Wägesysteme für anspruchsvolle Produktionsumgebungen

Nicht zu erschüttern

24.03.2006 In jedem industriellen Produktionsprozess existieren äußere Umgebungseinflüsse, die sich bei der Gewichtsermittlung von Produkten negativ auf Präzision und Schnelligkeit ausüben können. Dazu zählen unter anderem Boden- und Gebäudeschwingungen sowie Schwingungen des Maschinengestells. Wägesysteme, die mit der AVC-Technologie (Active Vibration Compensation) ausgestattet sind, kompensieren diese mechanischen Störgrößen und liefern exakte Ergebnisse auch in gestörter Umgebung.

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Ein Hersteller dynamischer Wägetechnik und -systeme setzt seine AVC-Technologie speziell für die schnelle industrielle Verwiegung von Produkten in gestörter Umgebung ein. Mechanische Störgrößen, wie beispielsweise Schwingungen des Fußbodens oder des Gebäudes sowie Vibrationen des Maschinengestells, werden durch diese Technologie kompensiert. Vibrationen des Fußbodens etwa können durch benachbarte Maschinen oder Gabelstapler, die durch die Produktionshalle fahren, hervorgerufen werden und wirken sich negativ auf die Genauigkeit der Wägeergebnisse und die Schnelligkeit des Wägeprozesses aus. Besonders in getakteten Produktionsmaschinen treten extreme mechanische Schwingungen auf, die das Wägeergebnis massiv beeinflussen können. Ein typisches Beispiel sind Verpackungsmaschinen, die mit periodischen Handling-Bewegungen arbeiten. Für derartige Anwendungsfälle ist die AVC-Technik unerlässlich. Sie ermöglicht gerade bei solchen Applikationen eine präzise und schnelle Gewichtsermittlung und das unter Einhalten eichtechnischer Genauigkeitsanforderungen.

Perfekte Kombination: EDK mit AVC

Bei einer Wägezelle mit aktiver Störgrößenkompensation wird eine zusätzliche Messtechnik verwendet, die vorhandene Vibrationen separat ermittelt. Mehrere Sensoren erkennen sowohl translatorische Vibrationen als auch rotatorische Erschütterungen. Durch Subtraktion der Störsignale vom eigentlichen Gewichtssignal erhält man ein weitgehend störungsfreies Wägeergebnis. Die Gewichtsmessung und Ergebnisausgabe erfolgt innerhalb weniger Millisekunden bei voller Messgeschwindigkeit und mit einer Störunterdrückung bis zu Faktor 100. Ein Zeitverlust, wie bei herkömmlichen Filtertechniken, entsteht hier nicht.

Die Basis für Präzision, Schnelligkeit und Zuverlässigkeit ist das Prinzip der Elektrodynamischen Kraftkompensation (EDK). Die Arbeitsweise der elektrodynamisch kraftkompensierten Wägezelle ist mit einer einfachen Balkenwaage vergleichbar. Auf einer Seite des Wägebalkens (Lasteinleitungsseite) greift die zu ermittelnde Gewichtskraft (F) an. Dies hat zur Folge, dass sich die auf der anderen Seite des Wägebalkens befestigte Spule aus der Sollruhelage im Magnetfeld des Permanentmagneten (D) heraus bewegen will. Ein optisches Positionserkennungssystem (Lichtschranke (E)) erkennt jede minimale Auslenkung und meldet diese an einen hochpräzisen Positionsregler (G). Der regelt den Strom durch die Spule so, dass der Wägebalken in die Sollposition zurück gebracht wird und somit im Gleichgewicht bleibt. Die auftretende Auslenkung des Wägebalkens beträgt lediglich wenige Nanometer, ganz im Gegensatz zu wegbehafteten Kraftmessverfahren, wie etwa mit Dehnungsmessstreifen (DMS). Die durch die aufgelegte Last verursachte Gewichtskraft wird bei der EDK durch den Spulenstrom kompensiert. Dabei ist die Größe des Stromes direkt proportional zur Gewichtskraft. Der kraftproportionale Strom wird über einen Messwiderstand (R) gemessen, mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal gewandelt und in einem Mikroprozessorsystem zur direkten Ausgabe als digitaler Gewichtswert weiterverarbeitet.

Änderung der Vorlast wirdkompensiert

Eine Variation der montierten, kundenseitigen Vorlast wirkt sich bei der EDK lediglich auf den Spulenstrom aus und kann problemlos kompensiert werden. Die dynamischen Eigenschaften des Gesamtsystems bleiben jedoch nahezu unverändert.

Im Gegensatz dazu ist das wegbehaftete Messverfahren mit DMS wesentlich von der aufgelegten Last abhängig. Eine Änderung der Last am DMS-Biegestab – Nutzlast oder Vorlast – führt zur Änderung der mechanischen Eigenfrequenz. Das bedeutet, dass man vor Einsatz einer DMS-Zelle genau wissen muss, wie die Lasteigenschaften sind bzw. wo genau die Zelle zum Einsatz kommt. Deshalb ist der Einsatz der DMS-Messtechnik an kundenseitige Anlagen oftmals problematisch, im Vergleich zur EDK-Technologie für präzises und schnelles Wiegen.

Diese Wägezellen sind dank EDK optimal für verschiedenste Anforderungen geeignet und sind einfach und schnell in kundenseitige Prozesse integrierbar. Mit der beschriebenen AVC-Technologie wird ein neuer Standard in der dynamischen Wägetechnik gesetzt. Bereiche, in denen die präzise und schnelle Gewichtsermittlung schier unmöglich war, werden durch diese Lösung abgedeckt.

Heftausgabe: März-April 2006

Über den Autor

Sandra Hubach , PR & Öffentlichkeitsarbeit, Wipotec
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