Dual-Shear-Wägezellen verstehen
Bei der industriellen Schwerlast-Verwiegung und der strukturellen Prüfung ist die genaue Messung enormer Lasten nur die halbe Miete. Testingenieure und Anlagenbetreiber müssen zusätzlich mit thermischer Ausdehnung, struktureller Durchbiegung, wechselnden Schwerpunkten und außeraxialen Querkräften umgehen. Herkömmliche einseitig gelagerte Biegebalken-Sensoren stoßen unter diesen komplexen mechanischen Bedingungen häufig an ihre Grenzen.
Genau hier kommen Dual-Shear-Wägezellen ins Spiel, die häufig auch als doppelseitig gelagerte Scherbalken-Wägezellen bezeichnet werden. Sie sind so konstruiert, dass sie unter anspruchsvollsten Bedingungen zuverlässige Genauigkeit liefern, und gelten als primäre Lösung für hochkapazitive, mehrdirektionale Kraftumgebungen.
Was ist eine Dual-Shear-Wägezelle?
Eine Dual-Shear-Wägezelle ist ein Dehnungsmessstreifen-Sensor, der an beiden Enden gelagert ist, wobei die Kraft direkt in der Mitte des Balkens angreift. Im Gegensatz zu einseitig eingespannten Kragarm-Balken, die die Dehnung nur von einer festen Basis aus messen, verteilt die doppelseitige Bauweise die Kraft symmetrisch auf zwei zueinander passende Schersteg-Elemente. Dehnungsmessstreifen werden auf die bearbeiteten Stege im Inneren des Balkens geklebt und in einer vollständigen Wheatstone-Brückenschaltung verschaltet, um mechanische Scherspannung in ein elektrisches mV/V-Signal umzuwandeln.
Da die Scherdehnung entlang des Stegs unabhängig von kleineren Verschiebungen des Lastangriffspunkts gleichmäßig bleibt, behalten Dual-Shear-Wägezellen auch dann eine hohe Genauigkeit, wenn sich die mechanische Aufhängung unter Last geringfügig verschiebt. Die Interface Load Pins sind ein hervorragendes Beispiel für dieses Dual-Shear-Design.
Dual-Shear-Messbolzen (Load Pins)
Die Interface Load-Pin-Serie nutzt eine interne Dual-Shear-Konfiguration, bei der Dehnungsmessstreifen entlang der neutralen Achse in einer zentralen Bohrung installiert werden, die an beiden Enden gelagert und in der Mitte belastet wird.
LP Edelstahl-Messbolzen sind Standard- und kundenspezifisch konstruierte Dual-Shear-Messbolzen für Gabelköpfe, Seilscheiben, Umlenkrollen und Schäkel. Die Kapazitäten reichen von 1,1K lbf bis über 3,3M lbf (500 kg bis 1.500+ MT), mit optionalen Ausgängen von 4–20 mA, 0–5 V, 0–10 V oder RS-485.
WTSLP Kabellose Edelstahl-Messbolzen kombinieren die Dual-Shear-Geometrie mit der Interface WTS Wireless-Telemetrie für eine kabellose Kraftübertragung über große Distanzen (bis zu 600 m / 1.969 ft Reichweite) bei Hebe-, Marine- und Schwerlastanwendungen. Diese kundenspezifischen Sensoren sind in Kapazitäten von 1.000 bis drei Millionen Pfund Kraft erhältlich.
ILMP Standard Edelstahl-Messbolzen ist eine standardisierte Konfiguration für den direkten Austausch von lasttragenden Drehbolzen und Beschlägen in mechanischen Baugruppen, bei denen Gewicht und Kraft gemessen werden müssen. Die Kapazitäten reichen von 1,1K lbf (0,5 MT) bis 3.307K lbf (1.500 MT) mit integrierter Signalaufbereitung. Eine kabellose Version ist ebenfalls erhältlich: ILPW Standard Kabelloser Messbolzen.
Dual-Shear-Steg-Geometrie bei LowProfile-Wägezellen
Auch wenn sie sich von einem klassischen doppelseitig gelagerten Rechteckbalken unterscheidet, ist Interfaces Flaggschiff-Serie LowProfile mechanisch von der Dual-Shear-Balkenphysik abgeleitet. Wie im Interface Load Cell Field Guide im Detail beschrieben, arbeitet die pfannkuchenförmige Messflansch-Konstruktion nach einem radialen Dual-Shear-Steglayout.
Der LowProfile-Querschnitt zeigt, wie acht Löcher durch den Messflansch gebohrt werden, wodurch acht Scherstege aus dem Material zwischen den Bohrungen entstehen. Das veranschaulicht, wie die radialen Scherstege zusammen mit der zentralen Nabe und den äußeren Rändern auf beiden Seiten zwei Scherbalken-Zellen Ende an Ende ähneln. Die LowProfile®-Zelle zeigt somit die Stabilität eines doppelseitig gelagerten Scherbalkens, und da die kreisförmige Bauweise vier doppelseitigen Zellen entspricht, bietet sie Stabilität in acht Richtungen um den Mittelpunkt.
Sie funktioniert symmetrisch wie mehrere doppelseitige Scherbalken, die von einem zentralen Lastpunkt aus zu einem festen kreisförmigen Basisring strahlen, und bietet so einen 8-Richtungs-Widerstand gegenüber äußeren Querkräften und Momenten, während sie die reine axiale Kraft isoliert. Die LowProfile-Serie, Interfaces beliebteste und meistgenutzte Hochgenauigkeits-Wägezellenreihe, umfasst:
- 1200 Standard-Präzisions-Universal-LowProfile-Wägezelle und 1201 Nur-Druck-Standard-Präzisions-LowProfile-Wägezelle
- 1000 Hochkapazitäts-Dauerfest-Universal-LowProfile-Wägezelle
- 1100 Ultra-Präzisions-Universal-LowProfile-Wägezelle
- 1500 Niederkapazitäts-Universal-LowProfile-Wägezelle
Fünf technische Vorteile von Dual-Shear-Wägezellen
#1 – Zentrisch belastete Symmetrie verteilt die Last gleichmäßig auf zwei Lagerpunkte und reduziert dadurch lokale Spannungskonzentrationen und mechanische Ermüdung.
#2 – Querkraft-Unterdrückung widersteht außeraxialen, torsionalen und transversalen Kräften, ohne dass dabei nennenswerte Messfehler entstehen.
#3 – Toleranz gegenüber thermischer Ausdehnung durch endseitige Befestigungsbeschläge, die leichte seitliche Bewegungen ausgleichen, wenn sich große Strukturen durch Umgebungstemperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen.
#4 – LowProfile-Modelle lassen sich einfach integrieren in Maschinen und Strukturen, etwa direkt unter Behältern, Fahrzeugwaagen und strukturellen Plattformen, ohne übermäßigen vertikalen Bauraum zu benötigen.
#5 – Umweltdichtigkeit: gefertigt aus hochwertiger Legierung oder Edelstahl mit optionaler hermetischer Abdichtung (IP67/IP68/IP69K), um harten Waschbedingungen, Außeneinsatz und industriellen Umgebungen standzuhalten.
Kernanwendungen profitieren von Dual-Shear-Wägezellen
Dual-Shear-Wägezellen überzeugen besonders bei Kapazitätsanforderungen von wenigen Tausend Pfund bis über 100.000+ lbf. Eine doppelseitig gelagerte Scherbalken-Wägezelle arbeitet rein auf Scherung. Die Dehnungsmessstreifen erfassen die primäre Scherdehnung an vertikalen Stegen zwischen dem zentralen Lastpunkt und jedem der beiden Lagerenden. Diese Anwendungen profitieren besonders von diesem Wägezellendesign, das speziell darauf ausgelegt ist, hohe äußere Querkräfte sowie thermische Ausdehnung und Kontraktion großer gelagerter Strukturen zu tolerieren.
Luft- und Raumfahrt sowie strukturelle Prüfstände – Mehrpunkt-Lastrahmen für strukturelle Tests nutzen Dual-Shear-Balken, um reine vertikale Druck- oder Zugkräfte über verteilte Flugzeugzellen– und Schienenprüfstände zu isolieren.
Tank-, Silo- und Trichterverwiegung – Thermische Ausdehnung von Behältern, Windlasten und Materialverschiebungen erzeugen kontinuierliche Querkräfte. Dual-Shear-Baugruppen absorbieren mechanische Bewegungen und gewährleisten dabei gleichzeitig eine zuverlässige Bestandsverfolgung in Echtzeit.
Fahrzeugwaagen und Achslastwaagen – Schwerfahrzeuge erzeugen beim Auffahren auf die Plattformen massive Stoß- und Bremskräfte. Dual-Shear-Designs bewältigen wiederholte Hochtonnage-Zyklen und Querlasten mühelos. Lesen Sie hierzu: Wägezellen maximieren die Leistung von Achslastwaagen
Überwachung von Rigging, Kran und Winde – Unverzichtbar für Sicherheitsprüfungen, Überlastschutz und Lastverteilung bei Hebe- und Spannvorrichtungen.
Ihr Messsystem mit Dual-Shear-Wägezellen optimieren
Ein zuverlässiger Sensor benötigt eine passend abgestimmte Signalkette, um optimale Ergebnisse zu liefern. Kombinieren Sie Sensoren mit selbstausrichtenden Montagebaugruppen sowie gehärteten Messbolzen oder Wippbolzen-Schnittstellen, um Verklemmen zu minimieren und eine reine vertikale Lastübertragung sicherzustellen. Verbinden Sie die Sensoren mit Mehrkanal-Verteilerboxen, digitalen Anzeigen oder schnellen Datenerfassungsmodulen wie dem Interface BX8 oder der digitalen Instrumentierungsfamilie für eine saubere, rauscharme Signalaufbereitung. Fordern Sie vollständige Systemkalibrierungen von Sensor, Verkabelung und Instrumentierung gemeinsam an, um Wiederholgenauigkeit und Messzuverlässigkeit im Feldeinsatz sicherzustellen.
Wenn Sie Unterstützung bei der Auswahl der passenden Wägezellenkapazität oder Montagebaugruppe für Ihr Prüf- oder Wägesystem benötigen, wenden Sie sich an das Interface Engineering Team, um Ihre Anwendungsanforderungen zu besprechen. Weitere Informationen zu den Grundlagen von Wägezellen finden Sie in unserem Load Cell Field Guide.