Wägezellen vom Hersteller kaufen
Eine Wägezelle – umgangssprachlich auch Wiegezelle genannt – dient zur Bestimmung von Masse: Die vom Wägegut ausgeübte Gewichtskraft wird durch die Wägezelle in ein elektrisches Signal umgewandelt. Damit sind Wägezellen bzw. Wiegezellen die wichtigsten Komponenten einer elektronischen Waage. Eine der am weitest verbreiteten Technologien basiert auf der Dehnungsmessstreifen-Technologie: Eine analoge Wägezelle besteht aus einem Messelement (sogenannten Federkörper) aus Stahl oder Aluminium, auf diesem ist ein Dehnungsmessstreifen (Wheatstonesche Brücke) angebracht. In jeder elektronischen Waage ist eine Wägezelle integriert, die dafür sorgt, dass ein Gewicht gemessen werden kann. Wägezellen finden in zahlreichen Industrieanlagen Anwendung, darunter in Abfüllanlagen, als Behälterwaagen zur Verwiegung von Silos, zur Füllstandskontrolle von Tanks sowie bei der Fahrzeugverwiegung. DMS-Wägezellen sind am weitesten verbreitet, aber es gibt noch andere Technologien zur Gewichtsbestimmung in der Wägetechnik wie etwa die EMFC, elektromagnetische Kraftkompensation, bei der die Massebestimmung komplett ohne Reibungsverlust abläuft.
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Häufige Fragen
Welche Arten von Wägezellen gibt es und wie werden sie eingesetzt?
Die Hauptarten von industriellen Wägezellen umfassen Drucklast-Wägezellen (für Silos, schwere Behälter und Fahrzeugwaagen), Zuglast-Wägezellen (für hängende Behälter und Dosieranlagen) und Single-Point-Wägezellen (für Behälter und Plattformwaagen), die jeweils für spezifische Lastrichtungen und Einbauumgebungen konzipiert sind. Biegestab- oder Scherstabwägezellen werden oft z. B. in Plattformwaagen eingesetzt. Druckkraftwägezellen hingegen werden meist unter einer Konstruktion (Behälter, Silo usw.) installiert, die von oben mit einem Gewicht belastet wird und sind oft für höhere lasten vorgesehen. Bei Zuglast-Wägezellen hingegen wird ein Gewicht an die Wägezelle angehängt. Wägezellen sind der wichtigste Bestandteil einer Waage, sei es Plattform-, Bodenwaage oder Tischwaage.
Wie funktioniert eine Wägezelle?
Wägezellen funktionieren typischerweise mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS).
Das Prinzip: Eine Kraft (Gewicht) verformt den Messkörper minimal, wodurch sich der elektrische Widerstand der DMS ändert. Diese Widerstandsänderung wird gemessen und in ein Gewichtssignal umgerechnet.
Obwohl das Material des Federkörpers stabil ist, kann es auch minimal elastisch sein. Das bedeutet: Wenn auf die Waage ein Gewicht gelegt wird, wirkt diese Kraft auf den Federkörper ein. Die Bezeichnung Federkörper rührt daher, weil sich das Material durch diese Einwirkung minimal verformt, aber wieder in die ursprüngliche Form zurückkehrt – beziehungsweise „federt“, sobald keine Kraft mehr auf ihn einwirkt. Es handelt sich um eine elastische Verformung des Messelements.
Diese Änderung wird durch die Dehnungsmessstreifen erfasst, der auf der Wägezelle angebracht ist. Unter einem Dehnungsmessstreifen, oder kurz „DMS“, versteht man einen elektrischen Leiter. Durch die feste Anbringung auf dem Federkörper wirkt sich jede Krafteinwirkung direkt auf den Messtreifen aus und verlängert oder verkürzt diesen. Bei Dehnung des Messtreifens wird der elektrische Widerstand größer, bei Stauchung hingegen kleiner. Diese Veränderung des Widerstandes verändert das Ausgangssignal der Wägezelle und ermöglicht damit zu bestimmen, welche Kraft auf die Wägezelle einwirkt – also welches Gewicht gerade verwogen wird.
Wichtige Eigenschaften von Wägezellen
Neben den verschiedenen Typen von Wägezellen unterscheiden sich diese bei den Herstellungsmaterialien, zumeist wird Aluminium und rostfreier Edelstahl verwendet. Neben dem Material gilt es aber auch die Umgebung, in der die Zelle zum Einsatz kommt, zu beachten: Besonders die Umgebungstemperaturen sind ein wichtiger Faktor: Jedes Material verändert sich durch Wärme oder Kälte, was auch für Wägezellen und Dehnungsmesstreifen gilt. Damit das exakte Gewicht angezeigt wird, muss die Wägezelle äußere Störeinflüsse ausgleichen können.
Besonders wichtig ist beim Thema Verwiegung die Genauigkeit: Wägezellen werden in unterschiedliche Genauigkeitsklassen klassifiziert. Diese werden in die Klassen A bis D unterteilt, wobei A die bestmögliche Klasse darstellt. DMS-Wägezellen werden meistens in den Klassen C und D produziert. Je nach Anwendungsgebiet sind die Anforderungen für die geforderte Genauigkeit unterschiedlich: So ist in der Pharmaindustrie etwa eine andere Genauigkeiten und Prozessmessunsicherheiten gefordert als bei Recycling oder Einzelhandel. Für spezielle Anforderungen bietet Minebea Intec zudem besondere Lösungen.
Für viele Produktionsanlagen ist zudem die sogenannte Eichfähigkeit wichtig: Eine eichfähige Wägezelle wird in Deutschland für den Einsatz im gewerblichen Bereich für alle eichpflichtige Anwendungen gefordert und sorgt dafür, dass die eingesetzte Wägetechnik auch die gesetzlichen Anforderungen erfüllt.
Wie sind die Dehnungsmessstreifen innerhalb einer Wägezelle angeordnet?
Der Aufbau einer Single Point Wägezelle ist durch zwei sogenannte Parallelogrammlenker charakterisiert, die an den beiden Seiten vom Grundkörper fixiert werden. Auf die Parallelogrammlenker sind jeweils zwei Dehnungsmessstreifen aufgeklebt. Durch die Dünnstellen werden die Parallelogrammlenker S-förmig verformt – aus der rechteckigen Grundform wird ein Parallelogramm. Diese Parallelogrammlenkerstruktur sorgt dafür, dass außermittige Belastungen kompensiert werden und die Lasteinleitung stets senkrecht ausgeübt wird. Somit lassen sich Plattformwaagen bis zu einer gewissen Größe mit nur einer Wägezelle realisieren.
Welche Prüfvorschriften gibt es für Single Point Wägezellen?
Für Single Point Wägezellen gibt es in der OIML R60 keine Prüfvorschrift zur Messung des Ecklastfehlers, da Wägezellen hier mit punktueller Krafteinleitung geprüft werden. Deshalb wird in einem Datenblatt einer Single Point Wägezelle die maximale Plattformgröße gemäß der OIML R76, also der Prüfvorschrift für nichtselbsttätige Wägeeinrichtungen, angegeben.
Für Waagen mit Single Point Wägezellen ist hingegen eine Kontrolle der Ecklast notwendig. Dieses Verfahren ist unabhängig von der Anzahl der Wägezellen unter der Plattform und wird gemäß der OIML R76 durchgeführt.
Die Prüfung wird dabei mit einer Last von einem Drittel des Messbereichs vorgenommen. Die Exzentrizität wird so definiert, dass bei einer rechteckigen Lastplatte diese in vier gleich große Quadranten aufgeteilt wird und das Gewicht jeweils in die Mitte dieser Quadranten gesetzt wird. Der Messfehler muss dabei unter einem Eichwert-Digit bleiben. Sollte die Ecklastprüfung ergeben, dass die Fehlergrenzen überschritten werden, muss die Wägezelle ausgetauscht werden.
Wie werden DMS vor Umwelteinflüssen geschützt?
Üblich ist es, bei Zellen aus Aluminium die Dehnungsmessstreifen zum Schutz gegen Umwelteinflüsse mit Silikon zu vergießen. Diese Vergussmasse wird großflächig auf dem jeweiligen Lenker der Parallelogrammführung aufgebracht. Silikon hat jedoch den Nachteil, für Wasserdampf durchlässig zu sein. Die meisten Trägerfolien (wie Acrylharz, Epoxidharz, Phenolharz, Polyamid) sind hygroskopisch, ebenso manche verwendeten Klebstoffe. Die Trägerfolie quillt bei Aufnahme von Wasser auf, was eine Dehnung zur Folge hat und damit einen Messfehler bewirkt.
Eine Möglichkeit, dies zu verbessern, ist, die Dehnungsmessstreifen metallisch zu kapseln. Dies kann im Bereich der Parallelogrammlenker oder mit einem zusätzlichen Verformungskörper umgesetzt sein. Bekannt sind hier Zellen, die einen innenliegenden Ring aufweisen, der zur Lastaufnahme und zur Fixierung angekoppelt und innerhalb der Parallelogrammlenker angeordnet ist.
Das Parallelogramm übernimmt dabei die Aufgabe, das Drehmoment bei exzentrischer Belastung aufzunehmen. Der Verformungskörper ist ausschließlich für die Dehnungsmessstreifen und die Messung der Dehnung optimiert. Der Verformungsköper wird dann verschweißt und ist durch diese metallische Kapselung wasserdampfdicht.
Gekapselte Edelstahlzellen sind prädestiniert für Umgebungsbedingungen mit hohen Anforderungen an den Schutzgrad bis IP69 und aggressiven Medien. Die Folie der Dehnungsmessstreifen ist komplett metallisch gekapselt, wodurch es keinen Einfluss von Luftfeuchte auf das Messergebnis gibt. Die Anschlusskabel sind meist mittels einer Glasdurchführung angebunden, um dem Anspruch an die hermetische Dichtheit gerecht zu werden.
Für den Anwender bedeutet dies, dass Aluminium/Edelstahlwägezellen mit Silikonkapselung primär in trockener und mittels Gehäuse gekapselter Applikationen zum Einsatz kommen sollten oder wenn der Feuchteeinfluss eine untergeordnete Rolle spielt. Weiter muss neben dem IP Schutz die gegebenenfalls zum Einsatz kommenden Reinigungsmittel berücksichtigt werden, eine höhere Schutzklasse zeugt meist von Nassreinigung mit chemischen Zusätzen. Auch eloxierte Aluminiumzellen bieten hier nur einen einschränkten Schutz, da bestimmt Bereiche, beispielsweise Gewindelochbohrungen, nicht eloxiert werden können.
Seit wann gibt es die DMS-Technologie?
Bereits 1856 stellte Lord Kelvin fest, dass sich der elektrische Widerstand von Kupfer- und Eisendrähten erhöht, wenn sie Zugspannungen ausgesetzt werden. Damit legte er die Grundlage für die Dehnungsmessstreifen-Technologie, was die Grundlage für die heutigen Single Point Wägezellen ist. Als Väter des DMS gelten jedoch Edward E. Simmons und Arthur C. Ruge. Interessanter Fakt: Ruge reichte das Patent für einen DMS 1938 beim MIT ein, wo er arbeitete. Deren Urteil: Da diese Entwicklung als „kommerziell wenig einträglich“ eingeschätzt wurde, durfte er das Patent und Einnahmen daraus für sich alleine beanspruchen. Heutzutage gelten DMS als unerlässlicher Bestandteil weltweit für alles, was mit industrieller Verwiegung zu tun hat.
Welche Wiegeanzeigen gibt es?
Unsere Wägezellen ermöglichen Ihnen die zuverlässige und hochpräzise Ermittlung von Gewichtswerten. Damit diese Werte effizient in Ihre Produktionsprozesse eingebunden werden können, müssen die Signale erfasst und an die Steuerung weitergeleitet werden. Hierfür stehen verschiedene Wiegeanzeigen zur Verfügung – von Wägetransmittern über Wägeindikatoren bis hin zu Wägecontrollern. Wägetransmitter, die meist in Schaltschränken untergebracht sind, leiten die ermittelten Messwerte weiter. Wägeindikatoren hingegen bieten zusätzlich ein Display, auf dem die Gewichtswerte direkt abgelesen werden können. Wägecontroller ermöglichen darüber hinaus die Steuerung und Automatisierung von Wägeprozessen, um den gesamten Ablauf zu optimieren.
Woher kommt der Begriff Wiegezellen und woraus lässt sich dieser ableiten?
Der Name "Wiegezellen" lässt sich etymologisch aus dem Deutschen herleiten und setzt sich aus den Begriffen "Wägen" und "Zelle" zusammen.
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Wägen: Der Begriff "Wägen" stammt vom althochdeutschen Wort "wegēn" ab, was "Gewicht messen" bedeutet. Das Wort ist eng verwandt mit "wiegen" und bezieht sich auf den Prozess der Gewichtsmessung, bei dem die Masse eines Objekts bestimmt wird.
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Zelle: Der Begriff "Zelle" kommt vom lateinischen "cella", was "kleiner Raum" oder "Kammer" bedeutet. In der modernen Technik wird "Zelle" oft verwendet, um eine kompakte, funktionale Einheit zu beschreiben, die eine spezifische Aufgabe erfüllt.
Wägezellen bzw. Wiegezellen sind also kleine, spezialisierte Einheiten, die für die Messung von Gewicht (das "Wägen") verantwortlich sind. Der Name beschreibt somit eine kompakte Einheit, die für das präzise Wiegen zuständig ist. Die Kombination dieser beiden Begriffe spiegelt die Funktion der Wägezelle wider: eine kompakte Einheit zur Gewichtsmessung.
Wo wird eine Wägezelle in der Industrie eingesetzt?
Industriell werden Wägezellen unter anderem in Silo- und Behälterwaagen, Plattformwaagen sowie in Fahrzeugwaagen zur präzisen Massenbestimmung eingesetzt.
Wie kann ich eine defekte Wägezelle erkennen oder kalibrieren?
Bei digitalen Wägesystemen werden Defekte häufig durch integrierte Diagnosefunktionen, etwa die Einzelanzeige jeder Wägezelle, unmittelbar erkannt und gemeldet. Bei analogen Wägezellen kann dies durch eine einfache Spannungsmessung detektiert werden. Für die Kalibrierung kommen moderne Softwareverfahren wie Smart Calibration von Minebea Intec zum Einsatz, die eine Justierung ohne physische Prüfgewichte ermöglichen und so die Inbetriebnahme deutlich beschleunigen und vereinfachen.
Wie unterscheiden sich analoge und digitale Wägezellen?
Analoge Wägezellen senden ein analoges Spannungssignal an einen Kabelkasten, der die Signale summiert und an eine externe Wägeelektronik gibt. Ein Analog-Digital-Wandler wandelt das Spannungssignal in einen Gewichtswert um.
Digitale Wägezellen konvertieren das Signal direkt an der Zelle und senden diesen Wert an die Wägeelektronik. Damit sind unter anderem die individuellen Werte der Wägezellen auslesbar.
Was kostet eine hochwertige Wägezelle für industrielle Anwendungen?
Die Kosten für hochwertige industrielle Wägezellen variieren stark nach Lastbereich, Material (Edelstahl/Aluminium) und Genauigkeitsklasse. Einfache Single-Point-Zellen für geringe Lasten beginnen bei ca. 50 EUR, während hochpräzise Drucklast- oder Zuglast-Wägezellen für anspruchsvolle Behälterverwiegungen typischerweise im Bereich von 400 EUR bis über 1.500 EUR pro Stück liegen.
How-to Guide Single Point Wägezellen
Mit nur einer Wägezelle zu hochgenauen Messergebnissen
Produktvideos
Wägezelle Inteco®
Die Wägezelle Inteco® ist die konsequente Weiterentwicklung der bekannten PR 6201. Ein Ausgangssignal von 2 mV/V, zusätzliche Laststufen bis 75 t, höhere Genauigkeitsklassen (C6) und hochwertiger Edelstahl erweitern ihre Einsatzmöglichkeiten. Genauigkeitsklassen D1 (0.04%), C3 (0.015%) and C6 (0.008%). Als digitale Wägelösung mit dem Converter Connexx® bietet die Wägezelle Inteco schnelle Signallaufzeiten und optimale Transparenz im Dosier- und Verwiegungsprozess. Die Minebea Intec FLEXLOCK Einbausätze minimieren gleichzeitig den Einfluss von Bewegungen auf das Wägeergebnis.
Wägemodul Novego®
Das Wägemodul Novego® wurde speziell für die steigenden Anforderungen der Lebensmittelindustrie und Pharmaindustrie entwickelt. Die hygienische Komplettlösung bietet eine Vielzahl innovativer Eigenschaften für eine einfache, fehlerfreie Installation sowie maximale Beständigkeit gegen Seitenkräfte. Novego gewährleistet Prozesssicherheit, Messgenauigkeit und schnelle Reinigungsprozesse. Die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls sowie das Produktdesign nach den Richtlinien der EHEDG machen das Wägemodul unempfindlich gegen Schmutz, Wasser und sogar aggressive Reinigungsmittel. Novego bietet innovative Features, die eine einfache, fehlerfreie Installation gewährleisten. Mit dem Wägemodul entscheiden Sie sich für eine schnelle, präzise, hygienische Montage - und gegen zusätzliche, zeitintensive Lenker-Ausrichtungen.
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