Genauigkeit, Wiederholbarkeit und gesetzliche Toleranzen: Lesen Sie die Zahl, bevor Sie eine Füllwaage kaufen

Drei verschiedene Zahlen werden als Genauigkeit verkauft

Hier ist das Vokabular, das ich für eine Spezifikation verwende, und die Frage, die zu jedem Begriff gehört.

• Wiederholbarkeit ist die Streuung, normalerweise eine Standardabweichung (1σ) über aufeinanderfolgende Wägungen. Fragen Sie immer, ob der Wert 1σ, 2σ oder 3σ ist: „±0,5 %“ bei 3σ ist dreimal schlechter als bei 1σ, und in einer Broschüre steht auf beiden das Gleiche.
• Mittlerer Fehler ist der Abstand zwischen dem Chargendurchschnitt und dem Ziel. Es kostet Geld und ist am kostengünstigsten zu reparieren, da jeder Füller mit Trimmfunktion den Mittelwert auf den Nennwert zurückführen kann.
• Variationskoeffizient (CV = σ / Mittelwert) ermöglicht den Vergleich verschiedener Füllgewichte. Ein CV von 0,5 % bei 1 kg bedeutet σ = 5 g; der gleiche CV bei 100 g bedeutet σ = 0,5 g.
• Maximal zulässiger Fehler (MPE) ist der messtechnische Begriff für das Instrument selbst. Tolerierbarer negativer Fehler (TNE) ist der Grenzwert pro Packung auf der kurzen Seite: Bei einem Nenngewicht von 1 kg beträgt der im europäischen Durchschnittsgewichtsrahmen verwendete TNE 15 g, und keine Packung darf unter den Nennwert minus dem Doppelten des TNE fallen.

Die Konsequenz für Ihr Zielgewicht ist direkt. Unter einem Mindestgewichtsregime, bei dem jede Packung dem Nennwert oder darüber entsprechen muss, liegt Ihr Ziel beim Nennwert plus 3σ. Bei σ = 6 g bei 1 kg Füllung sind das 18 g pro kostenlos abgegebenem Beutel. Unter einem dokumentierten Durchschnittsgewichtssystem mit statistischer Kontrolle und Rückmeldung können Sie den Nominalwert plus 1–2 g anstreben, da die drei Packerregeln (Durchschnitt bei oder über dem Nominalwert, ein ausreichend kleiner Anteil über TNE, keiner über dem Doppelten von TNE liegt) für die Charge und nicht für die einzelne Packung bewertet werden. Dieser Unterschied ist normalerweise der gesamte Geschäftsfall.

Fünf Wäge-Füller-Architekturen, und jede davon zahlt sich nicht mehr aus

Jede Pulverwiege- und Abfüllmaschine auf dem Markt ist einer von fünf Mechanismen. In der Tabelle sind die Sortimente aufgeführt, die meiner Ansicht nach in der Produktion Bestand haben, nicht die Prospektsortimente.

Der häufigste Auswahlfehler ist der Kauf eines Mehrkopfes für feines Pulver, weil die Broschürengeschwindigkeit attraktiv ist. Feines Pulver wird aus einem Radialförderer nicht sauber ausgegeben; es überbrückt, haftet an den Grübchenplatten und füllt den Trichter mit Staub, der sich nach der Wägung absetzt. Am Ende wird die wöchentliche Reinigung herabgesetzt. Bei 500 g bis 5 kg ist eine Nettowaage mit Doppelauslauf und Schneckendosierung plus Tropfstufe die ehrliche Lösung.

Was ein Wiegesignal auf einem echten Boden zerstört

Ich habe noch nie eine Füllwaage gefunden, die ihre FAT-Toleranz verfehlte, weil die Wägezelle defekt war. Es fehlt wegen der Pflanze um es herum.

Vibrationen von benachbarten Maschinen

Ein Sammelpacker, ein Kompressor oder ein Gabelstaplerverkehr auf derselben Platte werden in den Wiegerahmen eingekoppelt. Montieren Sie Isolationshalterungen auf einem separaten Sockel, der so dimensioniert ist, dass die montierte Eigenfrequenz deutlich unter der Erregung liegt. Befestigen Sie niemals eine Kontrollwaage an demselben Rahmen wie ein Siegelgerät: Ich habe bei einer 1-kg-Kontrollwaage allein von der Siegelbacke aus eine Schwingung von Spitze zu Spitze von 4 g gemessen.

Luftzüge

Ein HVAC-Diffusor über dem Wägebehälter verschiebt einen 1-kg-Wert um mehrere Gramm, und eine Staubsammeldüse in einem Meter Entfernung bewirkt dasselbe. Bringen Sie Windschutz an, richten Sie den Diffusor um und halten Sie einen Abstand von 1,5 m zwischen der Wiegezone und einer offenen Absaugstelle ein. Feldtest: Legen Sie ein 1 kg schweres Testgewicht auf die Plattform und beobachten Sie es zwei Minuten lang bei laufender Anlage.

Ablagerungen und mechanischer Widerstand

An der Austragsklappe, der Wägezellenhalterung und den Trichterwänden verklumpt Pulver und ein Produktfilm kann die Klappe einen Bruchteil offen halten. Geben Sie eine silikon- oder PTFE-beschichtete Klappe, Spülluft am Scharnier, Anschlüsse, die keine Kraft übertragen, und eine automatische Taraprüfung alle N Zyklen an, damit die Maschine ihre eigenen Ablagerungen auffängt.

Einschwingzeit des Filters

Der digitale Filter tauscht Rauschen gegen Geschwindigkeit. Ein festes 120-ms-Fenster sieht auf einer Demo schnell aus und zeigt dann 3 g niedrig an, weil sich die Zelle nicht eingependelt hat. Verwenden Sie eine neigungsbasierte Setzerkennung, typischerweise 180–250 ms bei einer 1-kg-Nettowaage. Der mechanische Vorschub ist ohnehin langsamer, sodass Sie nichts verlieren.

Temperaturdrift

Wägezellen tragen einen Temperaturkoeffizienten auf Null und Spanne, und in einer Anlage mit 44 °C und einer Tag-Nacht-Schwankung von 15 K ist das real. Verwenden Sie temperaturkompensierte Zellen, schützen Sie sie vor Strahlungswärme und führen Sie in regelmäßigen Abständen einen dokumentierten automatischen Nullabgleich durch, anstatt eine kontinuierliche Nullverfolgung durchzuführen, die eine Abweichung verbirgt.

Fallstrick bei der Beschaffung: Eine Toleranzangabe „zu FAT-Bedingungen“ bedeutet konditioniertes Pulver und keine Zugluft. Tragen Sie die SAT-Toleranz in den Vertrag ein dein Pulver und dein Umgebungstemperatur, mit angegebener Stichprobengröße und Sigma-Basis.

Kalibrierung, Rückverfolgbarkeit und Aufzeichnungspfad

Eine Waage ist nur so glaubwürdig wie ihre Kalibrierungshistorie. Was ich von einer Anlage erwarte, die ein Audit besteht:

• Zertifizierte Prüfgewichte. Ein Arbeitsset der OIML-Klasse M1 oder besser, ein Referenzset der Klasse F1 oder F2 im QS-Labor, Zertifikate, die auf ein nationales Metrologieinstitut rückführbar sind. Fordern Sie das Zertifikat an, nicht das Datenblatt zum Gewicht.
• Definierte Prüfhäufigkeit. Nullpunktprüfung bei jeder Schicht, Bereichsprüfung wöchentlich bei etwa 50 % und 100 % des Bereichs, vollständige Kalibrierung alle sechs bis zwölf Monate und Neukalibrierung nach jedem Austausch der Wägezelle oder einem mechanischen Stoß.
• Aufzeichnungen. SPC-Diagramme, Ausschussprotokolle und Kalibrierungsaufzeichnungen werden für einen definierten Zeitraum aufbewahrt, üblicherweise für die Haltbarkeitsdauer plus ein Jahr in Lebensmitteln.
• Gegebenenfalls elektronische Aufzeichnungen. Wenn die HMI Chargenaufzeichnungen schreibt, erwartet ein in den USA regulierter Kunde ein Verhalten gemäß 21 CFR Part 11: ein Prüfprotokoll darüber, wer das Zielgewicht wann geändert hat, eindeutige Benutzer-IDs, keine gemeinsamen Konten. Bestätigen Sie dies in der Anfragephase; Die Nachrüstung der Zugangskontrolle in ein HMI ist mühsam.
• ISO 9001-Kalibrierungskontrolle. Geräte identifiziert, anhand rückverfolgbarer Standards kalibriert, Status gekennzeichnet, mit einem dokumentierten Rückrufverfahren, wenn ein Gerät außerhalb der Toleranz liegt.

Regionale Hinweise: EU, USA, Golf und Südostasien

In der Europäischen Union werden Fertigpackungen nach dem Durchschnittsgewicht und dem E-Prüfzeichen kontrolliert, und das Instrument selbst fällt unter die Messgeräterichtlinie (2014/32/EU), wobei OIML R 87 und R 61 die internationalen Referenzen sind. Ein deutscher oder niederländischer Kunde wird nach dem Zertifikat der benannten Stelle und Ihren SPC-Aufzeichnungen fragen, bevor er nach der Geschwindigkeit fragt.

In den Vereinigten Staaten unterliegt die Geräteseite den Spezifikationen und Toleranzen im NIST-Handbuch 44, das von NCWM übernommen und durch staatliche Eichprogramme durchgesetzt wird, während die Nettomengenkennzeichnung bei der FDA und bei Fleisch und Geflügel beim USDA liegt.

In der Golfregion werden Produkte bei nationalen Behörden wie der SFDA in Saudi-Arabien oder dem MOHAP in den Vereinigten Arabischen Emiraten registriert, und die gesetzliche Messtechnik läuft über die nationalen Normungsgremien, die sich zunehmend an der OIML orientieren. Die erste praktische Frage ist die Leistung: In Teilen Saudi-Arabiens werden 380 V bei 60 Hz betrieben, während in den Vereinigten Arabischen Emiraten 415 V bei 50 Hz verwendet werden. Daher müssen Motoren, Antriebe und Wägezellenerregung entsprechend spezifiziert werden. In Südostasien arbeiten Pharmakunden nach WHO-GMP- und PIC/S-Anforderungen, und Feuchtigkeit ist der Feind: Pulver, das in Rotterdam fließt, kann in Surabaya eine Brücke schlagen.

Feldnotiz: 1 kg Waschmittel im Golf bei 44 °C

Ein Waschmittelverpacker auf der Seite des Arabischen Golfs betrieb eine lineare Nettowaage mit zwei Ausläufen bei 1 kg, 22 Säcken pro Minute, zwei Schichten, sechs Tage lang. Die Umgebungstemperatur am Füller betrug im Sommer 42-44 °C und die Stromversorgung 380 V / 60 Hz. Das Werk war davon überzeugt, dass die Waage verschlissen war: Die mittlere Füllung betrug 1.011,8 g mit einer Standardabweichung von 6,4 g, sodass etwa 1,2 % jedes Beutels übergeben wurden.

Innerhalb von anderthalb Tagen haben wir vier Ursachen gefunden: einen HVAC-Diffusor, der auf die Wägetrichter strömt, die Aufnahme des Staubsammlers etwa einen Meter von der Wägezone entfernt, auf den Auslassklappen verkrustetes Reinigungsmittel, das diese einen Bruchteil offen hält, und ein festes Absetzfenster von 120 ms, das die Wägung durchführt, bevor sich die Zelle beruhigt hat.

Die Reparaturen kosten weniger als eine neue Maschine: Versetzen Sie den Diffusor und montieren Sie Windschutze, bewegen Sie den Absaugaufnehmer, montieren Sie beschichtete Klappen mit Scharnierspülluft, neigungsbasierte Setzerkennung bei 220 ms, temperaturkompensierte Wägezellen und eine wöchentliche Spannenprüfung anhand zertifizierter M1-Gewichte. Danach betrug die durchschnittliche Füllung 1.003,4 g mit σ = 1,9 g: 8,4 g pro Sack gewonnen, etwa 44 Tonnen pro Jahr, Amortisation in weniger als acht Monaten. Die Wägezellen waren nie das Problem.

Messtechnische Fragen bearbeiten wir im Rahmen von Rückfragegesprächen

Ist ±1 % dasselbe wie ein CV von 1 %?
Nein. Fragen Sie nach, auf welches Sigma sich die Zahl bezieht, über wie viele Wägungen, mit welchem Produkt und bei welchem Füllgewicht. Ein seriöser Lieferant sendet den Rohdatensatz, nicht nur den Prozentsatz.

Kann ich näher an den Nennwert herangehen, wenn ich eine Kontrollwaage habe?
Ja, vorausgesetzt, Sie haben auch die Unterlagen. Durch Feedback und dokumentierte SPC können Sie das Durchschnittsgewichtssystem verwenden, anstatt jede Packung auf nominal plus 3σ aufzufüllen.

Benötige ich einen Mehrkopf für Pulver?
Normalerweise nicht für feines Pulver unter 1 kg. Ein Multikopf verdient seinen Lebensunterhalt mit frei fließendem Granulat. Für kohäsives Pulver ist eine Schnecke mit Wägezellentrimmung oder eine Nettowaage mit Schnecken-Massenzuführung vorhersehbarer und einfacher zu reinigen.

Wie oft sollte eine Pulverwaage und Abfüllmaschine kalibriert werden?
Nullpunktprüfung bei jeder Schicht, Bereichsprüfung wöchentlich mit zertifizierten Gewichten, vollständige Kalibrierung alle sechs bis zwölf Monate und unmittelbar nach jedem Stoß oder Komponentenwechsel.

Was sollten FAT und SAT eigentlich testen?
FAT auf dem Boden des Verkäufers mit konditioniertem Produkt, mindestens einer Stunde Betrieb, 30 aufeinanderfolgenden Wägungen pro Auslauf, Mittelwert und σ angegeben. SITZEN Sie mindestens zwei Stunden lang mit Ihrem Pulver und Ihren Hilfsmitteln auf Ihrem Boden, dieselben Statistiken. Vereinbaren Sie vor dem Bau der Maschine beide Zahlensätze im Vertrag.

Wie sieht es mit Ersatzteilen und Service vor Ort aus?
Wägezellen, Klappenaktuatoren und Zubringerantriebe sind es, die ausfallen. Erfragen Sie jeweils die Vorlaufzeit, ob das HMI und die Handbücher tatsächlich auf Englisch sind und wer innerhalb einer Woche vor Ort sein kann. Ich habe gesehen, dass ein Werk durch das dreiwöchige Warten auf eine Wägezelle mehr verloren hat, als die Kontrollwaage jemals eingespart hat.

Geschrieben von Helen Xu | Chefingenieur für industrielle Anwendungen

Helen Sein Schwerpunkt liegt auf der Bereitstellung maßgeschneiderter Verpackungs- und Abfülllösungen für die Pharma-, Lebensmittel- und Chemieindustrie. Er verfügt über umfassendes praktisches Fachwissen in den Bereichen GMP-Konformität, ISO 9001-Qualitätsmanagementstandards und schlüsselfertige Integration großer Abfüll- und Verpackungsproduktionslinien.