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Lastzelle

Einführung zu Lastzellen

Eine Lastzelle ist ein Aufnehmer, der eine mechanische Kraft in ein elektrisches Signal umformt. Unter den vielen verschiedenen Bauformen von Lastzellen sind die auf Dehnungsmessstreifen basierenden Ausführungen am st?rksten verbreitet.

Abgesehen von einigen Pr?zisionswaagen, die in Labors eingesetzt werden, basieren heute praktisch alle Waagen auf Lastzellen. Pneumatische Lastzellen werden in eigensicheren Anwendungen und Bereichen mit hohen Hygieneanforderungen eingesetzt, w?hrend hydraulische Lastzellen an abgelegenen Orten eine Option bieten, da sie keine Stromversorgung ben?tigen. DMS-Lastzellen bieten eine Genauigkeit von 0,03% bis 0,25% des Endwerts und eignen sich für fast alle industriellen Anwendungsgebiete.
Typische Lastzelle mit niedriger Bauh?he

Weitere Informationen über Lastzellen

Geschichte der Lastzellen

Bevor Lastzellen mit Dehnungsmessstreifen in industriellen W?geapplikationen Einzug hielten, waren mechanische Waagen weit verbreitet. Mit diesen mechanischen Waagen wurde alles, von Tabletten bis hin zu Güterwaggons gewogen, und das mit hoher Genauigkeit und Zuverl?ssigkeit, sofern die Waagen richtig kalibriert und gewartet wurden. Das Funktionsprinzip basierte entweder auf dem Gleichgewicht von Gewichten und Last oder der Messung der an mechanischen Hebeln wirkenden Kraft. Frühe Kraftaufnehmer aus der Zeit vor den Dehnungsmessstreifen basieren auf hydraulischen oder pneumatischen Funktionsprinzipien. In Jahre 1843 erdachte der englische Physiker Sir Charles Wheatstone eine Brückenschaltung zur Messung des elektrischen Widerstands. Die nach ihm benannte Wheatstone'sche Brücke eignet sich ideal zur Messung von Widerstands?nderungen, die in Dehnungsmessstreifen auftreten. Die ersten Dehnungsmessstreifen, bei denen Widerstandsdraht auf eine Fl?che aufgeklebt war, wurden bereits in den 1940er Jahren entwickelt. Wirtschaftliche Bedeutung hat diese neue Technologie allerdings erst mit Aufkommen moderner Elektronik erlangt. Seitdem sind Dehnungsmessstreifen jedoch aus mechanischen Waagen und Lastzellen nicht mehr wegzudenken.

Wheatstone'sche Brücke mit Kompensation

Lastzellen

Funktionsprinzip von Lastzellen

Kraftaufnehmer k?nnen nach ihrem Ausgangssignal (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch) oder nach ihrer Messgr??e (Biegelast, Schublast, Druck, Zug, usw.) unterschieden werden.

Hydraulische Lastzellen basieren auf einem Gleichgewicht der Kr?fte, bei dem das Gewicht als Druck?nderung eines internen Füllmediums gemessen wird. Bei einer hydraulischen Lastzelle mit einer beweglichen Membran wird die auf den Lastkopf wirkende Kraft auf einen Kolben übertragen, der dann wiederum ein in der Membrankammer eingeschlossenes Füllmedium komprimiert. Bei zunehmender Belastung steigt der Druck der Hydraulikflüssigkeit. Dieser Druck kann lokal angezeigt werden oder zur externen Anzeige oder Regelung übertragen werden. Das Ausgangssignal ist linear und wird durch die Menge der Füllflüssigkeit oder ihre Temperatur kaum beeintr?chtigt. Bei korrekter Installation und Kalibrierung der Lastzellen k?nnen Genauigkeiten von 0,25 % des Endwerts oder besser erreicht werden. Für die meisten industriellen W?geanwendungen ist diese Genauigkeit ausreichend. Da dieser Sensor keine elektrischen Bauteile aufweist, ist er für explosionsgef?hrdete Bereiche ideal geeignet. Zu den typischen Anwendungsbereichen hydraulischer Lastzellen geh?ren Tanks, Beh?lter und Dosierstationen. Für eine maximale Genauigkeit sollte das Gewicht des Tanks ermittelt werden, indem eine Lastzelle an jedem Auflagepunkt angebracht wird und ihre Ausgangssignale summiert werden.

Pneumatische Lastzellen nutzen ebenfalls das Prinzip des Kr?ftegleichgewichts zur Messung. Diese Ger?te nutzen mehrere D?mpfungskammern und bieten dadurch eine h?here Genauigkeit als ein hydraulisches Ger?t. Bei einigen Ausführungen wird die erste D?mpfungskammer als Tara-Gewichtskammer verwendet. Pneumatische Lastzellen werden h?ufig zum Messen von relativ kleinen Gewichten in Branchen eingesetzt, in denen es prim?r um Sauberkeit und Sicherheit geht. Zu den Vorteilen dieser Art von Lastzellen geh?ren ihre inh?rente Explosionssicherheit und ihre Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen. Zudem enthalten Sie keine Flüssigkeiten, die den Prozess bei einem Membranriss verunreinigen k?nnten. Zu den Nachteilen z?hlen eine langsame Ansprechgeschwindigkeit sowie die Abh?ngigkeit von einer sauberen, trockenen und geregelten Versorgung mit Luft oder Stickstoff.

DMS-Lastzellen wandeln die auf sie wirkende Belastung in elektrische Signale um. Der Dehnungsmessstreifen ist auf einen Tr?ger aufgebracht, der sich unter Krafteinwirkung verformt. Meist werden vier Dehnungsmessstreifen verwendet, um eine maximale Empfindlichkeit und Temperaturkompensation zu erreichen. Zwei der Messger?te stehen in der Regel unter Zuglast und zwei unter Drucklast und sind mit Kompensationsanpassungen verbunden, wie in Abbildung 7-2 dargestellt. Wenn Gewicht zugeführt wird, ?ndert sich mit der ver?nderten Dehnung der elektrische Widerstand proportional zur Last. Aufgrund der h?heren Genauigkeit und geringeren Stückkosten verdr?ngen Lastzellen mit Dehnungsmessstreifen zunehmend andere Lastzellenarten.



W?hlen Sie die ideale Lastzelle für Ihre Anwendung

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Lastzelle für Druckbelastung Lastzellen für Druckbelastung
Die Lastzellen für Druckbelastung besitzen oft einen integrierten Knopf als Messpunkt. Damit eignen sie sich ideal für den Einbau unter beengten Platzbedingungen. Sie bieten eine hervorragende Langzeitstabilit?t.
Lastzelle für Druck/Zugbelastung Lastzellen für Druck/Zugbelastung
Lastzellen für Druck/Zugbelastung werden in Anwendungen eingesetzt, in denen die Kraftrichtung nicht konstant ist, d. h. wo sie von Zug zu Druck und umgekehrt wechselt. Sie eignen sich hervorragend für den Einbau unter beengten Platzbedingungen. Der Gewindeanschluss erm?glicht eine einfache und schnelle Installation.
S-f?rmige Lastzelle S-f?rmige Lastzellen
Die S-f?rmigen Lastzellen haben ihren Namen aufgrund ihrer S-Form erhalten. Sie erzeugen ein Ausgangssignal bei Zug- oder Druckbelastung. Zu den Anwendungsgebieten geh?ren Tankfüllstand, Schütttrichter oder LKW-Waagen. Sie sind sehr unempfindlich gegen seitliche Belastungen.
Biegelastzelle Biegelastzellen
Die Biegelastzellen k?nnen in Anwendungen mit mehreren Kraftaufnehmern, Wiegen von Tanks und der Regelung von industriellen Prozessen eingesetzt werden. Durch ihre niedrige Bauh?he eignen sie sich für den Einbau unter beengten Bedingungen.
Plattform-Lastzelle Plattform-Lastzellen
Plattform-Lastzellen werden in kommerziellen und industriellen Wiegesystemen eingesetzt. Sie bieten eine hohe Genauigkeit, die von der Position der Last auf der Plattform unabh?ngig ist.
Zylindrische Lastzellen Zylindrische Lastzellen
Zylindrische Lastzellen werden für Einzel- und Mehrfach-W?geapplikationen eingesetzt. Sie werden meist aus Edelstahl hergestellt und sind gekapselt, damit sie sich für Nassreinigung und Feuchtbereiche eignen.
Lastzellen mit niedriger Bauh?he Lastzellen mit niedriger Bauh?he
Lastzellen mit niedriger Bauh?he sind vom Prinzip her Lastzellen für Druckbelastung bzw. Lastzellen für Zug-/Druckbelastung.. Montagebohrungen und Innengewinde sorgen für eine einfache Installation. Typische Einsatzgebiete sind Forschung und Inline-Kraftüberwachung.

H?ufig gestellte Fragen

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Lastzellen-Vergleichsübersicht

Typ Gewichts- bereich Genauigkeit (FS) Anwendung St?rken Schw?chen
Mechanische Lastzellen
Hydraulische Lastzellen Bis zu 5.000.000 kg 0.25% Tanks, Beh?lter und Schütttricher.
Explosionsgef?hrdete Bereiche.
Schlagfest,
unempfindlich gegenüber Temperatur.
Teuer, komplex.
Pneumatische Lastzellen Breit Hoch Nahrungsmittel und Getr?nke, explosionsgef?hrdete Bereiche Eigensicher.
Enth?lt keine Flüssigkeiten.
Langsames Ansprechverhalten.
Ben?tigt saubere, trockene Luft
DMS-Lastzellen
Biegelastzellen 5 bis 2.500 kg 0.03% Tanks, Plattformwaagen, Niedrige kosten, einfache Bauweise Dehnungsmessstreifen liegen frei,
ben?tigen Schutz
Scherbalken-Lastzelle 5 bis 2.500 kg 0.03% Tanks, Plattformwaagen,
versetzte Belastung
Unempfindlich gegen seitliche Belastungen,
besserer Eindringschutz und Schutz
 
Zylindrische Lastzellen bis 250.000 kg 0.05% Truck, Tank- und Schütttrichterwaagen Für bewegte Lasten geeignet Kein horizontaler Lastschutz
Ring- und flache Lastzellen 2,5 bis 250.000 kg   Tanks, Zufuhrtrichter, Waagen Vollst?ndig aus Edelstahl Keine Bewegung der Last zul?ssig
Knopf- und Scheiben-
Lastzellen
0 bis 25.000 kg
0 bis 100 kg typ.
1% Kleine Waagen Klein, preiswert Last muss mittig sein,
kein Bewegung der Last zul?ssig
Andere Lastzellen
Spiralf?rmig 0 bis 18.000 kg 0.2% Plattform, Gabelstapler, Radlast,
Gewichtserkennung in PKW-Sitzen
Für versetzte Belastung,
überlast, St??e geeignet
 
LWL   0.1% Elektrische übertragung
Kabel, Gewindestift oder Schraubmontage
Unempfindlich gegenüber RFI/EMV und
hohe Temperaturen, eigensicher.
 
Piezo-
resistiv
  0.03%   Extrem empfindlich, hohe
Ausgangssignalpegel
Hohe Kosten, Ausgang nicht linear


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