Principio di Funzionamento di una Pesatrice Multitesta: Come Funzionano il Ciclo di Pesatura e il Calcolo delle Combinazioni

Una pesatrice multitesta, chiamata anche pesatrice combinata, è una macchina di pesatura automatica che riempie ogni confezione combinando porzioni provenienti da diverse tramogge pesate separatamente. Il prodotto viene distribuito tra le teste, ogni testa viene pesata nello stesso momento e il sistema di controllo rilascia il gruppo di tramogge il cui peso complessivo è più vicino al peso target senza scendere al di sotto di esso.

Il principio è lo stesso per ogni macchina; le differenze riguardano il modo in cui ciascun modello gestisce il prodotto. Due dei nostri modelli a 10 teste coprono lo stesso intervallo di 15–1000 g, ma uno è indicato con una precisione di ±0.5–2 g e l'altro di ±1–10 g, perché il primo è progettato per prodotti a scorrimento libero, mentre il secondo è destinato a prodotti appiccicosi.

Quando confrontate le schede tecniche, considerate il numero di teste come un'indicazione della produttività e il design delle tramogge come un'indicazione della precisione.

Componenti principali di una pesatrice multitesta

Una pesatrice multitesta è costruita attorno a un anello di unità di pesatura identiche, chiamate teste, disposte sotto un sistema centrale di alimentazione. Ogni testa dispone di un proprio alimentatore, tramogge e cella di carico, mentre un unico sistema di controllo coordina tutte le unità.

Le nostre pesatrici sono realizzate in acciaio inossidabile 304 per uso alimentare e i modelli con grado di protezione IP66 secondo il codice Ingress Protection (IP) sono progettati per lavaggi intensivi. Ciascuno di questi componenti è disponibile in diverse versioni, come superfici delle tramogge goffrate o lisce e differenti sistemi di alimentazione, e la scelta influisce sia sulla velocità sia sulla gestione del prodotto.

Come funziona una pesatrice multitesta: le cinque fasi del ciclo di pesatura

Ogni pesatrice multitesta ripete lo stesso ciclo in cinque fasi molte volte al minuto. Il prodotto viene distribuito, alimentato nelle tramogge, pesato, combinato e scaricato, mentre ogni testa svuotata viene nuovamente riempita durante il calcolo della combinazione successiva. Tutte le nostre pesatrici multitesta, da 6 a 30 teste, seguono questo ciclo.

Le cinque fasi del ciclo di pesatura. Le fasi 1, 2 e 5 movimentano il prodotto e dipendono dal suo comportamento durante il flusso. Le fasi 3 e 4 riguardano la pesatura e il calcolo e funzionano allo stesso modo per ogni prodotto.

Fase 1: Alimentazione e distribuzione

Il prodotto arriva da un trasportatore o da un elevatore a tazze e cade sul cono superiore, che vibra per spingerlo verso l'esterno e indirizzarlo agli alimentatori lineari. In questa fase non avviene alcuna pesatura. L'obiettivo è distribuire uniformemente il prodotto, perché qualsiasi sezione dell'anello che riceve una quantità insufficiente lascia le relative teste senza prodotto da pesare.

Il sensore di livello mantiene stabile l'alimentazione avviando e arrestando l'elevatore quando il livello sul cono scende o sale. Questo è importante perché se alle tramogge arriva troppo o troppo poco prodotto, i loro pesi si allontanano dall'intervallo con cui lavora il sistema di controllo, diminuisce il numero di combinazioni vicine al peso target e calano sia la velocità sia la precisione.

Fase 2: Alimentazione lineare

Ogni alimentatore lineare trasporta il prodotto verso l'esterno nella propria tramoggia di alimentazione. Il sistema di controllo regola questa fase impostando l'ampiezza della vibrazione e il tempo di alimentazione di ciascun alimentatore, che insieme determinano la quantità di prodotto che entra in ogni tramoggia. Una macchina a 14 teste dispone di quattordici alimentatori, ciascuno regolato separatamente, motivo per cui la messa a punto di un nuovo prodotto richiede più tempo di quanto molti acquirenti si aspettino.

Fase 3: Pesatura

Non appena una tramoggia di pesatura è vuota, la tramoggia di alimentazione sopra di essa si apre e rilascia la porzione successiva. La cella di carico sotto ogni tramoggia di pesatura misura la relativa porzione, quindi una macchina a dieci teste produce dieci pesi separati nello stesso momento. A questo punto nulla viene ancora sommato. La macchina dispone di dieci porzioni pesate e la fase successiva decide quali di queste entreranno nella confezione. È proprio questo che distingue una pesatrice combinata da una bilancia tradizionale.

Fase 4: Calcolo della combinazione

Il sistema di controllo legge contemporaneamente tutte le tramogge di pesatura e seleziona il gruppo il cui peso totale è più vicino al target senza scendere al di sotto di esso. In seguito segnala alla macchina confezionatrice che una porzione è pronta. La sezione successiva mostra come viene effettuata questa scelta.

Fase 5: Scarico e riempimento

Quando la macchina confezionatrice richiede il prodotto, i motori passo-passo aprono le tramogge di pesatura selezionate. Le porzioni cadono attraverso il canale di scarico nella tramoggia di raccolta oppure direttamente nel sacchetto se non è installata una tramoggia di raccolta. La pesatrice conferma quindi lo scarico, consentendo alla macchina confezionatrice di sigillare il sacchetto. Le tramogge di pesatura svuotate vengono nuovamente riempite dalle tramogge di alimentazione superiori e partecipano alla combinazione successiva.

La produttività è limitata principalmente dal tempo di riempimento. Una testa ancora in fase di riempimento non può partecipare alla combinazione successiva, quindi qualsiasi elemento che rallenta il riempimento rallenta l'intera macchina, indipendentemente dalla rapidità con cui le celle di carico si stabilizzano. Per capire come la pesatrice si integra con la confezionatrice e con le apparecchiature di ispezione, consultate la nostra panoramica sulle macchine automatiche per pesatura e confezionamento.

Come il calcolo delle combinazioni trova il peso più vicino

Il numero di combinazioni possibili aumenta rapidamente con ogni testa aggiuntiva: 10 tramogge di pesatura generano 1,023 combinazioni, mentre 14 teste ne generano 16,383. Con un numero maggiore di possibilità, il sistema di controllo può generalmente trovare una combinazione più vicina al peso target, riducendo così la quantità di prodotto regalata oltre il peso dichiarato per ogni confezione.

Prendiamo come esempio una macchina a 10 teste con un target di 250 g e supponiamo che le dieci tramogge di pesatura contengano attualmente le seguenti porzioni (valori illustrativi):

Se aggiungeste le porzioni una dopo l'altra fino a superare il target, come farebbe una bilancia singola durante il riempimento di un sacchetto, vi fermereste alla testa 5 con 288.4 g, ovvero 38.4 g in più. La ricerca della combinazione individua invece le teste 1, 2, 4 e 8: 58.4 + 61.2 + 66.3 + 64.2 = 250.1 g, solo 0.1 g oltre il target. Si aprono soltanto queste quattro tramogge. Le altre sei mantengono le proprie porzioni e passano direttamente alla ricerca successiva.

Le pesatrici multitesta sono state sviluppate proprio per questo tipo di ricerca. Le prime macchine comparvero negli anni '70 e furono inizialmente utilizzate per alcuni tipi di verdure. I prodotti freschi mostrano chiaramente il problema: i pezzi possono variare così tanto di peso che è impossibile raggiungere esattamente il peso di una confezione aggiungendoli uno alla volta. Anche sostituire un peperone piccolo con uno grande fino a quando la bilancia mostra il peso corretto è lento e raramente preciso. Selezionare il gruppo migliore tra molte porzioni pre-pesate risolve entrambi i problemi contemporaneamente.

Se un sistema di controllo valuta ogni combinazione possibile oppure esegue una ricerca limitata tra quelle più promettenti è una scelta progettuale. È una domanda legittima da porre a noi e a qualsiasi altro fornitore che state confrontando.

Precisione, velocità e sovrariempimento

Il sovrariempimento è il prodotto inserito nella confezione oltre il peso dichiarato. Ridurlo è uno dei motivi principali per cui le aziende acquistano una pesatrice multitesta. Una certa quantità di sovrariempimento è inevitabile. Poiché la fase 4 seleziona una combinazione che raggiunge il target senza scendere al di sotto, il risultato è normalmente leggermente superiore al peso target e raramente esattamente uguale.

Tre fattori aumentano il sovrariempimento: una quantità di riempimento per testa più grossolana, perché il più piccolo incremento disponibile è maggiore; un numero inferiore di combinazioni possibili, come spiegato nella sezione successiva dedicata al numero di teste; e soprattutto un prodotto che non fuoriesce completamente dalla tramoggia, perché il peso misurato non corrisponde più al peso che arriva effettivamente nella confezione.

Una velocità dichiarata ha senso solo quando si sa a quanti canali di scarico si riferisce. La nostra Memory Hopper 30 Heads, ad esempio, è indicata a 300 pesate al minuto (WPM), riportate anche come 5 × 60 WPM. Le sue 30 teste sono suddivise in cinque gruppi di pesatura indipendenti, ciascuno funzionante a 60 WPM e ciascuno alimentante la propria macchina confezionatrice. I 300 WPM rappresentano il totale di tutte e cinque le linee; se la vostra linea dispone di una sola confezionatrice, il valore applicabile è 60 WPM.

Qualsiasi specifica di velocità deve essere valutata allo stesso modo. Un valore WPM dice poco senza conoscere le condizioni di prova: prodotto, peso target e tolleranza. La stessa macchina non raggiungerà la stessa velocità con 500 g di riso e con 150 g di mozzarella grattugiata. Poiché una pesatrice può garantire solo ciò che ha pesato, molte linee aggiungono una controllo-peso dopo la confezionatrice per verificare il contenuto effettivo di ogni confezione finita. La nostra guida al controllo peso spiega come funziona questa verifica finale.

Mantenere precisa una pesatrice multitesta

La precisione dichiarata presuppone che ogni cella di carico effettui la lettura partendo da un vero punto zero. Residui di prodotto nella tramoggia di pesatura, polvere sulle superfici di contatto o un urto durante la pulizia possono alterare questo valore di riferimento. Per questo motivo, un controllo quotidiano del punto zero e una calibrazione formale ogni 6-12 mesi sono pratiche standard. I nostri sistemi di controllo supportano la calibrazione del peso multilivello e includono un allarme intelligente che segnala i problemi quando si verificano. Il programma completo, dai controlli quotidiani alla manutenzione annuale, è illustrato nella nostra guida alla manutenzione e calibrazione delle pesatrici multitesta.

Come il numero di teste influenza velocità e precisione

In linea di principio, un numero maggiore di teste dovrebbe significare una corrispondenza più precisa, perché ogni testa aggiuntiva raddoppia circa il numero di combinazioni possibili. Le specifiche pubblicate mostrano tuttavia che il vantaggio principale si traduce nella produttività. La 4.0G 10 Head raggiunge 70 WPM, mentre la 4.0G 14 Heads raggiunge 110 WPM. Entrambe sono indicate con una precisione di ±0.5–2 g, utilizzano tramogge da 1.6 L e coprono lo stesso intervallo di 15–1000 g.

L'aggiunta di quattro teste alla stessa famiglia di macchine aumenta la produttività del 57% e lascia invariato l'intervallo di precisione dichiarato, mentre il passaggio a un prodotto diverso con lo stesso numero di teste amplia tale intervallo di circa cinque volte. I numeri di teste disponibili nella gamma sono 6, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 24 e 30; i volumi delle tramogge vanno da ≤1 L a ≤8 L, in base al modello.

Tre modelli pubblicati mostrano il principio a confronto:

I tre modelli Anti-sticky seguono lo stesso principio: 6 teste a 40 WPM, 8 a 60 e 10 a 80, tutti con una precisione dichiarata di ±1–10 g. In entrambe le famiglie, l'aggiunta di teste ha modificato la velocità lasciando invariata la specifica di precisione.

Passare da 10 a 14 teste aumenta il numero di combinazioni possibili da 1,023 a 16,383 e la macchina utilizza queste combinazioni aggiuntive per raggiungere più rapidamente il peso target. La precisione viene determinata prima nel ciclo, in base a quanto finemente può essere riempita ogni tramoggia e a quanto completamente viene svuotata.

Le tramogge di memoria estendono lo stesso principio. Mantenendo disponibili per il calcolo successivo le porzioni già pesate ma non utilizzate, consentono al sistema di controllo di avere più combinazioni candidate senza attendere un nuovo riempimento. È così che i nostri modelli Memory Hopper raggiungono da 160 a 300 WPM con 16-30 teste, nella maggior parte dei casi suddivise tra due e cinque canali di scarico.

Il numero di teste è solo una voce della scheda tecnica. Abbinare numero di teste, volume delle tramogge e velocità al prodotto specifico è una decisione di selezione separata.

Come le caratteristiche del prodotto modificano il ciclo di pesatura

In una pesatrice multitesta, la pesatura e il calcolo (fasi 3 e 4) funzionano allo stesso modo per ogni prodotto. Il prodotto influenza le fasi 1, 2 e 5: come si distribuisce sul cono superiore, come viene alimentato nelle tramogge e come cade durante lo scarico. Per questo i nostri modelli differiscono principalmente per metodo di alimentazione, dimensioni delle tramogge e superficie delle tramogge, e due macchine con lo stesso numero di teste possono avere specifiche di precisione molto diverse.

I prodotti a scorrimento libero come snack, frutta secca, caramelle e alimenti surgelati rappresentano il riferimento per cui è progettata una macchina standard. Si distribuiscono uniformemente, si muovono sfruttando la sola vibrazione e cadono facilmente, consentendo a una macchina universale di raggiungere la precisione nominale completa. La nostra guida alle soluzioni di confezionamento e pesatura per snack tratta queste linee in modo più approfondito.

Lo stesso vale per prodotti non alimentari come componenti metallici e parti in plastica, perché il principio di pesatura non dipende da ciò che si trova nella tramoggia. Gli articoli lunghi e sottili, come salsicce e bacchette, rappresentano un'eccezione: per questi prodotti è necessaria la nostra Stick-shape Weigher. I prodotti descritti di seguito sono quelli che interferiscono con una delle fasi di movimentazione. Potete confrontare ogni modello nella nostra gamma di pesatrici multitesta, mentre la nostra panoramica dei 12 tipi di pesatrici combinate che produciamo descrive ogni famiglia in modo più dettagliato.

Prodotti appiccicosi e umidi

I prodotti appiccicosi disturbano l'alimentazione lineare e lo scarico, ovvero le fasi 2 e 5 del ciclo di pesatura. Aderiscono ai vassoi di alimentazione, alle pareti delle tramogge e agli sportelli, mentre la vibrazione tende a compattarli invece di farli avanzare. Qualsiasi residuo lasciato nella tramoggia dopo lo scarico rappresenta peso che è stato misurato ma che non è mai arrivato nella confezione.

Affrontiamo questo problema in tre punti. Il primo è la tramoggia: la Anti-sticky 10 Heads Multihead Weigher utilizza una tramoggia raschiante da 1.5 L che rimuove il prodotto durante lo scarico. Il secondo è l'alimentazione: le nostre Anti-sticky 6 Heads possono essere configurate con alimentazione a nastro o a vite per prodotti oleosi o difficili da far scorrere, come la carne tagliata a cubetti.

Il terzo è la superficie di contatto: le tramogge delle nostre pesatrici High Precision Compact sono disponibili con superficie goffrata o liscia, e una superficie goffrata riduce il contatto con l'acciaio, consentendo a prodotti leggermente oleosi o umidi di fuoriuscire più facilmente.

Prodotti fragili

Per i prodotti fragili, ogni trasferimento comporta una caduta: dal cono superiore alla tramoggia di alimentazione, dalla tramoggia di alimentazione alla tramoggia di pesatura, dalla tramoggia di pesatura al canale di scarico e dal canale di scarico al sacchetto. La rottura si accumula lungo tutti e quattro i passaggi, motivo per cui una macchina che gestisce bene i cracker è più di una macchina standard semplicemente utilizzata a una velocità inferiore.

La nostra Manual Weigher sostituisce l'alimentazione vibrante con un sistema a nastro trasportatore che riduce le cadute, rendendola adatta a prodotti fragili o appiccicosi. Anche la serie Anti-sticky viene utilizzata per prodotti fragili e difficili da movimentare.

Una gestione più delicata del prodotto comporta generalmente una velocità inferiore: la Manual Weigher alimentata a nastro è indicata a 50 WPM. Non pubblichiamo le altezze di caduta, quindi qualsiasi valore di rottura comunicato deve essere considerato come un dato da verificare sul proprio prodotto.

Prodotti voluminosi e prodotti freschi

Per i prodotti voluminosi, il limite è rappresentato dal volume della tramoggia. La fase 3 pesa una porzione completa alla volta, quindi una porzione che non entra in una singola tramoggia non può essere pesata. Nessun numero aggiuntivo di teste può risolvere questo problema. Le nostre Large Volume Salad Weigher combinano tramogge da 5.5 L o 7.5 L con vibratori più potenti, aperture degli sportelli più grandi e un cono superiore rotante regolabile che distribuisce uniformemente i prodotti a foglia già nella fase 1. Per patate e prodotti simili, le nostre Potato Weigher utilizzano tramogge da 5 L.

Prodotti polverosi e polveri

La polvere non modifica il modo in cui una cella di carico misura il peso. Viene sollevata durante le fasi 1 e 2 mentre il prodotto viene distribuito e alimentato e si deposita attorno alle celle di carico e alle parti mobili. I granuli fini possono inoltre formare ponti all'interno delle tramogge invece di scorrere liberamente.

Poiché questi problemi si verificano nelle fasi di alimentazione su cui si basa una pesatrice multitesta, per le polveri consigliamo un loss-in-weight feeder invece di una pesatrice multitesta.

Pesi target molto ridotti

Con pochi grammi per confezione, il limite è rappresentato dalla precisione con cui gli alimentatori lineari possono dosare ogni porzione. Un singolo pezzo rappresenta una parte significativa del peso target e una tramoggia standard è troppo grossolana per costruire il peso con precisione. Le nostre pesatrici High Precision Compact coprono 2–300 g con una precisione di ±0.1–1 g. Per le porzioni più piccole, la Super Precision Micro Multihead Weigher è indicata con ±0.03 g su tramogge da 0.1 L e su un intervallo da 0.5–50 g.

Si tratta di una precisione da 17 a 67 volte superiore rispetto a una macchina universale da ±0.5–2 g, con un peso massimo di 50 g. Una precisione di questo livello dipende dalla progettazione delle tramogge e pertanto non può essere semplicemente aggiunta a una macchina più grande.

Una pesatrice multitesta non è l'unica soluzione e vale la pena confrontarla con pesatrici più semplici.

Pesatrice multitesta vs. pesatrice lineare e pesatrice a tramoggia singola: differenze tra i principi

Le pesatrici lineari e le pesatrici a tramoggia singola non combinano le porzioni: ogni tramoggia viene riempita autonomamente fino al peso target e quindi rilasciata. Una pesatrice lineare dispone diverse tramogge una accanto all'altra, mentre una pesatrice a tramoggia singola ne utilizza soltanto una. Senza il calcolo delle combinazioni, entrambe sono più lente, meccanicamente più semplici e considerevolmente più economiche.

Per la maggior parte delle linee consigliamo una pesatrice multitesta, perché è più veloce e mantiene il peso entro limiti più stretti. La pesatura combinata giustifica il suo costo soprattutto alle alte velocità, con prodotti difficili come articoli irregolari, lunghi, fragili o appiccicosi e con prodotti costosi, dove un grammo di sovrariempimento per confezione può trasformarsi in una perdita economica significativa nel corso di un anno. Una pesatrice lineare è l'opzione per budget più contenuti: è adatta a una linea che lavora con una sola dimensione di confezione, a velocità moderate, con prodotti a scorrimento libero e con una tolleranza sufficientemente ampia da non giustificare l'investimento aggiuntivo.

Se non siete sicuri di quale soluzione sia più adatta alla vostra linea, il nostro confronto completo analizza la scelta in modo più approfondito.

Domande frequenti

Chi confronta le pesatrici multitesta pone spesso anche le seguenti domande:

1. Una pesatrice combinata è la stessa cosa di una pesatrice multitesta?

   
   

   Sì. Pesatrice combinata, computer combination weigher e pesatrice multitesta indicano la stessa macchina. I primi due termini descrivono il calcolo effettuato nella fase 4, mentre il terzo descrive l'anello di teste di pesatura che alimenta tale calcolo. Le schede tecniche e i risultati di ricerca utilizzano i termini in modo intercambiabile.

2. Qual è la differenza tra una pesatrice multitesta e una controllo-peso?

   
   

   Si trovano alle due estremità opposte della macchina confezionatrice. Una pesatrice multitesta costruisce ogni porzione fino al peso target prima che venga realizzata la confezione; una controllo-peso pesa invece ogni confezione sigillata e scarta quelle che si trovano al di fuori della tolleranza. La prima riduce il sovrariempimento, mentre la seconda verifica che ogni confezione rispetti il peso dichiarato. Per questo molte linee utilizzano entrambe. La nostra guida al controllo peso spiega come funziona il controllo-peso.

3. Con quali macchine confezionatrici può lavorare una pesatrice multitesta?

   
   

   Una pesatrice multitesta si trova sopra la macchina confezionatrice e rilascia una porzione pesata per ogni ciclo, quindi può alimentare macchine confezionatrici che ricevono il prodotto dall'alto. Le nostre soluzioni vengono integrate con confezionatrici verticali form-fill-seal (VFFS), termosaldatrici per vaschette e macchine termoformatrici. Le due macchine comunicano attraverso un semplice scambio di segnali: la pesatrice segnala che una combinazione è pronta, la macchina confezionatrice la richiede e la pesatrice conferma lo scarico.

4. Che cos'è una pesatrice mix?

   
   

   Una pesatrice mix gestisce due o più prodotti attraverso un'unica macchina e li combina in un'unica confezione secondo un rapporto prestabilito, come avviene per mix di frutta secca, miscele di snack e confezioni combinate. Le nostre pesatrici multitesta Memory Hopper supportano configurazioni fino a 5 mix. Dal punto di vista meccanico, le teste vengono suddivise in gruppi, uno per ciascun prodotto, e il calcolo della fase 4 viene eseguito su un target separato per ogni gruppo.

Passo successivo: scegliere una pesatrice multitesta per il vostro prodotto

Il numero di teste determina la velocità di funzionamento di una pesatrice multitesta; il prodotto e la tramoggia progettata per esso determinano invece quanto precisamente viene mantenuto il peso. La scelta della macchina più adatta al vostro prodotto dipende quindi dai dettagli della vostra applicazione. Se desiderate confrontare autonomamente i modelli, la nostra gamma completa di pesatrici multitesta è il punto di partenza.

Se preferite discuterne direttamente con un ingegnere, inviateci tre informazioni sulla vostra applicazione. Vi consiglieremo una macchina adatta al vostro prodotto e vi indicheremo la velocità che può realisticamente raggiungere con quel prodotto, non semplicemente il valore massimo riportato a catalogo. Le nostre apparecchiature sono utilizzate in più di 120 Paesi e sono supportate dalle filiali di Taiwan e Germania. Il nostro modulo di contatto dispone di un campo di testo libero, quindi inserite tutte e tre le informazioni al suo interno:

1. Cosa state pesando (prodotto e dimensione tipica dei pezzi)
2. Peso target per confezione e relativa tolleranza
3. Numero di confezioni richieste al minuto

Invia i dettagli del tuo prodotto ai nostri ingegneri