Weegcellen van Wipotec –
Extreem snel, zeer nauwkeurig, ruimte- en kostenbesparend

Weegcellen worden gebruikt voor het meten van gewichten. In hun technische uitvoering zijn weegcellen veelzijdig: één variant voor de technische toepassing is gebaseerd op de meting met een rekstrookje, dat op een veerelement is aangebracht. Weegcellen die meten volgens dit principe, worden toegepast waar de factor tijd bij de gewichtsmeting een ondergeschikte rol speelt, zoals bij weegschalen in de detailhandel. Als producten binnen een geautomatiseerd – en vaak zeer snel – productieproces moeten worden gewogen, dan worden weegcellen gebruikt die werken volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie. Deze leveren ook bij hoge snelheden nauwkeurige gewichtsmeetwaarden. Het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie wordt – gebaseerd op het Engelse origineel – in de vakliteratuur en technische specificaties ook wel omschreven als EMFR ("Electromagnetic force restauration"). De duitse term "Wägezelle mit elektrodynamischer Kraftkompensation (EDK)" is het bijbehorende equivalent. Er kunnen gewichten worden gemeten van microgrammen, milligrammen en grammen, maar ook gewichten van 50 kg tot wel 200 kg.

De klassieke opbouw van een – mechatronisch complexe – weegcel (EMFR) bestaat uit het weegschaalmechaniek, een positie-indicator, een regelaar, een elektromagnetische aandrijving (spoel en permanente magneet) en een weergave-eenheid. De basis van de constructie kan bijvoorbeeld een CNC-vervaardigd monoblok van aluminium zijn. De weegcel zelf is wat functionaliteit betreft te vergelijken met een eenvoudige balans: als aan de ene kant van de balk (spoelarm) een gewicht wordt geplaatst, wil een aan de tegenoverliggende kant van de weegbalk bevestigde spoel uit het magnetische veld van de magneet bewegen. Deze afwijking wordt door middel van een fotocel (nulindicator) geregistreerd en er wordt precies genoeg stroom door de spoel gestuurd om de spoel in rust te houden. Omdat de stroom evenredig is ten opzichte van de gewichtskracht en kan worden gemeten via een weerstand, kan de stroom worden omgezet in een digitaal signaal. Dit signaal wordt gebruikt voor verdere verwerking. Dit werkingsprincipe zorgt ervoor dat weegcellen die werken volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie hoge resoluties en een goede reproduceerbaarheid in dezelfde mate waarborgen en geringe meettijden hebben. Het magneetsysteem en de elektronica, zoals aftastschakelingen, regelaar- en filterprintplaat en specifieke communicatie-interfaces, zijn de belangrijkste basis voor extreem korte stabilisatietijden en bemonsteringsfrequenties van 1 milliseconde. Deze zijn vooral nodig in zeer dynamische weegprocessen.

Weegcellen worden – afhankelijk van het type (zie "Wat is een weegcel") – in bijna alle branches toegepast. Typische meettaken voor rekstrookjes zijn het eenmalig registreren van het gewicht van een container of het permanent wegen, om bijvoorbeeld in- en uitstroom van een materiaal in of uit een container (voorraadtank) door middel van een weegcel te registreren, zoals dit onder andere in de chemische industrie nodig is. Dynamisch wegen en de gewichtsbepaling van medicijnen die zeer nauwkeurig moeten worden gewogen, gevoelige voedingsmiddelen of zeer kleine elektronische componenten door middel van EMFR zijn overal in de productie-industrie te vinden waar zeer lage gewichten samenhangen met zeer hoge productiesnelheden. Hierbij valt te denken aan de automobielsector, de productie van elektronica, de farmaceutische industrie, de levensmiddelenproductie en de lucht- en ruimtevaarttechniek.

Weegcellen zijn er in veel verschillende constructies. Weegcellen zijn elektromechanische systemen, vaak met digitale signaalverwerking (evaluatie-elektronica), die bedoeld zijn om krachten of gewichten te meten. Ze zijn nodig voor de opbouw van weeginrichtingen (weegschalen). Afhankelijk van het type weegschaal, of het nu een platform-, vloer-, tafel-, doorvoer- of statische weegschaal of een controleweger is, zijn er verschillende weegceltypes. Deze worden geoptimaliseerd voor de betreffende toepassing van de weegschaal. Belangrijke parameters zijn hier de nauwkeurigheid, de snelheid, het type belasting (trek, druk, dynamisch, statisch) en de hoogte van de belasting.

Dynamische weegschalen, zoals controlewegers of doorvoerweegschalen, worden met hoge snelheid gepasseerd door de te wegen objecten. Ze hebben daarom weegcellen nodig die niet alleen heel precies kunnen meten, maar ook hun resultaten in zeer korte tijd kunnen leveren. Om die reden is snelheid, naast nauwkeurigheid, de belangrijkste toepassingsparameter. Deze weegcellen, waartoe ook de Wipotec-weegcellen behoren, zijn meestal opgebouwd volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie. EMFR-weegcellen van Wipotec bestaan uit een monoblok dat uit aluminium is gefreesd. Ze beschikken niet over bijvoorbeeld een veerelement dat onder belasting vervormt, maar zijn gebaseerd op een mechanische balans. De minimale verschuiving hiervan wordt elektromagnetisch gecompenseerd. Wipotec-weegcellen die gebaseerd zijn op het EMFR-principe, leveren zeer nauwkeurige meetresultaten in zeer korte tijd. Onder platforms meten ze als platformweegcel de uitgeoefende drukbelasting. Omgekeerd aangebracht kunnen ze echter ook trekkrachten meten.

Vooral dynamische weegschalen hebben vaak te maken met schokken. Deze worden veroorzaakt door de beweging van de te meten objecten of door machines in de directe omgeving. De trillingcompenserende AVC (Active Vibration Compensation)-technologie van Wipotec, uitgevoerd als zelfstandige sensor of direct ingebouwd in de weegcel, biedt hier uitkomst. Schokken en trillingen in alle drie de ruimtelijke assen worden door actieve trillingscompensatie effectief uitgefilterd, zonder verlies van tijd en nauwkeurigheid.

Bij statische weegschalen, waarbij het te wegen object zich ongeveer in rust bevindt, zijn belangrijke toepassingsparameters het weegbereik en de te bereiken meetnauwkeurigheid en vaak ook de grootte of de montagerichting. Deze weegschalen beschikken meestal over een veerelement. De mechanische krachtuitoefening zorgt voor de vervorming van dit veerelement. Op het veerelement aangebrachte rekstrookjes registreren de grootte van de vervorming en zetten deze om in een elektrisch signaal. Een vaak gebruikt veerelement bij buigstaafweegcellen is de dubbele buigstaaf. Voor hogere belastingen zijn afschuifbalk-weegcellen geschikt. Zuilvormige veerelementen, die worden vervormd door samenpersen, worden drukkracht- (drukbelastings-)weegcellen genoemd. Platformweegcellen zijn onder platforms aangebracht. S-vormige veerelementen worden altijd gebruikt als er trekkrachten moeten worden gemeten.

Digitale weegcellen zijn een speciale vorm van krachtsensoren (Engels: load cells) voor de opbouw van weeginrichtingen, dat wil zeggen voor het wegen met weegschalen. Digitale weegcellen beschikken over een digitale signaalverwerking en evaluatie-elektronica. Bij digitale weegcellen domineren twee constructies: de ene beschikt over een veerelement waarvan de geometrie onder invloed van het gewicht licht verandert. Deze elastische vervorming wordt bij deze digitale weegcellen geregistreerd door rekstrookjes en omgevormd tot een elektrisch signaal. Het tweede constructieprincipe maakt gebruik van een mechanische balans, waarvan de verschuiving elektromagnetisch wordt gecompenseerd met behulp van een dompelspoel. Hierbij zijn de meettijden aanzienlijk korter dan bij digitale weegcellen die met rekstrookjes werken.

Digitale weegcellen van Wipotec werken volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie (EMFR). De elektromagnetische krachtcompensatie van een mechanische balans werkt met minimale verschuivingen van de weegbalk. Dit zorgt voor een extreem korte stabilisatietijd. Zo kan het erop liggende gewicht in zeer korte tijd betrouwbaar worden gewogen. De digitale signaalverwerking in combinatie met zeer nauwkeurige positieregelaars maakt aftastintervallen van één milliseconde mogelijk en daarmee het gebruik van de weegcellen in industriële hogesnelheidsprocessen. Deze zijn heel vaak te vinden in de farmaceutische, gezondheids- en cosmetica-industrie, in de levensmiddelenindustrie en bij chemische productie- of afvulprocessen, hier met name op het gebied van bouw- en delfstoffen. Ook bij koeriers-, expresse- en pakketdiensten (KEP), bij postorderbedrijven en in de intralogistiek draait het om hoge snelheden. De digitale interfaces van de digitale weegcellen zijn ontworpen voor de communicatie met alle besturingen en veldbussystemen die op de markt aanwezig zijn. Het portfolio van de digitale weegcellen van Wipotec bestrijkt een meetspectrum van één microgram tot 120 kilogram.

Digitale weegcellen worden in controlewegers en doorvoerweegschalen toegepast en in röntgenscanners en combinatieapparaten die weegtechniek met röntgensystemen verbinden (Weigh and Ray). Al deze systemen zijn ontworpen voor hoge productiesnelheden. Andere toepassingsgebieden zijn Track & Trace-systemen voor de pharma serialisatie en toepassingen in de logistiek. In combinatie met metaaldetectoren vormen ze ruimtebesparende combinaties van controleweger en metaaldetectorsysteem. Digitale weegcellen van Wipotec worden ook als OEM-componenten geïntegreerd in verpakkings- en vulmachines.

Veel digitale weegcellen van Wipotec zijn ook verkrijgbaar in de uitvoering Wash-Down. Speciale uitvoeringen van digitale weegcellen zijn geschikt voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen of zijn uitgerust met een actieve trillingscompensatie (Active Vibration Compensation, AVC).

Digitale meersporen-weegcellen

Digitale meersporen-weegcellen van Wipotec kunnen om weegtechnische redenen worden geleverd met elektronica die in een aparte behuizing is ingebouwd. Dit voorkomt met name bij meersporen-toepassingen een warmteontwikkeling die schadelijk is voor snel en zeer nauwkeurig wegen. Een ingewikkelde koeling is dus niet nodig.

Als alternatief voor de elektronicabox kunnen de Wipotec-weegcellen met MMS2 systeemcomponenten (MMS2 = modulair meersporen-systeem) worden gebruikt. Alle componenten zijn uitgevoerd in beschermingsklasse IP65 en hoeven niet te worden ingebouwd in een aanvullende schakelkast.

Als digitale meersporen-weegcellen van Wipotec zijn ontworpen als modulaire meersporen-systemen (MMS2), kunnen ze individueel worden geconfigureerd. Een modulesysteem op spoorniveau maakt de compacte configuratie van spoormodules door de gebruiker mogelijk. Op deze spoormodules worden de elektronicamodules voor weegcellen en AVC-sensor geplaatst. Een aanvullende basismodule stelt alle aansluitingen beschikbaar voor bedrijfsspanning, veldbus- en analyse-interfaces. De digitale interfaces ondersteunen alle gangbare veldbussystemen.

Digitale meersporen-weegcellen kunnen worden uitgerust met een actieve trillingscompensatie. Deze levert betrouwbare en exacte meetwaarden, ook bij sterke trillingen zoals die kunnen optreden in sneldraaiende meersporen-productiefaciliteiten. In de regel is een apart weegschaalframe daarbij niet nodig. Digitale meersporen-weegcellen zijn verkrijgbaar met een lastplateau voorop of bovenop.

Platformweegcellen zijn meestal bedoeld voor gebruik in platformweegschalen met een of meerdere weegcellen. Ze worden vaak toegepast in de levensmiddelen- en farmaceutische sector voor afvul-, verpakkings- of weegprocessen. Hier gaat het om hoge weegsnelheden, robuustheid en eenvoudige reinigingsmogelijkheden. Bij een lage nominale belasting moeten platformweegcellen voor dynamische toepassingen snelle resultaten kunnen leveren om te worden ingezet in de sneldraaiende productielijnen van levensmiddelenproducenten of in de hogesnelheidssystemen van de farmaceutische sector. In de e-mobiliteit worden batterijcomponenten gewogen met platformweegcellen. Dit gebeurt ook met farmaceutische artikelen in de gezondheidssector. Reeds verpakte producten worden hier gecontroleerd op volledigheid. In de chemische industrie bewaken platformweegcellen productie- of afvulprocessen. In bandweegschalen worden ze gebruikt voor dynamische gewichtsbepaling, bijvoorbeeld bij de continue stortgoedmeting.

Wipotec-platformweegcellen met hun GMP-conforme uitvoering zijn in het bijzonder geschikt voor gebruik in dynamische toepassingen bij farmaceutische productiefaciliteiten en in levensmiddelensectoren. De volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie ontworpen platformweegcellen zijn zeer compact en daarom ook geschikt voor de inbouw in meersporen-toepassingen en overal waar kleine formaten of kleine afstanden tussen de middelpunten van de sporen nodig zijn. De platformweegcellen zijn gemaakt als aansluitklare inbouwcomponent en leveren standaard al definitieve gewichtswaarden via een CAN-interface. Andere ondersteunde interfaces zijn EtherNet/IP, EtherCAT, Profinet IO en Powerlink.

Trekbelastings- (trekkracht-)weegcel

Gewoonlijk wordt de belasting bij weegcellen van bovenaf aangebracht. Weegcellen van Wipotec, die werken volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie, kunnen echter ook worden gebruikt voor het meten van trekkrachten. De belasting van bovenaf wordt dan vervangen door trekkracht van onderaf. Voor het meten van trekbelastingen worden weegcellen van Wipotec omgekeerd aangebracht. In belastingsrichting kan het te wegen product direct aan de weegcel worden gehangen.

Trekbelastings- (trekkracht-)weegcellen worden gebruikt voor statische weegtaken in de procesindustrie en voor transporttoepassingen en zeer nauwkeurig doseren. Hiertoe behoort bijvoorbeeld de vulpeilmeting van hangende containers. De weegelektronica levert met de overeenkomstige interfaces digitale weegresultaten voor de gangbaarste procesmanagementsystemen.

Drukbelastings- (drukkracht-)weegcel

Drukbelastingsweegcellen behoren tot de meest voorkomende weegceltypes. Drukbelastingsweegcellen worden doorgaans onder het te meten of te wegen voorwerp geplaatst. Bij de Wipotec-weegcellen voor drukbelastingsmeting, die werken volgens het principe van de elektromagnetische krachtcompensatie, werkt de drukbelasting op één kant van een mechanische balans. De andere kant van de hefboomarm wordt gefixeerd door een dompelspoel. De stroom die nodig is voor de compensatie van de hefboomarm is evenredig ten opzichte van de drukbelasting. De stroom wordt omgezet in een digitaal signaal en verder verwerkt in een digitale evaluatie-elektronica. Met bemonsteringsfrequenties met 1000 meetwaarden per seconde behoren Wipotec-weegcellen tot de snelste drukbelastingsweegcellen voor industrieel gebruik.

De EMFR-weegcellen van Wipotec die de drukbelasting meten, bieden op grond van hun werkingsprincipe hoge resoluties en een goede reproduceerbaarheid met tegelijkertijd zeer korte meettijden. Dankzij een geïntegreerd testgewicht is altijd een Self Check (interne gewichtsbelasting) mogelijk, die controleert of de weegcel goed werkt. Naargelang de specificatie voldoen drukbelastingsweegcellen van Wipotec ook aan de Wash-Downspecificaties volgens de beschermingsklassen IP65 en IP69K. Weegcellen van Wipotec die de drukbelasting meten, kunnen ook zeer kleine gewichtskrachten nauwkeurig meten. Daarom worden ze ook toegepast in precisieweegschalen, analyseweegschalen en microbalansen.