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Gewusst wie: Störende Einflüsse auf Wägeergebnisse minimieren

Kälte, Hitze, Luftströmungen: Zahlreiche Einflüsse können zu Abweichungen in Wägeprozessen führen, die unerwünscht sind und nur mit geeigneten Wägetechnologien und dem erforderlichen Hintergrundwissen vermieden werden können. Minebea Intec als einer der international führenden Hersteller industrieller Wäge- und Inspektionstechnologien weiß, welche Parameter auf dem Weg zum zuverlässigen Wägeergebnis beachtet werden müssen, und bietet Anwendern geeignete Lösungen.

Wenn das Abwiegen von privatem metallischem Restmüll in Kleinstmengen auf dem Wertstoffhof nicht auf das Gramm genau erfolgt, ist das kein Beinbruch. Für die Preisbestimmung zum Beispiel von Edelmetallen oder von industriell genutzten Waren sowie bei Wägevorgängen für die exakte Einhaltung festgelegter Rezepturen sind jedoch absolut akkurate Massenbestimmungen mit Genauigkeiten im Zehntelgramm-Bereich eine wichtige Voraussetzung für korrekte Preise und das Erreichen der erforderlichen Qualität. Um derart hohe Genauigkeiten zu erzielen, müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt und konstruktive Maßnahmen vorgenommen werden.

Als ein führender Hersteller industrieller Wäge- und Inspektionstechnologien ist Minebea Intec ein zuverlässiger Partner, um fehlerfreie automatische und manuelle Wäge- und Inspektionslösungen für verschiedenste Anwendungen und Industrien zu entwickeln. Das Unternehmen berücksichtigt bei der Konstruktion vieler Produkte von Anfang an, welche störenden Einflüsse es bei Wägeprozessen geben kann, und integriert geeignete Technologien zur Kompensation dieser Einflüsse.

Eine Frage des Standpunktes: Messort und -temperatur

Ob ein Messergebnis tatsächlich exakt die Masse einer Ware angibt, hängt nicht nur von der Qualität der eingesetzten Waage ab. Selbst wenn diese richtig installiert und justiert ist, können zahlreiche Faktoren das Ergebnis beeinflussen, die nicht auf den ersten Blick ersichtlich sind. So geht man beispielsweise meist davon aus, dass die Schwerkraft an allen Punkten der Erde immer gleich ist. Dies ist jedoch nicht der Fall, da die Erde nicht perfekt kugelrund ist und somit nicht überall die selbe Dichte aufweist. Auch der Abstand vom Äquator sowie die Distanz zum Erdmittelpunkt haben einen gewissen Einfluss. Bereits der Standortwechsel einer Waage in ein höher- oder tiefergelegenes Stockwerk verändert das Messergebnis im Bereich von 1 ppm, d.h. bei einer Last von 1000 g weicht das Wägeergebnis um 1 mg ab. Um derartige Abweichungen sicher zu vermeiden, bietet Minebea Intec seinen Kunden ein umfassendes Know-how und zahlreiche Ingenieursleistungen. Zum Angebot des Unternehmens zählen unter anderem mobile eichfähige Wägelösungen mit EMK Wägesystem (wie die Modelle Signum oder IS Plattformen), die zusätzlich ein eingebautes Justiergewicht haben. Hier kann man Abweichungen, die durch Standortänderung verursacht werden, immer korrigieren. Diese Systeme weisen eine hohe Flexibilität auf und liefern selbst über mehrere Breitengrade hinweg präzise Messergebnisse.

Die Temperatur beeinflusst das Messergebnis von Waagen ebenfalls relativ stark. Insbesondere Wärme kann bei Anlagen zu Problemen führen, die sich unter anderem in Änderungen der mechanischen Abmessungen, in der Entstehung von Kräften durch die Ausdehnung der verwendeten Materialien sowie in Änderungen der Leistung einzelner Wägekomponenten zeigen können. In extrem kalten Gebieten können verfälschte Wägeergebnisse durch Eis- und Schneelasten, z.B. auf Silos, oder durch Temperaturfehler in der Wägeelektronik entstehen. Industriewaagen müssen in eisiger Kälte die gleichen Ergebnisse liefern wie beim Einsatz in heißen Wüstengegenden, deren Temperaturen mehr als 100 Grad über denen im sibirischen Winter liegen können. Die Experten des Engineering Supports von Minebea Intec haben langjährige Erfahrungen mit derart extremen Anforderungen.

Mit ihrer hohen Hitzeresistenz sorgt beispielsweise die Wägezelle PR 6212 für sichere Prozesse, wie unter anderem in der Chemie- und Stahlindustrie. Das kompakte Produkt ist in einer optionalen Hochtemperaturversion für bis zu 180 °C verfügbar und absorbiert Temperaturschwankungen durch eine integrierte Abhebesicherung mit erweitertem horizontalem Spiel. Zudem sorgt eine hohe Vibrationsfestigkeit auch bei auftretenden Schwingungen für exakte Messergebnisse.

Temperaturschwankungen und die Abweichung vom justierten Temperatureinsatzbereich sollten ebenfalls vermieden werden, um korrekte Wägeergebnisse zu erzielen. Hat eine Industriewaage beispielsweise einen ausgewiesenen Empfindlichkeits-Temperaturkoeffizienten von ≤ 2 × 10-6/K und ist für den Einsatz bei 18 °C justiert, so kann ihre Empfindlichkeitsabweichung bis zu 0,6 mg/100 g betragen, wenn am Einsatzort eine Temperatur von 21 °C vorliegt.

Ein weiterer, von der Temperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft abhängiger Effekt tritt auf, wenn feuchte Luft über kalte Oberflächen strömt und sich dadurch Feuchtigkeit in Form von Kondensat auf den Oberflächen absetzt. Insbesondere wenn kleine Objekte auf einer hochauflösenden Waage verwogen werden, entstehen auf diese Weise fehlerhafte Messergebnisse.

Wie unerwünschte Luftveränderungen zu fehlerhaften Ergebnissen führen

Der mögliche Einfluss von Luftströmen, Luftauftrieb und Windkräften auf Wägeergebnisse wird oft unterschätzt. Diese Störfaktoren treten vor allem in Außenbereichen auf, wo bewegte Luft zum Beispiel bei hohen Silos einen Staudruck erzeugt, der reproduzierbare Wägeergebnisse erheblich erschwert. Vor allem bei liegenden Tanks kann starker Wind zudem zu Abhebekräften führen, die ein exaktes Verwiegen ebenfalls problematisch machen. Wie stark Luftströme Wägeergebnisse verfälschen, hängt dabei auch von Faktoren wie der Form und Größe eines Behälters, der Glätte seiner Oberfläche sowie dem Abstand zu anderen hohen Gebäuden ab, die Windschatten bieten können.

Neben der Beachtung möglicher negativer Einflüsse auf die Wägeergebnisse ist es bei der Konzeption von Freiluft-Wägelösungen enorm wichtig, alle Anlagenteile entsprechend der auftretenden Windkräfte belastbar und stabil genug auszulegen, um einen sicheren Betrieb mit korrekten Messergebnissen zu gewährleisten. Dazu zählt unter anderem eine ausreichende Dimensionierung der Kapazität der ausgewählten Wägezellen, der mechanischen Fesselungen und der Abhebesicherungselemente.

Für den Einsatz in vielen Anwendungen im Außenbereich eignet sich die Wägezelle Inteco®/PR 6203, der konsequenten Weiterentwicklung der bekannten PR 6201 von Minebea Intec. Die FlexLock-Einbausätze des Unternehmens minimieren den Einfluss von Bewegungen auf das Wägeergebnis, was insbesondere die negativen Einflüsse von Windkräften bei Wägeprozessen in Außenbereichen reduziert. Diese flexible, innovative Wägelösung für die Silo- und Behälterverwiegung zeichnet sich zudem durch ihre hohe Vibrationsbeständigkeit aus.

Elektrostatik und Magnetismus – und welche Maßnahmen präzise Ergebnisse sicherstellen

Elektrostatische Aufladungen üben Kräfte auf das zu verwiegende Material, die Wägelastplatte oder die Wägezelle aus und führen somit zu einer signifikanten Verfälschung der Messergebnisse sowie zu einer schlechten Wiederholbarkeit der Ergebnisse bei mehrmaligen Messungen. Dies gilt auch für magnetische Kräfte, die dann entstehen, wenn Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufeinandertreffen.

Bei vielen Materialien lässt sich statische Elektrizität durch ein antistatisches Spray oder ein ionisierendes Gebläse beseitigen. Magnetischen Kräften sollte durch einen ausreichenden Abstand des Messobjekts von allen magnetischen bzw. magnetisierten Teilen oder durch ein Entmagnetisieren oder Abschirmen des Objekts entgegengewirkt werden. Ist dies nicht möglich, so schafft unter Umständen eine Unterflurwaage Abhilfe.

Gerade die Verwiegungsprozesse in der Kunststoffproduktion stellen oft eine Herausforderung bezüglich der elektrostatischen Ladung dar, die das Wägeergebnis verfälschen kann. Durch den Einsatz eines Ionisators in seinen dynamischen Kontrollwaagen, wie etwa bei der Kontrollwaage WK+, kann die elektrostatische Aufladung neutralisiert werden: Die Kontrollwaage kombiniert praktische Features wie eine Abschirmhaube gegen Zugluft und einen Ionisator zur Minimierung der Aufladung mit hochpräziser und zuverlässiger Verwiegung. Mit solchen passgenauen Lösungen konnte Minebea Intec in zahlreichen Anwendungen die Neutralisierung von Kunststoffteilen und damit präzise Wägeergebnisse erzielen.

Vibrationen, Reibung, Überlast und seismische Kräfte – Wägelösungen für extreme Bedingungen

Vibrationen, Reibung, Überlast und Stoßbelastungen sind Faktoren, die ein Messergebnis bei Wägeprozessen massiv beeinflussen können und deshalb nach Möglichkeit vermieden oder zumindest begrenzt werden sollten. So entsteht Reibung beispielsweise dann, wenn Verbindungsstücke in Waagen nach längeren Betriebszeiten aufgrund von Produktablagerungen verhärten und unbeweglich werden oder wenn Schläuche und Kabelrinnen mit der Zeit ihre Flexibilität verlieren. Regelmäßige Reinigung und Wartung tragen dazu bei, die auf diese Weise verursachten Messfehler weitgehend zu vermeiden.

Erdbeben gehören zu den zerstörerischsten Kräften der Erde. Schon kleine seismische Lasten können Wägeprozesse verfälschen, bei schweren Beben besteht sogar die Gefahr, dass ganze Konstruktionen beschädigt oder zerstört werden. Beim Einsatz von Messtechnik in erdbebengefährdeten Gebieten bieten spezielle Einbausätze für Wägezellen eine gewisse Sicherheit in Bezug auf die thermische oder mechanische Expansion oder Kontraktion von Behältern, um das Risiko von Zusammenbruch der Konstruktion oder Umsturz von Silos zu vermeiden und entsprechenden Schutz bieten.

Die Wägezellen der Baureihe PR 6241 sind speziell für die Verwiegung von kleinen und mittleren Prozessbehältern und für das hochgenaue Dosieren konzipiert. Ihr einzigartiges Konstruktionsprinzip - die Kombination aus „echtem“ Scherkraftprinzip und Pendelstützenprinzip - ermöglicht in Verbindung mit den FlexLock-Einbausätzen den Ausgleich von Bewegungen, die durch mechanische oder thermische Kontraktion oder Expansion des Behälters bzw. der Auflagerkonstruktion entstehen. Einen anderen Lösungsweg bietet Novego, das innovative Wägemodul. Einzigartig im Markt garantiert Novego Messgenauigkeit selbst bei hohen Seitenkräften von bis zu 20 Prozent der Last. Die außerordentliche Querkraftunempfindlichkeit schließt entstehende Ungenauigkeiten durch Vibrationen aus, wodurch sie zum Beispiel ideal für die Verwiegung von Behältern mit Mixern eingesetzt werden kann. Zudem sorgt der integrierte Überlastschutz vieler Minebea Intec-Systeme für robuste Lösungen, die auch bei extremen mechanischen Belastungen noch einen sicheren Betrieb ermöglichen.

Wägezellen: Wichtige Kriterien für optimale Präzision

Nicht nur die beschriebenen allgemeinen oder umweltbedingten Faktoren können sich auf die Genauigkeit von Messergebnissen auswirken. Manchmal wird die Qualität der Messung bereits durch die Wahl der falschen Komponente, durch Einbaufehler oder durch Fehler beim Justieren und Kalibrieren negativ beeinflusst.

Eine leistungsfähige Lösung ist beispielsweise die dynamische Kontrollwaage Flexus von Minebea Intec. Sie ist auf Wunsch mit der hochpräzisen Wägezelle WZED erhältlich, die vor äußeren Einflüssen geschützt unter dem Wägeband liegt. Zudem sorgt eine maßgeschneiderte Zuführ- und Abführband-Konstruktion für eine beinahe vibrationsfreie Verwiegung. Neben einer höheren Geschwindigkeit und Präzision beim Verwiegen bietet diese Lösung auch eine elektromagnetische Kraftkompensation sowie eine geringere Störanfälligkeit gegenüber Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Wind. Produkte mit einem extrem niedrigen Mindestgewicht ab fünf Gramm können damit gemäß aller Standards eichfähig verwogen werden. WZED hat die MID-Zulassung für eichpflichtige Anwendungen mit Bandgeschwindigkeiten bis zu 3 m pro Sekunde erhalten und kann somit auch in Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit bis zu 600 Objekten pro Minute eingesetzt werden. Damit eignet sich diese Wägezelle besonders für die dynamische Verwiegung in der Süßwarenindustrie oder von Dosenprodukten sowie für den Einsatz in Branchen wie der Pharmazie, der Chemie oder der Kosmetikherstellung.

Mit den Industriewaagen der Combics®-Serie garantiert Minebea Intec ebenfalls langfristig zuverlässige Messergebnisse durch die Verwendung der bewährten, hochauflösenden Dehnungsmessstreifen-Technologie. Combics®-Waagen verfügen je nach Modell über Auflösungen bis 60.000 d. Combics®-Industriewaagen decken unterschiedlichste Wägeaufgaben in vielfältigen Industriebereihen ab und sind gemäß GMP, ISO, ATEX, OIML und FDA zertifiziert.

Auflösungen bis 620.000 d bieten die Signum® Industriewaagen und digitale IS Plattformen von Minebea Intec in der Ausführung Supreme, die auf Basis ihrer elektromagnetischen Kraftkompensationssysteme eine außergewöhnliche Präzision bei der Massenbestimmung erzielen. Die Signum® ist extrem solide und widerstandsfähig ausgeführt und lässt sich über eine sehr einfach bedienbare Benutzeroberfläche problemlos und perfekt an alle Umgebungsbedingungen im industriellen Umfeld anpassen.

Wie bei allen Industriewaagen müssen Anwender auch beim Einsatz von Combics- oder Signum-Waagen mögliche Umgebungseinflüsse beachten, um Abweichungen der Messergebnisse zu vermeiden.

Beratung vom Spezialisten

Vielfältige interne und externe Einflüsse können für fehlerhafte Ergebnisse bei der Ermittlung von Massen sorgen. Minebea Intec beschäftigt sich bereits seit Jahrzehnten mit dieser Problematik und kann Anwender auf Basis dieser Erfahrungen optimal bei der Auswahl der richtigen Wägetechnik sowie ihrer richtigen Installation, Justage und regelmäßige Kalibrierung unterstützen. Das umfassende Portfolio an Produkten und Serviceleistungen für automatische und manuelle Wäge- und Inspektionsprozesse des Unternehmens bietet für verschiedenste Anwendungen und Industrien maßgeschneiderte Lösungen, die auch beim Auftreten störender Einflüsse exakte Wägeergebnisse ermöglichen.

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