Sie die spezifische Anwendung und die benötigten Funktionen. Prüfen Sie z. B., ob die Waage zum Wiegen großer Pakete in einem Verteilzentrum oder für andere spezifische Zwecke eingesetzt wird.

• Standort in der Industrieumgebung: Berücksichtigen Sie, wo die Waage eingesetzt wird, um sicherzustellen, dass sie für diese Umgebung geeignet ist.

• Kapazität: Bewerten Sie das maximale Gewicht, das die Waage verarbeiten muss, um die passende Kapazität zu bestimmen.

• Genauigkeit: Beurteilen Sie den erforderlichen Genauigkeitsgrad für Ihre Prozesse und stellen Sie sicher, dass die gebrauchte Waage diese Anforderungen erfüllt.

• Marke und Preis: Dies sind wichtige Faktoren beim Kauf gebrauchter Produkte. Berücksichtigen Sie den Ruf der Marke und den Preis der gebrauchten Kombinationswaage.

• Risiko: Bewerten Sie mögliche Risiken im Zusammenhang mit dem Gebrauchtkauf, wie z. B. den Zustand der Ausrüstung und die Zuverlässigkeit des Verkäufers.

• Wartung und Support: Prüfen Sie die Verfügbarkeit von Wartungsdienstleistungen und technischem Support für die spezifische gebrauchte Kombinationswaage, die Sie in Betracht ziehen.

Diese Faktoren helfen bei einer fundierten Kaufentscheidung für eine gebrauchte Kombinationswaage und stellen sicher, dass sie Ihren betrieblichen Anforderungen entspricht und einen Mehrwert für Ihre Investition bietet.

7.2 Lieferanten von Kombinationswaagen

• Bilwinco
• Combi
• Ishida
• Multipond
• Parsons Eagle
• Yamato

Hinweis: powderprocess.net steht in keiner Beziehung zu diesen Unternehmen.

Persönliche Erfahrung des Autors

Verschiedene Internetquellen