Wägezellen vom Hersteller, ausgelegt auf Ihre Anwendung

Nach der Art der Krafteinleitung unterscheidet man vier Grundformen. Drucklast-Wägezellen nehmen die Last von oben auf und verwiegen Silos, Tanks und Prozessbehälter, die auf Stützen stehen. Zuglast-Wägezellen in S-Form tragen hängende Behälter und Dosiersysteme. Biegestab-Wägezellen sitzen in Plattform- und Bandwaagen. Single-Point-Wägezellen tragen eine komplette Plattform mit einer einzigen Zelle und kommen in Tisch-, Boden- und Kontrollwaagen zum Einsatz. Ergänzend gibt es vormontierte Wägemodule, die Zelle, Einbausatz und Fesselung in einer hygienisch gestalteten Einheit zusammenfassen.

Eine Wägezelle wandelt Gewichtskraft in ein elektrisches Signal um. Die Last verformt einen Federkörper elastisch im Mikrometerbereich. Aufgeklebte Dehnungsmessstreifen werden dabei gedehnt oder gestaucht und ändern ihren Widerstand. Vier Dehnungsmessstreifen bilden eine Wheatstone-Brücke, deren Ausgangsspannung proportional zur Last ist, typisch 2 mV pro Volt Speisespannung bei Nennlast. Eine Wägeelektronik verstärkt und digitalisiert dieses Signal und rechnet es in einen Gewichtswert um.

Eine analoge Wägezelle gibt ein Spannungssignal in mV/V ab. Bei mehreren Zellen laufen diese über einen Anschlusskasten zusammen, die Auswerteelektronik sieht nur das Summensignal. Eine digitale Wägezelle wandelt das Signal bereits im Inneren um und liefert einen eigenen Gewichtswert samt Diagnosedaten. Dadurch ist jede Zelle einzeln adressierbar. Bei einer Störung zeigt das System die betroffene Zelle direkt an, statt dass sie durch Messen der Brückenspannung gesucht werden muss. Bei Baureihen wie Pendeo® lässt sich eine defekte Zelle zudem simulieren, sodass die Produktion bis zum geplanten Tausch weiterläuft.

Die Genauigkeit wird über Fehlerklassen nach OIML R60 beschrieben. Klasse C3 entspricht 0,015 Prozent, Klasse C6 entspricht 0,008 Prozent bezogen auf die Nennlast. Unsere Baureihen erreichen je nach Typ bis Klasse C6, bei Single-Point-Zellen wird zusätzlich der Y-Wert angegeben, der bei PR 55 bis 25.000 reicht. Entscheidend für das Ergebnis in der Anlage ist aber nicht die Zelle allein. Einbausituation, Rohrleitungskräfte, Temperaturgang und Auswerteelektronik gehen ebenso ein. In realen Behälteranwendungen sind Systemgenauigkeiten besser als 0,05 Prozent erreichbar.

Für Bereiche mit Nassreinigung und Hygieneanforderung eignen sich Wägemodule im hygienischen Design. Sie sind nach den EHEDG-Richtlinien konstruiert, also ohne Schrauben und Spalten, in denen sich Produktreste halten, und selbstentleerend. Wichtig sind dabei drei Punkte. Erstens die Schutzart, sinnvoll ist IP69 oder IP69K für Hochdruckreinigung. Zweitens der Werkstoff, Novego® nutzt Edelstahl 1.4418, der aggressive Reinigungsmedien besser verträgt als der klassische 1.4542. Drittens die Eichfähigkeit, wenn Füllmengen rechtlich relevant kontrolliert werden. Für Pharmaanwendungen kommt die Dokumentationsfähigkeit hinzu, also nachvollziehbare Kalibrierung und Rückführbarkeit der Prüfmittel.

IP69K steht für Beständigkeit gegen Hochdruck- und Dampfstrahlreinigung. In unserem Portfolio erreichen diese Schutzart unter anderem die hygienische Drucklast-Wägezelle PR 6202, die Zuglast-Wägezelle PR 6246, die digitale Baureihe Pendeo® Process sowie Pendeo® Truck nach ISO 20653. Voraussetzung ist jeweils eine hermetisch verschweißte Kapselung und ein entsprechend abgedichteter Kabeleintritt. Der Dichtwerkstoff spielt dabei eine größere Rolle als oft angenommen, weil Silikonverguss hygroskopisch wirkt und über Jahre Feuchtigkeit aufnehmen kann.

Das hängt daran, wie der Behälter aufgehängt ist. Steht der Dosierbehälter auf Stützen, sind kompakte Drucklast-Zellen wie PR 6241 oder PR 6211 die passende Wahl. Hängt er, kommen Zuglast-Zellen wie PR 6246 oder LC Tigo® zum Einsatz. Bei schnellen Dosiervorgängen sind zwei Dinge entscheidend. Zum einen die Auflösung, denn die Nachlaufmenge muss sicher erkannt werden. Zum anderen die Unempfindlichkeit gegen Vibration und Rührwerksbewegungen, weil sonst die Abschaltschwelle zu früh anspricht. Hier lohnt es, die Wägezelle gemeinsam mit dem Transmitter auszulegen, weil Filterzeiten und Genauigkeit direkt zusammenhängen.

Bei analogen Zellen wird an der einzelnen Zelle die Brückenspannung gemessen und mit dem Kennwert im Datenblatt verglichen. Auffällig sind Abweichungen im Nullsignal, ein veränderter Eingangs- oder Ausgangswiderstand und Isolationsfehler gegen das Gehäuse. Digitale Zellen melden Störungen selbst und benennen die betroffene Zelle. Für die Kalibrierung gibt es zwei Wege. Klassisch wird mit Prüfgewichten kalibriert und der Eckenabgleich vorgenommen. Alternativ erlauben digitale Baureihen eine Vorjustage anhand der gespeicherten Zellenparameter, sodass für die Erstinbetriebnahme keine Prüfgewichte auf den Behälter müssen. Für eichpflichtige Anwendungen bleibt die Prüfung mit rückführbaren Gewichten erforderlich.

In der Regel sitzen vier Dehnungsmessstreifen so auf dem Federkörper, dass jeweils zwei bei Belastung gedehnt und zwei gestaucht werden. In dieser Vollbrücke addieren sich die Widerstandsänderungen, während Temperatureffekte sich weitgehend aufheben. Bei Single-Point-Wägezellen ist der Federkörper als Parallelogrammführung ausgeführt. Dadurch bleibt die Auflagefläche bei Belastung parallel, und eine außermittig aufgelegte Last verfälscht das Ergebnis nicht. Das Wägemodul Novego® nutzt sechs Dehnungsmessstreifen und wird dadurch besonders unempfindlich gegen Querkräfte.

Für die Wägezelle selbst gilt OIML R60. Diese Vorschrift regelt Fehlerklassen, Prüfabläufe und die Kennzeichnung. Für die fertige nichtselbsttätige Waage gilt OIML R76. Bei Single-Point-Zellen ist zusätzlich der Eckenlasttest relevant, bei dem die Last an verschiedenen Stellen der Plattform aufgebracht wird. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen kommen ATEX in Europa, IEC-Ex international und FM für den nordamerikanischen Markt hinzu. Für den Handelsverkehr in den USA ist NTEP maßgeblich.

Der Messbereich wird gekapselt. Einfache Ausführungen nutzen einen Silikonverguss, der mechanisch schützt, aber hygroskopisch ist und über die Jahre Feuchtigkeit aufnehmen kann. Das äußert sich als langsame Nullpunktdrift. Für dauerhaft feuchte oder nass gereinigte Umgebungen wird der Messbereich stattdessen metallisch gekapselt und hermetisch verschweißt. Damit sind Schutzarten bis IP69K erreichbar und die Zelle bleibt über Jahre stabil. Ebenso wichtig ist der Kabeleintritt, weil Feuchtigkeit häufig über das Kabel und nicht über das Gehäuse eindringt.

Single-Point-Wägezellen für Plattform- und Tischwaagen liegen im unteren bis mittleren dreistelligen Bereich, Biegestab-Wägezellen im mittleren dreistelligen Bereich. Drucklast- und Zuglast-Wägezellen für Prozessbehälter liegen typisch zwischen rund 400 Euro und über 1.500 Euro je Stück. Vormontierte Wägemodule und digitale Baureihen liegen darüber, enthalten dafür aber Einbausatz und Elektronikanteil. Preistreiber sind Genauigkeitsklasse, Nennlast, Werkstoff, Schutzart und die geforderten Zulassungen. Für eine vollständige Wägestelle kommen Einbausätze, Verkabelung und Wägeelektronik hinzu.

Der Begriff setzt sich aus dem Wägen, also dem Bestimmen einer Masse, und der Zelle als kleiner abgeschlossener Einheit zusammen. Im Sprachgebrauch findet man auch die Schreibweise Wiegezelle sowie die Bezeichnungen Lastzelle, Kraftaufnehmer und im Englischen load cell. Gemeint ist jeweils dasselbe Bauteil. Die technische Grundlage geht auf die Entdeckung von Lord Kelvin im Jahr 1856 zurück, dass sich der elektrische Widerstand eines Drahtes unter Zug ändert. Zu einem nutzbaren Sensor wurde das durch die Arbeiten von Edward E. Simmons und Arthur C. Ruge.

Drei Gerätearten kommen infrage. Ein Wägetransmitter verstärkt und digitalisiert das Signal und gibt es an eine Steuerung weiter, ohne eigene Anzeige. Ein Wägeindikator zeigt das Gewicht vor Ort an und wird für manuelle Arbeitsplätze und eichpflichtige Anwendungen eingesetzt. Ein Wägecontroller übernimmt zusätzlich Abläufe wie Befüllen, Dosieren oder Chargieren. Welche Variante passt, hängt davon ab, wo die Prozesslogik liegt. Eine Übersicht finden Sie unter Wägeelektroniken.