Wägezellen – das Herzstück jeder Waage

Der Kern eines jeden Wie­ge- oder Mess­sys­tems sind die Wäge­zel­len. Die Qua­li­tät der Wäge­zel­len hat Aus­wir­kun­gen auf die Wäge­ge­nau­ig­keit. Wäge­zel­len sind in vie­len unter­schied­li­chen Berei­chen ein­setz­bar. Sie sind für vie­le wirt­schaft­li­che und indus­tri­el­le Pro­zes­se not­wen­dig. Was eine Wäge­zel­le ist, wel­che Arten und Ein­satz­ge­bie­te es gibt und wie sie funk­tio­niert, beant­wor­ten wir in unse­rem Beitrag. 

Was ist eine Wägezelle?

Wäge­zel­len gehö­ren zur Kate­go­rie der Kraft­sen­so­ren, die auf den Prin­zi­pi­en von Deh­nungs­mess­strei­fen und Feder beru­hen. Wäge­zel­len sind viel­sei­tig ein­setz­bar und das Herz­stück einer jeden Waa­ge. Das elek­tro­ni­sche Instru­ment hat den Nut­zen, mecha­ni­sche Kraft in ein elek­tri­sches Aus­gangs­si­gnal umzu­wan­deln. Wäge­zel­len wer­den benö­tigt, wenn Kräf­te oder Gewich­te unter ver­schie­de­nen Bedin­gun­gen gemes­sen wer­den. Sie sind eine Son­der­form der Kraft­sen­so­ren in Wäge­vor­rich­tun­gen, die nicht in New­ton, son­dern Gramm, Kilo­gramm oder Ton­nen jus­tiert wer­den. Die hoch­ge­nau­en und emp­find­li­chen Sen­so­ren sind der wich­tigs­te Bestand­teil jedes elek­tro­ni­schen Wie­ge- oder Mess­sys­tems. Für die Viel­zahl an mög­li­chen Anwen­dungs­ge­bie­ten muss die jeweils geeig­ne­te Wäge­zel­le ver­wen­det werden. 

Welche Wägezellen gibt es?

Wel­che Wäge­zel­le die rich­ti­ge ist, hängt von der spe­zi­el­len Anwen­dung ab. Es exis­tie­ren unter­schied­li­che Typen von Wägezellen.

Plattformwägezellen

Platt­form­wä­ge­zel­len wer­den auch als Sin­gle-Point-Wäge­zel­len bezeich­net. Sie wer­den in den meis­ten Fäl­len bei Platt­for­men ein­ge­baut, die nur eine Wäge­zel­le brau­chen und mit klei­nen Nenn­las­ten arbei­ten. Durch die viel­fäl­ti­ge Ein­setz­bar­keit gehö­ren sie zu den am meis­ten ver­wen­de­ten Wäge­zel­len. Sie wer­den bei­spiels­wei­se in Waa­gen und Wäge­vor­rich­tun­gen ein­ge­setzt. Das liegt dar­an, dass hier die Gewichts­er­fas­sung nicht vor­her­seh­bar zen­trisch vor­ge­nom­men wird. Zu ihren Eigen­schaf­ten gehö­ren eben­falls eine ein­fa­che Mon­ta­ge und ein unpro­ble­ma­ti­scher Ein­satz sowie Unemp­find­lich­keit gegen­über Eck- und Sei­ten­las­ten. Das bedeu­tet, dass sie ein opti­ma­les Mess­ergeb­nis lie­fern, selbst wenn die Platt­form nur an einer Sei­te belas­tet wird.

Platt­form­wä­ge­zel­len sind viel­sei­tig einsetzbar:

• Waa­gen für klei­ne bis mitt­le­re Last­be­rei­che (bis 1 Tonne)
• Platt­form­waa­gen
• Band­waa­gen
• Abfüll­waa­gen
• Dosier­waa­gen
• Lade­waa­gen
• Ver­kaufs­waa­gen
• dyna­mi­sche Waagen
• indus­tri­el­le Tisch- und Bodenwaagen
• mobi­le Wägesysteme
• Mes­sung von Über­last bei Aufzügen
• Mes­sung von Anpressdruck

Druckkraft-Wägezellen

Die­se Kraft­sen­so­ren sind spe­zi­ell dar­auf aus­ge­legt, Druck­kräf­te zu mes­sen. Der Auf­bau der Druck­kraft-Wäge­zel­len ist säu­len­för­mig und for­dert eine zen­tri­sche Kraft­ein­lei­tung. Bei die­ser Wäge­zel­len-Art gibt es zwei Bau­for­men. Eine Bau­wei­se ist die Pen­del­wä­ge­zel­le, die für extrem hohe Nenn­las­ten kon­fi­gu­riert ist. Die ande­re Form ist die Kom­pakt­wä­ge­zel­le, die bei gerin­ger Platz­ver­füg­bar­keit ein­ge­setzt wird. Eine spe­zi­el­le Form der Druck­kraft-Wäge­zel­le ist die Ring­tor­si­ons­wä­ge­zel­le, sie ist beson­ders unemp­find­lich gegen exzen­tri­sche Belas­tun­gen. Druck­kraft-Wäge­zel­len wer­den in der Regel für hohe Last­be­rei­che (meh­re­re Ton­nen) ein­ge­setzt. Für die Kraft­mes­sung in der Pro­zess­in­dus­trie sind die­se Kraft­auf­neh­mer eben­falls geeignet.

Pen­del­wä­ge­zel­len haben unter­schied­lichs­te Einsatzgebiete:

• indus­tri­el­le Hochlastwaagen
• Lkw-Waa­gen
• Gleis­waa­gen
• Tank­waa­gen
• Silo­waa­gen

Kom­pakt­wä­ge­zel­len wer­den in fol­gen­den Berei­chen eingesetzt:

• För­der­band­waa­gen
• Boden­waa­gen
• Lkw-Waa­gen
• Silo­waa­gen
• Tank­waa­gen
• Trich­ter­waa­gen

Druck- und Zugkraft-Wägezellen

Die­se Art von Wäge­zel­len ist uni­ver­sell ein­setz­bar. Druck- und Zug­kraft-Wäge­zel­len wer­den aber in den meis­ten Fäl­len für die Wägung von hän­gen­den Las­ten ver­wen­det. Beson­ders S‑Typ-Wäge­zel­len sind hier­für geeig­net, sie sind S‑förmig gebaut. Eine idea­le Kraft­ein­lei­tung wird durch das zen­tra­le Innen­ge­win­de erreicht. 

Eine Viel­zahl an Anwen­dungs­ge­bie­ten lie­gen für Druck- und Zug­kraft-Wäge­zel­len vor:

• Waa­gen für klei­ne bis mitt­le­re Last­be­rei­che (bis 1 Tonne)
• hän­gen­de Last­trä­ger oder hän­gen­de Behälterwaagen
• Tank­waa­gen
• Silo­waa­gen
• Kran­waa­gen
• Wäge­bän­der
• Hybrid­waa­gen

Scherstab- und Biegestabwägezellen

Opti­mal kon­zi­piert für raue Umge­bun­gen sind durch ihre hohe Schutz­art und optio­na­le ATEX-Zulas­sung Bie­ge­stab- und Scher­kraft-Wäge­zel­len. Scher­st­ab­wä­ge­zel­len wer­den immer dann ein­ge­baut, wenn Druck­kräf­te wir­ken. Sie sind sta­bil gegen Sei­ten­kräf­te und unemp­find­li­cher den Belas­tungs­punkt betref­fend. Bie­ge­stab­wä­ge­zel­len gehö­ren zu den am häu­figs­ten genutz­ten Wäge­zel­len und sind auf­grund ihrer Robust­heit ide­al für den Indus­trie­be­reich geeig­net. Es bewir­ken bei Bie­ge­stab­wä­ge­zel­len rela­tiv klei­ne Kräf­te schon hohe Deh­nun­gen, wes­halb Über­last­schutz mit die­sen Kraft­sen­so­ren ein­fach umsetz­bar ist. Der Feder­kör­per ist bei bei­den Kraft­auf­neh­mern das Kernstück. 

Bie­ge­stab­wä­ge­zel­len

• Dosier­waa­gen
• Füll­stands­über­wa­chung
• Tank­waa­gen
• Silo­waa­gen
• Hän­ge­bahn­waa­gen
• Band­waa­gen
• Platt­form­waa­gen (hier wer­den oft meh­re­re Wäge­zel­len eingesetzt)

Scher­st­ab­wä­ge­zel­len

• Waa­gen für mitt­le­re Last­be­rei­che (bis unge­fähr 5 Tonnen)
• Dosier­waa­gen
• Band­waa­gen
• Behäl­ter­waa­gen
• Tank­waa­gen
• Silo­waa­gen
• Füll­stands­über­wa­chung
• Platt­form­waa­gen im mitt­le­ren Bereich (hier wer­den oft meh­re­re Wäge­zel­len eingesetzt)
• Abfüll­an­la­gen
• Dreh­mo­ment- oder Kraft­mes­sung in indus­tri­el­len Anlagen

Digitale Wägezellen

Neben ana­lo­gen exis­tie­ren digi­ta­le Kraft­sen­so­ren, die sich durch die ein­ge­bau­te Elek­tro­nik zur Signal­ver­ar­bei­tung und Ana­log-Digi­tal-Umset­zung dif­fe­ren­zie­ren. Beson­ders bei dyna­mi­scher Anwen­dung ist die­se Opti­on inter­es­sant. Durch den Mikro­pro­zes­sor wird die Sys­tem­ge­nau­ig­keit erhöht und die Bedie­nung der Wäge­zel­le ver­ein­facht. Das digi­ta­le Signal kann dafür genutzt wer­den, mit jeder Wäge­zel­le in einem Wäge­sys­tem indi­vi­du­ell zu kommunizieren.

• Ver­pa­ckungs­ma­schi­nen
• Füll­ma­schi­nen
• Sor­tier­ma­schi­nen
• Kon­troll­waa­gen

Doppel-Scherstabwägezellen

Sie mes­sen, wie Scher­st­ab­wä­ge­zel­len, Druck­kräf­te. In ihrer Funk­ti­ons­wei­se ähneln sie Scher­st­ab­wä­ge­zel­len, sie sind jedoch für höhe­re Las­ten aus­ge­legt. Die Kraft­ein­lei­tung erfolgt mit­tig, Dop­pel-Scher­st­ab­wä­ge­zel­len sind des­halb unemp­find­lich gegen seit­li­che Belas­tung. Die­se Kraft­sen­so­ren haben zwei Feder­kör­per. 

• Waa­gen für hohe Last­be­rei­che (meh­re­re Tonnen)
• Silo­waa­gen
• Con­tai­ner­waa­gen
• Fahr­zeug­waa­gen
• Wäge­rah­men
• Kraft­mes­sung in der Prüfmaschinenindustrie

Technologie: Wie funktionieren Wägezellen?

Zum Auf­bau von Wäge­vor­rich­tun­gen wer­den Wäge­zel­len gebraucht. Betrach­ten Sie eine typi­sche Wäge­zel­le, besteht die­se aus zwei Tei­len. Eine elek­tri­sche Schal­tung und dem Haupt­kör­per – dem Feder­kör­per. Der Haupt­kör­per trägt das Gewicht bzw. die Kraft. Die ange­schlos­se­ne Schal­tung ist in der Wäge­zel­le mit dem Haupt­kör­per fest verklebt.

Wie funk­tio­nie­ren Wäge­zel­len? Eine Wäge­zel­le ist in der Regel ein Metall­teil, das aus Edel­stahl oder Alu­mi­ni­um her­ge­stellt wur­de. Dadurch wer­den Zuver­läs­sig­keit und pro­gnos­ti­zier­ba­re und ein­heit­li­che Deh­nungs­ver­tei­lung gewähr­leis­tet. Trifft eine Belas­tung auf den Mess­kör­per, ver­formt sich die­ser – er federt. Ein Deh­nungs­mess­strei­fen, der in der Schal­tung beinhal­tet ist, erfasst die­se Ver­for­mung. Da die Schal­tung fest in der Wäge­zel­le ver­bun­den ist, geschieht die Ver­for­mung der Schal­tung im Ein­klang mit dem Feder­kör­per. Anschlie­ßend wird das Gan­ze in ein elek­tri­sches Signal umge­wan­delt, das pro­por­tio­nal zur auf­ge­brach­ten Kraft ist. 

Die unter­schied­li­chen Arten von Wäge­zel­len haben ver­schie­de­ne mecha­ni­sche Eigen­schaf­ten. Die­se spe­zi­el­len Eigen­schaf­ten sind not­wen­dig, um die Wäge­zel­len für die jewei­li­gen Ein­satz­ge­bie­te opti­mal ein­set­zen zu kön­nen. Bei­spiels­wei­se ist ein Kraft­sen­sor mit hoher Dyna­mik opti­mal für den Ein­satz bei vie­len Wäge­vor­gän­gen in kur­zer Zeit ausgelegt.

Messtechnische Parameter

Die­se spe­zi­el­len Kraft­sen­so­ren haben spe­zi­fi­sche mess­tech­ni­sche Eigen­schaf­ten, die für den Ein­satz rele­vant sind. 

• Nenn­last (in Gramm, Kilo­gramm oder Tonnen)
• Grenz­last
• Kenn­wert (gän­gi­ger Wert: 2mV/V)
• Min­dest­tei­lungs­wert 
• Aus­gangs­wi­der­stand
• Belas­tungs­krie­chen

Besteht im Ein­satz­ge­biet, wie im Lebens­mit­tel­be­reich, eine Eich­pflicht für Waa­gen, müs­sen die Wäge­zel­len ent­spre­chend eich­bar sein. Im Gesetz sind die spe­zi­el­len Anfor­de­run­gen hier­für festgelegt. 

ATEX- und FM-Bescheinigungen

Die Art des Kraft­sen­sors wird auch nach den ver­schie­de­nen Umge­bungs­ein­flüs­sen gewählt. Eine Wäge­zel­le in einer Labor­waa­ge muss ande­ren Anfor­de­run­gen ent­spre­chen als die in einer Fahr­zeug­waa­ge. In der Regel wer­den Wäge­zel­len ver­gos­sen, um die Schal­tung von äuße­ren Ein­flüs­sen zu schüt­zen. Es exis­tie­ren auch Kraft­auf­neh­mer, die her­me­ti­sche Dich­tun­gen haben, was den umfas­sends­ten Schutz garantiert.

Wäge­zel­len kön­nen ATEX- und FM-Beschei­ni­gun­gen erhal­ten. Dies beschei­nigt, dass die­se Kraft­sen­so­ren für den Ein­satz in explo­si­ons­ge­fähr­de­ten Umge­bun­gen geeig­net sind. Bei die­sen Wäge­zel­len besteht kei­ne Gefahr der Fun­ken­bil­dung. Wer­den in der Umge­bung der Wäge­zel­le brenn­ba­re Gase oder Dämp­fe frei­ge­setzt, sind die­se spe­zi­el­len Wäge­zel­len notwendig. 

Zukunft der Wägezellen

Von der Auto­mo­bil­her­stel­lung bis hin zur Wägung Ihrer Ein­käu­fe, die­se spe­zi­el­len Kraft­sen­so­ren fin­den Sie in den ver­wen­de­ten Wäge- oder Mess­sys­te­men. Die Tech­no­lo­gie ent­wi­ckelt sich ste­tig wei­ter und somit ent­ste­hen immer neue span­nen­de Anwen­dungs­ge­bie­te für die­se Sen­so­ren. Vie­le Berei­che sind auf Mög­lich­kei­ten ange­wie­sen, Kraft und Gewicht ver­läss­lich zu mes­sen. Robo­ter­tech­nik und medi­zi­ni­sche Pro­the­sen sind ein Bei­spiel für die­se Anwendungsgebiete. 

Durch die­se neu­en und sich stän­dig wei­ter­ent­wi­ckeln­den Berei­che ist die kon­ti­nu­ier­li­che Ent­wick­lung neu­er Arten von Wäge­zel­len not­wen­dig, um sich an die ver­än­der­ten Bedürf­nis­se anzupassen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Wägezellen (FAQ)

1. Was macht eine Wägezelle?

Wäge­zel­len sind in jedem Wie­ge- oder Mess­sys­tem ent­hal­ten. Sie wer­den immer dann benö­tigt, wenn Kräf­te oder Gewich­te unter ver­schie­de­nen Bedin­gun­gen gemes­sen wer­den. Es gibt eine Viel­zahl an Anwen­dungs­ge­bie­ten für die­se Kraftsensoren. 

2. Was ist ein Wägesystem?

Wäge­sys­te­me wer­den in Wie­ge- und Mess­sys­te­me ver­baut. Zu die­sen Sys­te­men gehö­ren Waa­gen und spe­zi­el­le Maschi­nen, die nicht nur Güter wägen, son­dern auch wei­te­re Funk­tio­nen haben, bei­spiels­wei­se das Abpa­cken von gewo­ge­nen Produkten. 

3. Wie funktioniert eine Brückenwaage?

Bei dem Wäge­vor­gang einer Brü­cken­waa­ge ver­for­men sich die Kraft­sen­so­ren leicht, wenn ein Fahr­zeug auf die Brü­cke fährt. Bei den Deh­nungs­mess­strei­fen, die sich hier­bei mecha­nisch ver­for­men, ver­än­dert sich dadurch auch der elek­tri­sche Wider­stand. 

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