Entwurfsschema und Berechnung der Hauptparameter einer Mehrkopfwaage im praktischen Betrieb

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

Die Mehrkopfwaage (Verlustgewichtsdosierer) ist ein Gerät zur quantitativen Analyse des Nettogewichts. Sie wird hauptsächlich zur dynamischen, kontinuierlichen Nettogewichtsbestimmung während des gesamten Produktionsprozesses eingesetzt und ermöglicht die kontinuierliche Nettogewichts- und Mengenanalyse der zuzuführenden Rohstoffe. Zudem werden Informationen über den momentanen und den gesamten Rohstoffdurchfluss angezeigt. Das Grundprinzip basiert auf einer statischen Nettogewichtswaage. Hierbei kommt die Technologie der statischen Datenwaage zum Einsatz, und es wird eine Wägezelle verwendet. Um jedoch den Nettogewichtsverlust pro Zeiteinheit der Rohstoffwaage genauer zu ermitteln, ist es notwendig, den momentanen Gesamtdurchfluss der Rohstoffe im Bedienfeld der Mehrkopfwaage zu messen.

Die linke Seite von Abbildung 1 zeigt das Rahmendiagramm der Nettogewichtswaage. Sind keine Rohstoffe mehr im Nettogewichtslager vorhanden, kann das Rohstoffventil geöffnet werden. Sobald der maximale Füllstand erreicht ist, schließt sich das Ventil, und das Nettogewichtslager wird durch die Nettogewichtswaage gestützt. Um eine präzisere Wägung zu gewährleisten, sind Ober- und Unterseite des Wägelagers durch weiche Durchgänge und Ein- und Ausgänge miteinander verbunden. Maschinen und Anlagen an Vorder- und Rückseite sowie links und rechts werden nicht zum Nettogewicht der darin befindlichen Rohstoffe addiert. Die rechte Seite von Abbildung 1 zeigt die Draufsicht des gesamten kontinuierlichen Versorgungssystems. Dieses System ist in drei Zyklen unterteilt (die Abbildung zeigt drei Zyklussysteme).

Jeder Zyklus besteht aus zwei Zykluszeiten: Bei der Reduzierung des Nettogewichts im Lager steigt das Nettogewicht der Rohstoffe. Sobald der maximale Rohmaterialstand bei t1 erreicht ist, schließt das Rohmaterialventil, und die Förderschnecke beginnt mit der Entladung der Rohstoffe. Dabei sinkt das Nettogewicht. Nach einer gewissen Betriebszeit nimmt das Nettogewicht der Rohstoffe im Lager weiter ab. Sobald der minimale Rohmaterialstand bei t2 erreicht ist, öffnet sich das Rohmaterialventil wieder. Die Zeitspanne von t1 bis t2 bildet die Zykluszeit für die Zwangszufuhr. Nach einer gewissen Zeit steigt das Nettogewicht der Rohstoffe im Lager wieder an. Sobald bei t3 der maximale Rohmaterialstand erneut erreicht ist, schließt das Rohmaterialventil. Die Zeitspanne von t2 bis t3 wiederholt sich im Zwangszufuhrzyklus. Die Förderschneckengeschwindigkeit wird entsprechend dem momentanen Durchfluss angepasst, um einen stabilen Zufuhrzyklus zu gewährleisten. Während des gesamten Vorgangs bleibt das Drehzahlverhältnis der Förderschnecke konstant und wird durch die Konstantvolumenstromüberwachung sichergestellt. Da die Mehrkopfwaage dynamisches und statisches Wiegen sowie unterbrochene und kontinuierliche Zuführung optimal vereint, ist ihre Konstruktion dicht und eignet sich für Beton, Branntkalkpulver, Kohlenstaub, Lebensmittel, Medikamente und andere kleine Rohstoffe. Der Wiege- und Zuführvorgang zeichnet sich durch hohe Wiegegenauigkeit und Linearität aus. Die Zweikopfwaage arbeitet gemäß den Anforderungen des Hauptparameter-Designschemas.

Bei der Konstruktion einer Waage mit fehlender Nettogewichtsanzeige müssen unbedingt die wichtigsten Betriebsparameter wie Zuführhäufigkeit, Nachführvolumen, Nachführlagerkapazität und Nachführrate berücksichtigt werden. Andernfalls funktioniert die Waage nicht ordnungsgemäß. Beispielsweise erwarb ein Kunde für die Wartung von Geräten vor Ort eine Mehrkopfwaage von einem Hersteller. Zum Zeitpunkt des Kaufs wurden jedoch nur drei 100-kg-Gewichtssensoren mitbestellt.

Der Hersteller schickte einen Mitarbeiter vor Ort, um festzustellen, dass es sich bei dem Rohmaterial des Kunden um Borsäurelösung mit einer relativen Dichte von 1510 kg/m³ handelt. Der maximale Gesamtdurchfluss beträgt 36 kg/h, der übliche Gesamtdurchfluss liegt zwischen 21 und 24 kg/h. Aufgrund des geringen Gesamtdurchflusses verfügt der Trichter über drei 100-kg-Gewichtssensoren, obwohl er ein großes Fassungsvermögen besitzt. Dies deutet auf eine ungeeignete Modellauswahl hin. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Trichter während der Installation an eine Maschine mit Vibrationsquelle angeschlossen wird. Bei höherem Bedarf empfehlen wir, gemäß den folgenden bewährten Standards, eine Durchflussrate von 15 bis 20 Hüben pro Stunde zu wählen. Das Nettogewicht jeder zusätzlichen Zufuhr beträgt 36/15 bis 36/20, also 1,9 bis 2,4 kg. Das Nettogewicht des von jedem Gewichtssensor erfassten Rohmaterials liegt unter 1 kg, und der sinnvolle Messbereich beträgt etwa 0,5 bis 1 %.

Im Allgemeinen sollte der Messbereich des Gewichtssensors mindestens 10–30 % betragen, um eine genauere Wägung zu gewährleisten. Ausgehend vom Nettogewicht des Rohmaterials (2,4 kg) und dem Nettogewicht des Rohmateriallagers sowie der Rohmaterialmaschinen und -anlagen (z. B. Förderschnecke) ergibt sich ein Gesamtgewicht von ca. 10 kg. Bei Verwendung von drei Gewichtssensoren kann der Messbereich jedes Sensors zwischen 5 kg und 10 kg gewählt werden. Das bedeutet, dass die Anzahl der benötigten 100-kg-Sensoren um das 10- bis 20-Fache erhöht wird, was die Zuverlässigkeit der Mehrkopfwaage beeinträchtigt und die Wägegenauigkeit verringert.

Dieser Fall zeigt, dass das Konstruktionsschema der Mehrkopfwaage den Normen entsprechen muss und die Hauptparameter der Maschinenausstattung und des Betriebs der Mehrkopfwaage nicht ohne Messung festgelegt werden können. 3. Berechnung der Hauptparameter des Konstruktionsschemas für den Betrieb der Mehrkopfwaage. 3.1 Berechnung der Zuführfrequenz.

Bei Mehrkopfwaagen gilt: Je größer das Verhältnis der Kraftzufuhrzyklen (Zeitverhältnis = Kraftzufuhrzyklus/Nachschubzyklus) in jedem Kreislaufsystem ist, desto besser; im Allgemeinen sollte es 10:1 überschreiten. Dies liegt daran, dass die Kraftzufuhr eine deutlich höhere Zykluszeitgenauigkeit als die Nachschubzykluszeit ermöglicht. Je länger die Kraftzufuhrzykluszeit ist, desto höher ist die Gesamtgenauigkeit der Mehrkopfwaage. Die Frequenz des Kreislaufsystems pro Zeiteinheit wird bei höherem Bedarf üblicherweise als Frequenz pro Stunde angegeben, d. h. Zyklen/h.

Ausgehend vom höheren Bedarf pro Stunde ist die Bedarfszeitkonstante pro Zeiteinheit (z. B. pro Sekunde) die Voraussetzung. Je geringer die Frequenz des Zirkulationssystems, desto größer die Zufuhrmenge pro Zyklus, desto höher die Kapazität und das Nettogewicht des Nettogewichtslagers und desto geringer die Genauigkeit der Schwerelosigkeitsmessung mittels vieler Wägezellen. Umgekehrt gilt: Je höher die Frequenz des Zirkulationssystems, desto größer die Zufuhrmenge pro Zyklus. Je niedriger die Frequenz, desto geringer die Kapazität und das Nettogewicht des Nettogewichtslagers und desto genauer die Schwerelosigkeitsmessung mit wenigen Wägezellen. Ist die Zyklusfrequenz jedoch zu hoch, kommt es häufig zu Ausfällen der Zuführanlage und zu häufigen Wechseln zwischen Zwangszuführ- und Nachführzyklen am Bedienfeld der Mehrkopfwaage – ein unbefriedigender Prozess.

Aufgrund der üblichen Arbeitsabläufe und der meisten Softwarelösungen für Schwerelosigkeitsanwendungen, insbesondere für pulverförmige und schlecht fluidisierbare Partikel, wird die Nachschubfrequenz bei hohem Bedarf auf 15–20 Mal pro Stunde festgelegt. Bei geringerem Bedarf wird die Nachschubfrequenz reduziert und der Anteil der erzwungenen Zufuhr erhöht, was die Präzision verbessert. Abgesehen von den üblichen Arbeitsabläufen können einige Anwendungen mit besonders niedrigem Gesamtdurchsatz trotz sehr geringer Lagerkapazität die benötigten Rohstoffe für mehr als eine Stunde lagern und bereitstellen.

In folgenden Fällen ergibt sich bei größerem Volumen ein Gesamtdurchfluss von 2 kg/h. Das Rohmaterial-Ablagerungsverhältnis beträgt 803 kg/m³. Der Gesamtdurchfluss bei größerem Volumen beträgt 2/803 = 0,0025 m³/h.

Bei einer Lagerkapazität von 0,01 m³ (entspricht etwa 250 mm × 250 mm × Lagergröße von 250 mm³) ist dies für einen Rohmaterialverbrauch von 2–3 Stunden ausreichend. Da der Rohmaterialverbrauch pro Einheit 10 kg nicht übersteigt, ist keine automatische Rohmaterialzufuhr erforderlich und manuelle Rohmaterialzufuhr kann berücksichtigt werden. Die Produktionsvorschriften bleiben davon unberührt, allerdings ist die Gesamtflusslinearität etwas geringer. 3.2 Berechnen Sie das Zufuhrvolumen erneut. Nach Festlegung der Nachfüllfrequenz können das Nachfüllvolumen und das gesamte Zufuhrvolumen gemessen werden.

Nehmen wir als Beispiel eine Mehrkopfwaage: Die größere Waage liefert einen Gesamtdurchsatz von 270 kg/h. Die Schüttdichte des Rohmaterials beträgt 485 kg/m³. Der Gesamtdurchsatz bei der Dosierung des größeren Volumens beträgt 270/480 = 0,561 m³/h.

Bei der höheren Lieferrate wurde die Wiederbelieferungsfrequenz auf 15 Mal/h festgelegt. Berechnungsmethode des Umladevolumens: Umladevolumen = höhere Zufuhrmenge (kg/h) ÷ Dichte (kg/m³) ÷ Wiederbelieferungsfrequenz (Wiederbelieferungsfrequenz/h). In diesem Fall beträgt das Umladevolumen 270 ÷ 480 ÷ 15 = 0,0375 m³. 3.3 Berechnung der Nettogewichtslagerkapazität.

Die im Entwurf vorgesehene Nettogewichtslagerkapazität muss die berechnete Nettogewichtslagerkapazität übersteigen. Dies liegt daran, dass im Nettogewichtslager zu Beginn der Lagerung zwangsläufig Restbestände und freier Platz im oberen Bereich vorhanden sein werden. Wenn man jeweils 20 % berücksichtigt und die Nettogewichtslagerkapazität durch 0,6 teilt, erhält man die erforderliche Lagerkapazität.

Das endgültige Nettogewichtslagervolumen muss dem festgelegten Lagervolumen entsprechen. Berechnungsmethode für das Umladevolumen: Nettogewichtslagerkapazität = Nettogewichtsvolumen ÷ k. In der Formel: k ist der geschätzte Überschussindex des Rohmateriallagers, der zwischen 0,4 und 0,7 liegen kann; empfohlen wird ein Wert von 0,6.

In diesem Beispiel beträgt das Nettogewicht des Lagers 0,0375 ÷ 0,6 = 0,0625 m³. Bei einem Volumen des geformten Lagers von 0,6 m³, 0,8 m³, 1,0 m³ und anderen Spezifikationen und Modellen sollte der Wert 0,08 m³ oder höher betragen, und die Kapazität des Wiegelagers sollte 0,08 m³ betragen. 3.4 Messen Sie die Wiedereinbaurate.

Die Mehrkopfwaage arbeitet mit einer Methode mit fester Kapazität und geringer Präzision während der Nachladezykluszeit. Daher muss die Nachladegeschwindigkeit der Nachlademaschine hoch sein (im Allgemeinen sollte sie zwischen 5 und 20 Sekunden liegen). Berechnungsmethode der Nachladegeschwindigkeit: Nachladegeschwindigkeit = [Nachladevolumen (m³) ÷ Nachladezeit (s) × 60 (s/min)] + [Gesamtfluss der Großmengeninvestition (m³/h) ÷ 60 (min/h)]. In Gleichung 2 setzt sich die Nachladegeschwindigkeit aus zwei neuen Komponenten zusammen. Die erste Komponente ist die auf dem Nachladevolumen basierende Zufuhrrate. Die zweite Komponente wird oft vernachlässigt, da sie angibt, wie viel Rohmaterial bei gleicher Zufuhrzeit in diesem Bereich nachgefüllt werden muss. Demnach ist die Nachladegeschwindigkeit etwa 30-mal so hoch wie die größere Zufuhrrate. Mit anderen Worten, basierend auf diesem Wert, kann die Nachschubrate bei anderen Waagen mit Nettogewichtsverlust auf das 25- bis 40-Fache der höheren Zufuhrrate geschätzt werden.

Autor: Smartweigh– Hersteller von Mehrkopf-Gewichten

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