Warum eine einzelne Wägezelle für Plattformwaagen verwenden?

Eine Single-Point-Wägezelle (Einpunkt-Wägezelle) ist ein Kraftsensor, der speziell dafür entwickelt wurde, das Gewicht von Objekten zu messen, die an einer beliebigen Stelle auf einer Wägeplattform platziert werden – und das bei gleichbleibend hoher Genauigkeit. Anders als andere Wägezellentypen, die eine zentrierte Last oder mehrere Wägezellen an den Ecken einer Plattform erfordern, ist eine Single-Point-Wägezelle so konstruiert, dass sie außermittige (exzentrische) Belastungen kompensiert. Deshalb kommt sie häufig bei kompakten Wäge-Plattformen und Waagen zum Einsatz.

Wie funktioniert eine Single-Point-Wägezelle? Diese Wägezellen bestehen aus einem bearbeiteten Metallbalken, der bei Modellen mit geringerer Kapazität typischerweise aus hochfestem Aluminium und bei Anwendungen mit höherer Kapazität oder in rauen Umgebungen aus Edelstahl gefertigt ist. Der Balken enthält gezielt platzierte Öffnungen und dünne Federkörperbereiche (Flexures), die die Dehnung bei anliegender Last konzentrieren.

An dieser Stelle übernimmt der Dehnungsmessstreifen der Wägezelle die Kontrolle. Auf diese Federkörperbereiche sind Folien-Dehnungsmessstreifen aufgeklebt, die in einer vollständigen Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind. Wenn sich der Balken unter Last verformt, dehnen sich einige Dehnungsmessstreifen in den Zugbereichen, wodurch ihr elektrischer Widerstand steigt. In den Druckbereichen werden andere Dehnungsmessstreifen gestaucht, wodurch ihr Widerstand sinkt. Die Wheatstone-Brücke wandelt diese winzigen Widerstandsänderungen in ein sehr kleines elektrisches Ausgangssignal um, das typischerweise in Millivolt pro Volt (mV/V) gemessen wird. Ein Signalaufbereiter, Messverstärker, digitaler Anzeiger, eine SPS oder ein Datenerfassungssystem verstärkt dieses Signal und wandelt es in einen ablesbaren Gewichtswert um.

Single-Point-Konstruktion zur Kompensation außermittiger Lasten

Das entscheidende Merkmal einer Single-Point-Wägezelle ist ihre Fähigkeit, Lasten präzise zu messen, selbst wenn diese nicht perfekt auf der Wägeplattform zentriert sind. Ob ein Objekt in der Mitte, nahe einer Ecke oder entlang einer Kante platziert wird – die Wägezelle ist so konstruiert, dass sie nahezu das gleiche Ausgangssignal liefert und so konsistente sowie zuverlässige Messungen gewährleistet. Diese hervorragende Kompensation außermittiger Lasten wird durch eine sorgfältig konstruierte Balkengeometrie, eine präzise Platzierung der Dehnungsmessstreifen, spezielle fertigungstechnische Kompensationsverfahren und Kalibrierprozesse erreicht, die Eckenlast-Fehler minimieren. Aus diesem Grund verwenden Hersteller von Plattformwaagen eine einzelne Wägezelle anstelle von vier einzelnen Sensoren. Das reduziert sowohl die Systemkosten als auch die mechanische Komplexität und erhält gleichzeitig eine hohe Wägegenauigkeit.

Konstruktionsbedingt verfügt eine typische Single-Point-Wägezelle über feste Befestigungsbohrungen an einem Ende und Bohrungen für die Lastplattform am gegenüberliegenden Ende. Der Sensor besitzt einen oder mehrere bearbeitete Federkörperbereiche sowie interne, mit Dichtmasse geschützte Dehnungsmessstreifen. Das Gerät hat typischerweise ein fest angeschlossenes Anschlusskabel. Diese Art der mechanischen Konstruktion sorgt dafür, dass sich die Wägezelle nur um einen sehr geringen Betrag verbiegt – typischerweise nur wenige Tausendstel Zoll – und dabei vollständig innerhalb ihres elastischen Bereichs bleibt.

Interface Single-Point-Wägezellen

Die SPI Plattformwägezelle mit niedriger Kapazität ist eine Plattform-Wägezelle. Sie ist für außermittige Belastung kompensiert und in Kapazitäten von 3 bis 15 lbf (13,34 bis 66,72 N) erhältlich. Interface SPI-Zellen mit Kapazitäten von 3 lbf, 7,5 lbf und 15 lbf enthalten einen internen Drucküberlastanschlag, der die Zelle bis zum Vierfachen der Nennkapazität schützt. Die SPI-Zellen verwenden einen zusätzlichen Steg unter der unteren Fläche, um eine Aufnahme für die interne Drucküberlastanschlagschraube bereitzustellen. Der mittlere Steg, der die Dehnungsmessstreifen trägt, wirkt als Biegebalken. Er wird vom Außenrahmen durch vier dünne Federkörperpunkte gestützt – zwei oben und zwei unten –, die mechanische Festigkeit gegen Seiten- und Momentbelastungen bieten. Diese Konstruktion verbessert die Fähigkeit der SPI, Momente auszugleichen, und gewährleistet eine zuverlässige Gewichtsanzeige über die gesamte Wägeschale hinweg – innerhalb ihrer Größenvorgaben.

Die SPI Plattformwägezelle mit hoher Kapazität ist für Waagen und Plattformen konzipiert, die Messungen von 25 bis 150 lbf (111,2 bis 667,2 N) erfordern. Diese SPI-Wägezellen können geschützt werden, indem harte Anschläge unter den Ecken einer Wägeschale angebracht werden, um die Schale abzufangen, bevor eine übermäßige Durchbiegung die SPI-Zelle beschädigt.

Das SPI 1280 Komplettsystem von Interface veranschaulicht die einfache Integration dieser Single-Point-Wägezellen mit der Instrumentierung von Interface, wie etwa dem 1280 programmierbaren Gewichtsanzeiger und Controller.

Die beliebte miniaturisierte MBI überlastgeschützte Miniatur-Biegebalken-Wägezelle von Interface ist kompakt und kann als Single-Point-Wägezelle fungieren. Die MBI bietet eine bessere Beständigkeit gegen außeraxiale Lasten als vergleichbare Wägezellen und ist ermüdungsbeständig ausgelegt. Dieses Produkt bietet Kapazitäten von 2 bis 10 lbf (10 bis 50 N). Die ULC Ultra-Low-Capacity-Wägezelle ist ebenfalls für Single-Point-Wägezellenfunktionen bei kleinen Waagen geeignet. Die ULC ist die weltweit genaueste Wägezelle mit ultraniedriger Kapazität und misst Lasten von 0,1 N bis 5 N (0,02 lbf bis 1,12 lbf). Sie verfügt über einen Überlastschutz für eine sichere axiale Überlast von bis zum 10-Fachen der Kapazität und eine sichere seitliche Überlast von bis zum 5-Fachen der Kapazität.

TIPP: Weitere Einblicke erhalten Sie unter Warum eine Single-Point-Impact-Zelle wählen?

Wichtige Überlegungen zu Single-Point-Wägezellen

Single-Point-Wägezellen bieten mehrere wichtige Vorteile für Wägeanwendungen. Wie oben erwähnt, ist der wichtigste Vorteil die hervorragende Leistung bei außermittiger Belastung – und für die meisten Plattformwaagen wird nur eine einzige Wägezelle benötigt. Diese Wägezellen sind kompakt und leicht. Eine hochwertige Single-Point-Wägezelle bietet hohe Wiederholgenauigkeit und Linearität bei schnellen Ansprechzeiten. Für das Wägen ist die Single-Point-Wägezelle eine kostengünstige Lösung für OEMs und Waagenhersteller. Sie ist einfach zu installieren, hat eine lange Lebensdauer und erfordert nur geringen Wartungsaufwand.

Trotz ihrer Vielseitigkeit haben Single-Point-Wägezellen einige Einschränkungen, darunter ihre geringe Baugröße, weshalb sie am besten in kleineren Plattformen eingesetzt werden. Prüfen Sie die technischen Daten sorgfältig, um sicherzustellen, dass sie über die für den allgemeinen Einsatz erforderliche Kapazität verfügen. Sie sind für das industrielle Wägen mit hoher Kapazität nicht empfehlenswert. Single-Point-Wägezellen reagieren empfindlich auf übermäßige Seitenlasten und Torsionskräfte.

Obwohl die Installation einfach ist, kann die Leistung durch eine unsachgemäße Montage beeinträchtigt werden. Befolgen Sie die Anweisungen im Produktdatenblatt. Wenn die Überlastung die angegebene Überlastkapazität dauerhaft überschreitet, ist dies wahrscheinlich nicht die beste Lösung.

Die Montage steht in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit. Zu den bewährten Vorgehensweisen gehört es, das feste Ende sicher an einer starren Struktur zu befestigen. Bringen Sie die Wägeplattform ausschließlich am Lastende an und halten Sie die Plattform innerhalb der vom Hersteller empfohlenen Abmessungen. Eine ordnungsgemäße Montage verhindert Seitenlasten und Verdrehkräfte. Vermeiden Sie ein Überdrehen der Befestigungselemente und verlegen Sie das Kabel so, dass Zug oder Vibrationen vermieden werden. Wenn eine Belastung über die Kapazität hinaus möglich ist, verwenden Sie bei Bedarf Überlastanschläge.

Typische Anwendungen für Single-Point-Wägezellen

Plattformwaagen spielen in nahezu jedem Sektor eine grundlegende Rolle und liefern genaue Gewichtsmessungen dort, wo Bequemlichkeit, Geschwindigkeit und räumliche Einschränkungen am wichtigsten sind. Durch den Einsatz einer Single-Point-Wägezelle machen diese Waagen komplexe Multi-Sensor-Baugruppen überflüssig und liefern zuverlässige Messwerte, unabhängig davon, wo ein Gegenstand auf der Schale platziert wird.

So nutzen diese Anwendungen Single-Point-Wägezellen in verschiedenen Branchen:

• Tischwaagen: In Lagern, Werkstätten und der Leichtfertigung eingesetzt, bewältigen diese kompakten Plattformwaagen das tägliche Wiegen von Teilen und Bestandskontrollen mit einem einzigen, robusten Sensor.
• Preisrechnende Ladenwaagen: In Lebensmittelgeschäften und Feinkostabteilungen verwendet, kombinieren diese Systeme eine präzise Gewichtsmessung mit einer sofortigen Preisberechnung direkt am Verkaufsort.
• Verpackungsmaschinen: In automatisierte Verpackungslinien integriert, um Schüttgüter oder Einzelprodukte vor dem Versiegeln schnell zu wiegen und so eine gleichmäßige Chargenqualität sicherzustellen.
• Kontrollwaagen (Checkweigher): Hochgeschwindigkeits-Inline-Waagen, die prüfen, ob verpackte Waren innerhalb enger Gewichtstoleranzen liegen, während sie über ein Förderband laufen.
• Postwaagen: In Versandzentren und Poststellen eingesetzt, um anhand einer schnellen, außermittigen Platzierung die genauen Portokosten für Briefe und Pakete zu ermitteln.
• Zählwaagen: Spezialisierte Waagen, die anhand des Gesamtgewichts auf der Plattform die exakte Stückzahl kleiner, gleichförmiger Teile (wie Befestigungselemente oder elektronische Bauteile) berechnen.
• Medizinische Wägetechnik: Eingesetzt in Säuglingswaagen, Dialysewaagen und speziellen Überwachungsgeräten für medizinische Abfälle, bei denen genaue, wiederholbare Messwerte für die Patientenversorgung entscheidend sind.
• Abfüll- und Dosiersysteme: Automatisierte Anlagen, die den Fluss von Flüssigkeiten oder Pulvern in Behälter steuern und die Zufuhr in dem Moment stoppen, in dem ein Zielgewicht erreicht ist.
• Lebensmittelverarbeitungsanlagen: Plattformwaagen aus Edelstahl, die für häufige Abwaschungen ausgelegt sind und gleichzeitig Zutaten oder rohe Lebensmittel präzise portionieren.
• Laborwaagen: Hochpräzise Instrumente, die für kleine Probenmengen konzipiert sind, sich auf empfindliche Federkörperbalken stützen und in der Qualitätskontrolle eine hohe Empfindlichkeit bieten.
• Landwirtschaftliche Wägesysteme: Robuste Plattformaufbauten zum Wiegen geernteter Produkte, von Tierfutter oder tragbarer Feldausrüstung unter wechselnden Umgebungsbedingungen.
• OEM-Wägetechnik: Maßgefertigte Maschinen, bei denen eine Single-Point-Wägezelle direkt in Fremdgeräte, Werkzeuge oder automatisierte Vorrichtungen eingebettet ist.

Single-Point-Wägezellen sind eine ideale Lösung für Anwender von Plattformwaagen, weil sie die zentrale mechanische Herausforderung des Plattformwägens lösen: Eckenlast-Fehler. Konstruktionsbedingt bewältigt ein einzelner Sensor außermittige Kräfte durch interne, momentausgleichende Federkörper, sodass Bediener Gegenstände an jeder beliebigen Stelle der Wägeschale platzieren können, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Dieser Einzelsensor-Ansatz senkt die Herstellungskosten drastisch, vereinfacht die mechanische Installation, macht Summierungs-Anschlusskästen überflüssig und bietet einen kompakten, flachen Aufbau, der sich sowohl für eigenständige Waagen als auch für vollautomatische OEM-Systeme eignet.