Wie ist eine Wägezelle aufgebaut?
Grundaufbau
Eine Wägezelle besteht aus einem Federkörper und einem fest damit verbundenen Dehnungsmessstreifen (meistens werden diese auf den Wägezellenkörper aufgeklebt).
Die Funktion einer Wägezelle wird durch ihren Aufbau bestimmt. Je nach Anwendung können Biegekraft, Druckkraft, Scherkraft oder Torsionskräfte gemessen werden.
Der Federkörper einer Wägezelle besteht aus Metall. Hierfür eignen sich je nach Anwendugsgebiet Aluminium, Edelstahl und legierter Werkzeugstahl.
Dehnungsmessstreifen sind Ohmsche Widerstände, die elektrisch ausgewertet werden.
Bauformen: Welche Wägezelle passt zu welcher Anwendung?
Wägezellen unterscheiden sich je nach Anwendugsgebiet in Ausführung und Form. So wurden im Laufe der Jahre Wägezellen dahingehend weiterentwickelt, dass der Federkörper eine optimale Krafteinleitung gewährleistet. Bei extrem hohen Belastungen nimmt man bsplw. Doppel Scherstab Wägezellen. Diese ermöglichen eine zentrale Krafteinleitung zwischen den beiden Lagerpunkten. Biegestab Wägezellen sind für Lasten bis 500 kg geeignet und werden oftmals in Dosierwaagen, Hängebahnwaagen, Bandwaagen oder auch Plattformwaagen eingesetzt. Single Point Wägezellen oder auch Plattform Wägezellen eignen sich für Tisch- und Plattformwaagen und kommen im Maschinenbau mit Lasten bis zu 2 Tonnen zum Einsatz. Wir empfehlen den Einbau einer Überlastsicherung. Plattformwaagen sollten strengstens innerhalb ihrer Maximallasten betrieben werden, um eine Beschädigung der Wägezelle zu vermeiden.
Druckkraft Wägezellen findet man überall dort, wo schwere Lasten ab 10 Tonnen gewogen werden. S-Förmige Wägezellen eignen sich grundsätzlich für Zug- und Druckkraftmessung. Vornehmlich werden diese in Hängewaagen oder zur Zugkraftmessung eingesetzt. Scherstab Wägezellen sind besonders unempfindlich gegenüber Scherkräften. Die Dehnungsmessstreifen sind an einem dünnen Steg in der Mitte der Wägezelle angebracht.
Messprinzip Wägezelle: Wie aus Gewicht ein Signal wird
Das Messprinzip einer Wägezelle beschreibt, wie eine aufgebrachte Kraft in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Je nach Technologie entsteht entweder eine sehr kleine Spannung (z. B. mV/V) oder ein frequenzbasiertes Signal. Die nachgeschaltete Elektronik verstärkt und verarbeitet dieses Signal und stellt das Gewicht zur Anzeige oder Steuerung bereit.
DMS-Wägezellen (Dehnungsmessstreifen)
Die DMS-Wägezelle ist das weltweit am häufigsten eingesetzte Messprinzip im industriellen Wiegen. Eine aufgebrachte Last verformt einen elastischen Metallkörper minimal. Aufgeklebte Dehnungsmessstreifen (DMS) erfassen diese Verformung, indem sich ihr elektrischer Widerstand verändert. In einer Wheatstone-Brückenschaltung wird diese Änderung in eine präzise, lastproportionale Ausgangsspannung umgewandelt.
- Standard bei Plattform-, Behälter- und Industriewaagen
- Robust, langlebig und wirtschaftlich
- Sehr gutes Verhältnis aus Genauigkeit und Stabilität
Elektromagnetische Kraftkompensation
Bei der elektromagnetischen Kraftkompensation wird das zu messende Gewicht durch eine elektromagnetisch erzeugte Gegenkraft auf Null kompensiert. Ein präzise geregeltes Zusammenspiel aus Magnetfeld und Stromfluss sorgt dafür, dass die Kraft vollständig ausgeglichen wird. Der dafür benötigte Kompensationsstrom steht in direktem Verhältnis zur gewogenen Masse.
Dieses Messprinzip gilt als das genaueste Verfahren in der statischen Präzisionswägung und ermöglicht extrem hohe Auflösungen. Es wird daher in Mikro-, Halbmikro-, Analysen- und Präzisionswaagen eingesetzt.
- Höchste Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit
- Sehr hohe Auflösung im Milligramm- und Submilligrammbereich
- Typisch für Labor- und Forschungsanwendungen
Schwingfrequenz-Prinzip (Stimmgabel / Schwingsaite)
Beim Schwingfrequenz-Prinzip verändert eine Kraft die Eigenfrequenz eines schwingenden Resonanzkörpers. Die Elektronik misst diese Frequenzänderung und berechnet daraus die aufgebrachte Last. Da ein Frequenzsignal besonders störsicher ist, eignet sich dieses Verfahren gut für präzise industrielle Anwendungen.
- Digitale und störsichere Signalverarbeitung
- Einsatz in Industrie- und Spezialanwendungen
Weitere Messprinzipien
Neben diesen drei Haupttechnologien existieren weitere Verfahren wie piezoelektrische, kapazitive oder hydraulische Messsysteme. Diese kommen vor allem in Spezialanwendungen oder bei dynamischen Messungen zum Einsatz, sind jedoch im klassischen industriellen Wiegen weniger verbreitet.
Hinweis: Single-Point ist kein Messprinzip
Single-Point oder Single-Cell bezeichnet keine eigene Messtechnologie, sondern eine Bauform – meist auf Basis des DMS-Prinzips. Diese Wägezellen liefern auch bei außermittiger Belastung präzise Messergebnisse und werden häufig in Plattformwaagen eingesetzt.
Weiterführende Themen im Wissens-Hub
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Wägezellen: Funktion, Grundlagen & Auswahl
- Funktion einer Wägezelle
- Aufbau & Messprinzip einer Wägezelle
- Hilfe bei der Auswahl der Wägezellen
- Wägezellen Nennlast & Auslegung berechnen
- Wägezellen Produkt-Videos
- Genauigkeitsklassen von Wägezellen nach OIML R60
- Wägezellen Nennlast & Auslegung berechnen
- Ecklastjustierung & Ecklastfehler bei Wägezellen
- Begriffserklärung Krauftaufnehmer / Wägezellen
Wägezellen: Einbau & Praxis
- Einbau: Krafteinleitung, Seitenkräfte, Überlastschutz
- Anschluss: Kabelfarben, Schirmung, Störquellen
- Schaltung einer Wägezelle
- Kalibrieren/Abgleichen: Nullpunkt, Lastpunkte, Spannungsabgleich
- Signale messen: mV/V, Diagnose, typische Fehlerbilder
- Auswertegeräte/Messverstärker: Signal verstärken & verarbeiten