Combinatiewegen: ontwerpgids

1. Inleiding

Het belang van wegen

Verpakkingsmachines worden gebruikt om een zeer precieze hoeveelheid materiaal af te meten en te verpakken die verkocht zal worden. Het waarborgen van een zo nauwkeurig mogelijk gewicht is cruciaal voor het bedrijf, omdat dit bijdraagt aan: - **Rendabiliteit** (geen overvulling en "gratis" verkopen), - **Productprestaties** (bijv. instant-dranken moeten de juiste hoeveelheid poeder bevatten voor een optimale reconstitutie), - **Regelgeving** (niet minder verkopen dan op de verpakking vermeld staat).

Sommige verpakkingsmachines zijn uitgerust met een eigen doseersysteem, zoals een of meerdere **spiraaldoseerders** die volumetrisch een gedefinieerde hoeveelheid materiaal afmeten. Andere machines beschikken niet over een dergelijk systeem, waardoor het noodzakelijk is deze functie *upstream* uit te voeren om ervoor te zorgen dat de verpakkingsmachine de juiste hoeveelheid ontvangt.

Een oplossing hiervoor is een **weegsysteem** dat het materiaal weegt en vervolgens aan de verpakkingsmachine afgeeft. Een veelgebruikt ontwerp hiervoor is de **combinatieweg**. Dit technisch artikel leggen we uit wat een combinatieweg is en hoe deze werkt.

2. Onderdelen van combinatiewegen

Combinatiewegen, ook wel **multihead-weegsystemen** genoemd, danken hun naam aan het feit dat ze incrementale hoeveelheden materiaal doseren in kleine **tussenhoppers**, waarna een combinatie van deze voorgewogen hoppers wordt gebruikt om een groter doelgewicht te bereiken.

Hoewel details en opties kunnen variëren per leverancier, is er een algemeen geaccepteerd ontwerp door fabrikanten.

Combinatiewegen bestaan uit de volgende componenten:

• Invoertrechter

• Bovenkegel

• Lineaire trilinrichtingen

• Voedingshoppers

• Weeghoppers

• Afvoerschacht

• Samenvoegtrechter

2.1 Invoertrechter

De **invoertrechter** dient als het startpunt voor materiaaltoevoer naar de combinatieweg. Gepositioneerd aan het begin van het doseerproces, ontvangt deze materiaal van een *upstream*-proces, meestal via een voeder, zoals een **schroeftransportband** of **trilgoten**. De invoertrechter leidt de materiaalstroom naar de daaropvolgende componenten en initieert zo de precieze doseersequentie.

2.2 Bovenkegel

De **bovenkegel** speelt een cruciale rol bij het waarborgen van een gelijkmatige materiaalverdeling over de combinatieweg. Gepositioneerd boven de lineaire trilinrichtingen, maakt de bovenkegel gebruik van geavanceerde geometrieën om het materiaal gelijkmatig te verspreiden. Deze gelijkmatige verdeling is essentieel voor een nauwkeurig doseerproces, aangezien het de hoeveelheid materiaal beïnvloedt die aan elke **voedingshopper** wordt toegewezen.

2.3 Lineaire trilinrichtingen

De **lineaire trilinrichtingen** zijn strategisch rond de bovenkegel geplaatst en zijn verantwoordelijk voor de gecontroleerde dosering van materiaal in individuele **voedingshoppers**. Deze trilinrichtingen maken gebruik van geavanceerde triltechnologie om de materiaalstroom te reguleren, waardoor consistentie en nauwkeurigheid worden gegarandeerd. De precieze coördinatie van de lineaire trilinrichtingen draagt bij aan de effectiviteit van de combinatieweg bij het bereiken van de gewenste doelgewichten.

2.4 Voedingshoppers

De **voedingshoppers**, geplaatst onder de lineaire trilinrichtingen, verzamelen het gedoseerde materiaal in discrete hoeveelheden. Elke voedingshopper correspondeert met een specifieke trilinrichting, en hun opstelling zorgt voor een gemeten verzameling van materiaal voordat het doorgaat naar de volgende weegfase. Het materiaal in de voedingshoppers wordt vervolgens overgebracht naar **weeghoppers** voor een precieze gewichtsmeting.

Multihead-weegsystemen zijn doorgaans uitgerust met **10 tot 24 (of zelfs 32) kleine hoppers**. Hoe meer hoppers, des te sneller het systeem kan wegen (hoewel dit ook meer ruimte inneemt en duurder is).

2.5 Weeghoppers

De **weeghoppers** zijn voorzien van **krachtsensoren (load cells)** die een nauwkeurige en realtime gewichtsmeting van het materiaal mogelijk maken. Het besturingssysteem van de combinatieweg past de trilling en sluiting van de voedingshoppers aan om het gewenste doelgewicht in elke weeghopper te bereiken. De cumulatieve gewichten van meerdere weeghoppers worden intelligent gecombineerd om het totale doelgewicht te behalen.

2.6 Afvoerschacht

De **afvoerschacht** fungeert als geleider voor het materiaal nadat dit nauwkeurig is gewogen in de combinatie van weeghoppers. Op basis van de combinatie die het dichtst bij het doelgewicht komt, openen de weeghoppers, waardoor het materiaal via de afvoerschacht stroomt. Deze gecontroleerde afvoer zorgt voor een precieze overdracht van materiaal naar *downstream*-processen.

2.7 Samenvoegtrechter

De **samenvoegtrechter** is geplaatst aan het einde van de combinatieweg en dient als tijdelijke opslag en buffer. Uitgerust met **aangestuurde kleppen**, beheert de samenvoegtrechter de materiaalstroom en wacht tot de *downstream* verpakkingsmachine het product aanvraagt. Deze intelligente buffering zorgt voor een vlotte en ononderbroken productiestroom, wat de algehele efficiëntie van het verpakkingsproces verhoogt.

3. Werkingsprincipe van een combinatieweg

De combinatieweg moet worden voorzien van materiaal vanuit een *upstream*-proces, meestal een **hopper** met een voeder, zoals een **schroeftransportband** of **trilgoten**. De voeder doseert materiaal naar de invoertrechter van de combinatieweg, waarna het te doseren product een **bovenkegel** bereikt, waarvan de functie is om het materiaal gelijkmatig over de combinatieweg te verdelen.

Een gelijkmatige verdeling is cruciaal, omdat een set trilvoeders, cirkelvormig rond de bovenkegel geplaatst, het materiaal vervolgens moet doseren naar hoppers onder elke lineaire trilinrichting.

Het te doseren materiaal valt van elke voeder in een **voedingshopper** en vervolgens in een **weeghopper**, die op krachtsensoren is gemonteerd. Het besturingssysteem van de combinatieweg past de trilling en sluiting van de voedingshopper aan om het gewenste doelgewicht in de weeghopper te bereiken.

Het is echter belangrijk om te begrijpen dat het doelgewicht in een enkele weeghopper niet het uiteindelijke vulgewicht is. Het systeem verdeelt het totale gewicht namelijk over meerdere hoppers. Bijvoorbeeld: als de machine een totaal van **100 g** moet wegen, kan het doel per hopper **25 g** bedragen. Vervolgens combineert de machine meerdere weeghoppers om het uiteindelijke vulgewicht te bereiken.

Voorbeeld: als de machine **14 weeghoppers** heeft, zijn er op een bepaald moment **6** klaar om te lossen, met de volgende gewichten in gram: **22,5; 27; 25; 22; 21; 24,5**

De machine bepaalt welke hoppers moeten worden geselecteerd om zo dicht mogelijk bij **100 g** te komen, bijvoorbeeld: **24,5 + 25 + 27 + 22,5 = 99 g**

Zodra de machine de te gebruiken hoppers heeft geselecteerd, opent deze ze, waarna het materiaal in de **afvoerschacht** en vervolgens in de **samenvoegtrechter** valt. De samenvoegtrechter kan zijn voorzien van **aangestuurde kleppen** om het materiaal te bufferen en te wachten tot de *downstream* verpakkingsmachine het product aanvraagt.

4. Dimensionering van een nieuwe combinatieweg

De dimensionering van een nieuwe combinatieweg hangt af van de volgende factoren:

• De eigenschappen van het te doseren product: **vloeibaarheid, kleverigheid, bulkdichtheid**
• De hoeveelheid te doseren materiaal
• De snelheid van de verpakkingsmachine
• De te bereiken nauwkeurigheid

4.1 Te doseren product

Het is essentieel om het te doseren product te begrijpen: - Is het relatief fijn? (Bij te fijn en stoffig materiaal zijn combinatiewegen, die open systemen zijn, mogelijk niet de juiste keuze.) - Is het korreliger, wat gunstiger is voor combinatiewegen? - Is het kleverig of olieachtig? In dat geval zijn speciale afwerkingen, zoals **gedimplede oppervlakken**, nodig. Dergelijke eigenschappen kunnen ook de vorm van de **voedings-** en **weeghoppers** beïnvloeden om de reinigbaarheid te verbeteren (hoeken met een **veelhoekige vorm** of **afgeronde hoeken** zijn gemakkelijker schoon te maken). Wat is de **bulkdichtheid**, die de grootte van de hoppers en het aantal hoppers bepaalt dat geactiveerd moet worden om het doelgewicht te bereiken?

4.2 Hoeveelheid te doseren materiaal

De te doseren hoeveelheid is afhankelijk van de verpakkingsmachine die *downstream* van de combinatieweg is geplaatst. Het is belangrijk om het bereik van vulgewichten te definiëren, evenals het overeenkomstige bereik van bulkdichtheden van de te verpakken producten.

4.3 Snelheid van de verpakkingsmachine

De combinatieweg moet product kunnen leveren zodra een zak, sachet, stick, etc. klaar is bij de verpakkingsmachine. Machines die kleine verpakkingsgewichten verwerken, kunnen zeer snel zijn (tot **100 verpakkingen per minuut**), waardoor de weegschaal dienovereenkomstig moet worden ontworpen. Bijvoorbeeld met verschillende stadia (**voedingshopper, weeghopper, samenvoegtrechter**) die meerdere ladingen kunnen bufferen en de cyclusduur kunnen verbeteren.

4.4 Te bereiken nauwkeurigheid

De nauwkeurigheid kan niet onafhankelijk van de bovenstaande ontwerpparameters worden ingesteld. Het verhogen van de snelheid zal waarschijnlijk leiden tot een lagere nauwkeurigheid, en kleinere gewichten zullen resulteren in een grotere relatieve fout. Ook de producteigenschappen hebben een sterke invloed op de nauwkeurigheid. Bijvoorbeeld: als een korrelig product wordt gedoseerd, kan de nauwkeurigheid afhangen van het al dan niet vallen van een stukje materiaal aan het einde van de dosering.

Naast de nauwkeurigheid is het ook belangrijk om het **procesvermogen** van de machine te begrijpen. Bijvoorbeeld: de leverancier kan specificeren dat de nauwkeurigheid **1,5 g** bedraagt, maar is dit bij **1 sigma, 2 sigma, 3 sigma**? Dit moet met de leverancier worden verduidelijkt.

5. Speciale ontwerpen van combinatiewegen

Leveranciers kunnen specifieke ontwerpen aanbieden om aan zeer speciale behoeften in **fabrieken** te voldoen.

5.1 Co-dosering, mengen

Tot nu toe is ervan uitgegaan dat een multihead-weegsysteem slechts **één type materiaal** per keer kan verwerken. Dit is niet per se waar; het is namelijk mogelijk om de weegschaal te voeden met **2 of zelfs 4 producten** en een specifiek gewicht per ingrediënt in te stellen. De **hoppers** van de machine zijn verdeeld in **2 tot 4 zones** en wegen elk van de componenten parallel, waarna de ingrediënten gezamenlijk worden gelost. Hierdoor kunnen **2-4 componenten** in één verpakking worden aangebracht.

Deze oplossing vereist een complexere *upstream*-inrichting, aangezien de weegschaal continu moet worden gevoed vanuit verschillende hoppers (één per ingrediënt). Hoe meer ingrediënten, des te groter het multihead-weegsysteem moet zijn, met name als een hoge snelheid vereist is.

Dit kan een oplossing zijn om een complete **menglijn** te vermijden als de recepten relatief eenvoudig zijn.

5.2 Meervoudige afvoerpunten

Het is ook mogelijk om niet één, maar **meerdere uitlaten** voor de combinatieweg te hebben. Elke uitlaat is verbonden met een gedefinieerd aantal **weeghoppers** die de vereiste hoeveelheid wegen en lossen. Dit leidt tot een toename van het aantal weeghoppers om ervoor te zorgen dat er per uitlaat voldoende beschikbaar zijn, zodat het systeem als combinatieweg kan functioneren.

5.3 Natte reiniging

Sommige toepassingen vereisen mogelijk dat de weegschaal wordt schoongespoten. Dit is mogelijk, mits dit tijdens het ontwerp is meegenomen: een gesloten systeem met een hoge IP-beschermingsklasse, hygiënisch ontwerp met zelfdrainerende oppervlakken die het droogproces versnellen.

6. Probleemoplossing bij combinatieweegschalen

Uitdagingen en beperkingen	Beschrijving
Materiaalkenmerken	Variatie in deeltjesgrootte of dichtheid kan de weegnauwkeurigheid beïnvloeden.
Systeemkalibratie	Regelmatig onderhoud en herkalibratie zijn vereist om kalibratie-afwijkingen te voorkomen.
Snelheid en doorvoer	Hogesnelheidsproductie kan de nauwkeurigheid uitdagen, waardoor aanpassingen nodig zijn voor een snelle materiaalstroom.
Aanbakken van materiaal	Materialen met sterke adhesieve eigenschappen kunnen aan de voedertrechter plakken, wat de doseernauwkeurigheid beïnvloedt.
Trillingsproblemen	Precieze trillingskalibratie is cruciaal om variaties in materiaalstroom en doseeronnauwkeurigheden te voorkomen.
Onderhoudsvereisten	Mechanische componenten kunnen slijtage vertonen, waardoor regelmatig onderhoud noodzakelijk is.
Integratie-uitdagingen	Het waarborgen van compatibiliteit met upstream- en downstreamprocessen is essentieel voor de systeemefficiëntie.
Complexe besturingssystemen	De complexiteit van programmering kan uitdagingen opleveren tijdens de installatie, waardoor opgeleid personeel vereist is.
Milieufactoren	Variaties in temperatuur en vochtigheid kunnen de prestaties van gevoelige componenten beïnvloeden.
Kruiscontaminatie van materialen	Volledige lediging van de weegtrechters is cruciaal om kruiscontaminatie tussen materialen te voorkomen.
Productwisselingen	Het wisselen van producten kan aanpassingen en herkalibratie vereisen, wat kan leiden tot stilstandtijd.
Beperkt tot vrije-stromende materialen	Combinatieweegschalen zijn mogelijk beter geschikt voor vrije-stromende materialen; cohesieve of niet-vrijstromende materialen kunnen uitdagingen opleveren.

7. Aanschaf van een combinatieweegschaal

7.1 Tweedehands combinatieweegschalen

Bij de aankoop van een tweedehands combinatieweegschaal moeten verschillende factoren in overweging worden genomen om de juiste aankoop te garanderen. Hier volgen enkele belangrijke factoren:

• Gebruik van de weegschaal: Bepaal de specifieke toepassing en vereiste functies. Overweeg bijvoorbeeld of de weegschaal zal worden gebruikt voor het wegen van grote verpakkingen in een distributiecentrum of voor andere specifieke doeleinden.

• Plaats in de industriële omgeving: Overweeg waar de weegschaal zal worden gebruikt om ervoor te zorgen dat deze geschikt is voor die omgeving.

• Capaciteit: Evalueer het maximale gewicht dat de weegschaal moet kunnen verwerken om de juiste capaciteit te bepalen.

• Nauwkeurigheid: Beoordeel het vereiste nauwkeurigheidsniveau voor uw processen en zorg ervoor dat de tweedehands weegschaal hieraan voldoet.

• Merk en prijs: Dit zijn belangrijke factoren bij de aankoop van tweedehands producten. Overweeg de reputatie van het merk en de prijs van de tweedehands combinatieweegschaal.

• Risico: Evalueer mogelijke risico's die gepaard gaan met de tweedehands aankoop, zoals de staat van de apparatuur en de betrouwbaarheid van de verkoper.

• Onderhoud en ondersteuning: Overweeg de beschikbaarheid van onderhoudsdiensten en technische ondersteuning voor de specifieke tweedehands combinatieweegschaal die u overweegt.

Deze factoren helpen bij het nemen van een weloverwogen beslissing bij de aankoop van een tweedehands combinatieweegschaal, zodat deze voldoet aan uw operationele eisen en waarde biedt voor uw investering.

7.2 Leveranciers van combinatieweegschalen

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

Let op: PowderProcess.net heeft geen relatie met deze bedrijven.

Persoonlijke ervaring van de auteur

Diverse internetbronnen