Trends in der Prozesswägetechnik. Kaum ein Messverfahren ist so vertraut und allgegenwärtig wie das Wägen. Ob beim nicht immer erfreulichen Check auf der Badezimmer-Waage oder beim Aufgeben des Koffers am Flughafen, gewogen wird fast überall. Auch in der Prozesswelt wird die Wägetechnik in immer mehr Anwendungen eingesetzt. Sie liefert präzise Daten für die Qualitätssicherung. Welches sind hierbei die wichtigsten Sensortechnologien, Trends und zukünftige Entwicklungen?

Sensortechnik

Heutige Wägelösungen basieren zu einem überwiegenden Teil auf zwei Sensortechnologien, dem Dehnmessstreifen DMS und der Kraftkompensation. Traditionell war die hochauflösende Kraftkompensationszelle vor allem im Laborbereich zu finden. Mit dem Dehnmessstreifen wurden dagegen viele industrielle Anwendungen abgedeckt. Zwei wichtige Trends haben bereits angefangen, diese Aufteilung aufzuweichen: Die höhere Auflösung bei DMS-Zellen und der vermehrte Einsatz von Kraftkompensationszellen in Prozessanwendungen. Der Wunsch, Kraftkompensationszellen auch in industriellen Produktionsumgebungen einzusetzen, ist naheliegend. Kein anderes Messprinzip kann über einen so großen Bereich solch genaue und zuverlässige Werte liefern. In den letzten Jahren hat die Industrialisierung diese Zellen in die Ex-Zonen gebracht und mit hohen IP-Schutzgraden kombiniert. Ausgeklügelte Filteralgorithmen unterscheiden in Kombination mit leistungsfähigen Mikroprozessoren zuverlässig zwischen effektiven Masseänderungen und Umwelteinflüssen. Eingebaute Testgewichte erlauben jederzeit die Kalibrierung und Verifizierung der Messung. Typische Anwendungen sind neben dem Einsatz der Plattformwaagen in der Produktion und dem Lager auch Dosieren, hochpräzises Abfüllen und Kontrollwägen.

Herausforderung Messgenauigkeit

Durch den reduzierten Einsatz von Lösungsmitteln und der Verfügbarkeit von leistungsstärkeren Wirkstoffen steigt auch die Anforderung an die Genauigkeit von Wägesystemen. Studien haben gezeigt, dass zum Beispiel bei neuen Süßstoffen bereits Abweichungen von 1 ppm vom Konsumenten festgestellt werden. Dies entspricht einem Gramm in einem Batch von einer Tonne. Allein die Wägetechnik bietet eine Messdynamik an, welche über einen solch großen Bereich genau und zuverlässig messen kann. Diese hohe Dynamik erlaubt auch den sehr flexiblen Einsatz der Messgeräte, was vor allem bei häufigem Wechsel der herzustellenden Produkte ins Gewicht fällt.

Um die Qualität und Reproduzierbarkeit von Prozessen zu gewährleisten, bietet Mettler Toledo mit Minweigh eine elegante Funktion, die dem Anwender abhängig von der eingesetzten Waage und der geforderten Genauigkeit die minimale Einwaage errechnet und überwacht. Die Einhaltung der Mindesteinwaage garantiert sichere und zuverlässige Wägeergebnisse. Diese hat je nach Wägeaufgabe Einfluss auf die Produktqualität und die Sicherheit. Mettler Toledo bestimmt die praxisnahe Mindesteinwaage unter Berücksichtigung der jeweiligen Messunsicherheit und der vom Anwender festgelegten Toleranzen. Die Toleranzen werden durch das Qualitätsmanagement definiert und kontrolliert. Sie bestimmt, wie groß die Messunsicherheitstoleranz in Abhängigkeit von der geforderten Anzeigengenauigkeit sein darf.

Bei Minweigh DKD wird die Messunsicherheit im Rahmen des DKD-Kalibrierscheines bestimmt. Der DKD-Kalibrierschein wird von qualifizierten Mettler-Toledo Servicetechnikern mit einer speziellen akkreditierten Software durchgeführt. Die gesamte Messung und Dokumentation erfolgt direkt am Aufstellort. Denn nur so können die unterschiedlichen Einflussfaktoren der jeweiligen Umwelt mit berücksichtigt werden.

Auch bei Füllstandsmessungen in Tanks führt der Wunsch nach mehr Genauigkeit von klassischen Levelmessungen mittels Ultraschall hin zu Lösungen auf Wägebasis. Selbst Tanks mit mehreren Hundert Tonnen lassen sich heute „auf die Waage stellen“. Dank direkter Massebestimmung ohne Medienkontakt und der Immunität gegen Schaum und Nebel können auch viele sonst kritische Anwendungen abgedeckt werden.

Wägen in der Qualitätskontrolle

Der Rückruf von Produkten stellt einen immensen finanziellen Aufwand dar, zusammen mit einem kaum bezifferbaren Imageschaden. Noch schlimmer natürlich, wenn es zu schwerwiegenden Personen- oder Sachschäden kommt, bevor ein Rückruf überhaupt erfolgen kann. Ein anderer Aspekt der Qualitätskontrolle ist die Einhaltung der Verpackungsverordnung. Die auf der Packung angegebene Inhaltsmenge darf nicht unterfüllt werden, gleichzeitig will ein Hersteller aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht überfüllen. Daher versuchen immer mehr Firmen, eine 100%ige Produktkontrolle durchzuführen. Dabei spielt Wägen eine wichtige Rolle. Dynamische Wägesysteme erreichen bereits heute Frequenzen von über zehn Messungen pro Sekunde, und lassen sich mit zum Beispiel Röntgengeräten und Metalldetektoren zur Fremdkörpererkennung kombinieren. Auch hier gilt generell, dass ein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit gefunden werden muss. Um diese Grenze noch mehr in Richtung Genauigkeit und Geschwindigkeit zu schieben, ist hier ein vermehrter Einsatz von Kraftkompensationszellen zu beobachten.

Zentral – Dezentral – Integriert

Klassische Wägelösungen haben zu einem hohen Grad die autonome Steuerung und Überwachungen durchgeführt, mehr oder weniger integriert mit einer übergeordneten Steuerung. Heute lassen sich alle Stufen der Integration fast beliebig abdecken. Von der direkten SPSIntegration bis zur praktisch autonomen Wägelösung mit lokaler Steuerung von Ventilen, Förderelementen und anderem Prozessequipment. Zukünftig ist zu erwarten, dass Wägelösungen noch stärker direkt in ein Automationskonzept eingebunden sein werden. Damit einhergehend nimmt der Anteil von Feldbussen bei Wägelösungen zu. Allerdings zeigt sich auch hier, dass sich in der Prozesswelt solche Technologiewandel über längere Zeiträume abspielen als zum Beispiel in der Bürowelt.

Verfügbarkeit und Prozesssicherheit

Auch der beste und zuverlässigste Sensor kann einmal ausfallen. Bei einem platten Autoreifen sorgt die sogenannte Notlaufeigenschaft dafür, dass eine Fahrt noch beendet werden kann. Diese Funktion erfüllt im übertragenen Sinn die Lösung Runflat in Systemen mit mehreren Messzellen: Eine virtuelle Wägezelle erlaubt sozusagen, dass ein angefangener Batch abgeschlossen wird. Eine automatisch generierte E-Mail oder eine SMS meldet einen solchen Zustand automatisch an den Betriebsverantwortlichen. So lassen sich Reparaturen planen, ohne Produktionsausfälle oder verlorene Batches befürchten zu müssen.

Glossar

Dehnungsmessstreifen

Dieses Messelement ist ein streifenförmig ausgebildeter elektrischer Widerstand, der auf elastische Verformungskörper aufgeklebt wird. Mit der mechanischen Verformung verändert sich die Länge des DMS und damit sein Widerstandswert. Mit der Änderung des Widerstandswerts kann die aufgebrachte Kraft während der Verformung gemessen werden.

Kraftkompensation

Durch den Einsatz einer entgegengesetzt wirkenden Kraft gleicher Größenordnung wird die Gewichtskraft der Last ausgeglichen und ein Gleichgewicht hergestellt. Diese Kompensationskraft kann beispielsweise durch Gewichtstücke, Federkraft usw. erzeugt werden, heutzutage handelt es sich jedoch normalerweise um eine elektromagnetische Kraft.

Kontakt:
Mettler Toledo, Gießen
Ulrich Kuhlmann, Manager OEM/SI Teamleiter
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Tel.: 0641/507-130
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