Wägetechnik
Armin Rohnen, 14.10.2021
- Die Abschlussarbeit von Kilian Stach [1] enthält ein Konzept der Wägetechnik was eigentlich funktioniert, aber aus einem nicht analysierten Hintergrund in der Praxis nicht umgesetzt werden konnte.
- Die Projektarbeit [10] hat versucht das Konzept aus [1] zu analysieren. Die Analyse ist recht dürftig. Lösungsvorschlag hier war mittels Linearführungen das Biegemoment aufzunehmen und über die Führung die Kräfte in Z auf die Wägezelle zu leiten. Das hat nicht funktioniert, weil Linearführungen sehr präzise verbaut werden müssen und die vorhandene Reibung natürlich den Messwert beeinflusst
- In [24] ist ein Wägesystem beschrieben
- die Projektarbeit [30] enthält die Analyse des Wägesystems aus [24] - hieraus ergibt sich, dass die Verbindung zwischen Wägeplatte und Wägezelle Reibungsbelastet ist und dadurch zu Messwertverfälschungen und vermutlich auch zur Messwertdrift führt.
- [32] ist ein Patent welches die Verwendung von Wägetechnik in Siebträger Espressomaaschinen beschreibt - das muss unbedingt genau analysiert werden, was da wirklich patentiert ist
Angestrebt ist die Verwendung der Wägezelle Q47 (1, 2 oder 4 Stück) von Zemic [ Q47 Datenblatt ] hiervon sind zwei Varianten im Labor verfügbar.
Eine Wägezelle erfasst lediglich die Biegung des Wägezellenbalkens - Kraft in Z-Richtung. Durch die Positionierung und die Art der Beschaltung der aufgebrachten vier Dehnungsmesstreifen ist eine Wägezelle für Kräfte entlang des Biegebalkens "blind" und Temperaturen sind im weiten Bereich unproblematisch. Zu dieser Aussage ist eine Quellenreche bzw. qualifizierte Darlegung erforderlich.
Das elektrische Signal der Wägezelle ist mit ca. 1 Millivolt je Volt Speisespannung beschrieben. Das ergibt bei maximaler Belastung ca. 4 mV Mess-Signal. Dieses Signal wird über einen Instrumentenverstärker (Bauelement INA128) und nachgeschaltetem Tiefpassfilter mit Verstärkungsfaktor auf den Messbereich des A/D-Wandlers (bzw. Mikrocontrollers) verstärkt. Auch hierzu sind zwei Lösungen vorhanden bzw. im Zulauf. Einmal eine Platine die direkt an die Wägezelle gesetzt werden kann und einmal eine Lösung über die Zentralelektronik der Espressomaschine.
Eine weitere Variante das elektrische Signal der Wägezelle in nutzbare Daten umzuwandeln ist die Verwendung des Bauelements HX711, welches allerdings nicht immer verfügbar ist.
Vielleicht ist es vernünftig zunächst einen Demonstrator zu erstellen und die Technik bezüglich Genauigkeit zu optimieren und dann erst die Integration in die Espressomaschine vorzunehmen.
Diese Option muss meines Erachtens nicht sofort zum Verkaufsstart der Masshine verfügbar sein, sie sollte sich aber ohne großen Aufwand nachrüsten lassen.
Armin Rohnen, 29.08.2021
Ähnlich der Wägetechnik in der Mahlkönig Mühle E65S GBW soll eine Wägetechnik entwickelt werden. Rahmenbedingung ist, dass die Datenerfassung wohl mit einem 12 Bit ADC auskommen muss, das bedeutet jedoch bei 2000 g Messbereich eine Auflösung bestenfalls von 0,5 Gramm. Bei einem 16 Bit ADC wären es 0,03 Gramm.
Daraus abgeleitet:
- Reduzierung des Systemgewichts welches mitgewogen werden muss
- Nullpunktverschiebung am Instrumentenverstärker, so dass das bekannte Tara nicht im Signal des Messwertes enthalten ist.
- Elektronik mit lieferfähigem 16 Bit ADC
Abildung 2 / Abbildung 3: Wägetechnik der Mahlkönig Mühle E65S GBW
Abbildung 1: Wägetechnik Skizze
Status 10 - Erfasst 30 - in Bearbeitung 50 - Lösung definiert 70 - in Umsetzung 90 - Umsetzung abgeschlossen 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich) 100 - Maßnahme bestätigt