Arten-von-Wägezellen

Wägezellentypen: Welche Arten von Wägezellen gibt es?

Obwohl es verschiedene Technologien zur Kraftmessung gibt, konzentrieren wir uns auf die gebräuchlichste Art von Wägezellen: Metallfolien-Dehnungsmessstreifen. Innerhalb der Wägezellentypen gibt es eine Vielzahl von Körperformen und Geometrien, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Lernen Sie die wichtigsten Wägezellentypen und -geometrien kennen:

Durchgangsbohrungs-Wägezelle

Auch bekannt als Donut- Kraftaufnehmer, Unterlegscheiben-Kraftaufnehmer oder Kraftaufnehmer mit Durchgangbohrung, haben einen glatten, gewindelosen Innendurchmesser, der zur Messung von Druckbelastungen verwendet wird, bei denen ein Stab durch die Mitte geführt werden muss. Einer der Haupteinsatzbereiche dieses Sensortyps ist die Messung der Schraubenbelastung.

Typische Anwendungen sind Pressen, Inline-Kompressionsanwendungen, Schraubenkraftmessungen (Schraubenbelastung), Spannkräfte, Überwachung der Überlast an Pfosten oder Stützen und Walzwerksystemen.

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In-Line-Wägezelle

Zumeist als In-Line-Kraftaufnehmer bezeichneter Kraftsensor mit Außengewinde. Diese Art von Kraftaufnehmern kann sowohl für Zug- als auch für Druckbelastungen verwendet werden. In-Line-Sensoren bieten hohe Genauigkeit und hohe Steifigkeit bei minimalem Montageabstand. Sie eignen sich hervorragend für Press- und Daueranwendungen. FUTEK hat auch eine Miniatur-Inline-Wägezelle für Anwendungen entwickelt, bei denen Größe und enge Umgebungen entscheidend sind.

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Pancake-Wägezelle

Pancake-, Kanister- oder Schersteg-Wägezelle werden üblicherweise in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Präzision erfordern und weniger empfindlich auf Lastbedingungen reagieren. Für die meisten Tragfähigkeiten wird die Universal Pancake Load Cell normalerweise mit mehreren Scherstreben konstruiert. Für geringere Kapazitäten wird sie mit Biegebalken konstruiert. Wenn sie richtig konstruiert und hergestellt wird, ist ihre Struktur im Vergleich zu anderen Inline-Sensoren wie S-Beam-Wägezellen, Membran- oder Säulenwägezellen weniger empfindlich gegenüber Fremdlasten und -momenten (insbesondere Drehmomenten). Diese Art von Kraftaufnehmern wird normalerweise in Druckpressen zur Kontrolle der aufgebrachten Last oder des Drucks während der Prüfung oder der Produktion verwendet, wie z. B. bei Einpresskraftanwendungen.

Pancake-Kraftsensoren verfügen normalerweise über ein Innengewinde in der Mitte und mehrere Durchgangslöcher am Außenring zur Befestigung. Durch die Anbringung der äußeren Befestigungslöcher kann der Sensor auch unter Spannung verwendet werden. Durch Hinzufügen der optionalen Zuggrundplatte können die Benutzer den Sensor wie die S-Beam-Wägezelle sowohl unter Zug als auch unter Druck verwenden. Die Kapazitätsbereiche variieren je nach Hersteller, aber Pancake-Wägezellen werden im Allgemeinen von 50 lbs bis 1 Million lbs angeboten. Zu den Standardmerkmalen gehören in der Regel ein metrisches Gewinde und eine Schnelltrennvorrichtung. Pancake-Wägezellen mit Ermüdungswiderstand sind ebenfalls erhältlich und werden häufig bei Dauertestanwendungen eingesetzt. Es sind auch tauchfähige Versionen mit integrierten Kabeln erhältlich. Einige Hersteller bieten auch integrierte Wägezelle Verstärker mit VDC/4-20mA oder mit TEDS nach IEEE1451.4 für Plug & Play an. Pancake-Wägezellen sind der ideale Gewichtssensor für Wägezellen für Behälterwägesysteme / Silos.

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Säulenlastzelle

Säulen-Wägezellen (auch bekannt als Canister-Wägezellen) bieten ein kompaktes Design für Druckanwendungen mit hoher Kapazität, wie z. B. die Prüfung der Spannkraft von CNC-Maschinenschraubstöcken. Diese Modelle bieten eine robuste Konstruktion mit einer Kapazität von 2.000 bis 30.000 Pfund. FUTEK hat auch eine Miniatur Wägezellen Serie für Anwendungen entwickelt, bei denen die Größe ein kritischer Faktor ist.

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S-Beam-Wägezelle

Die S-Beam-Wägezelle ist eine der beliebtesten Arten von Wägezellen. Sie wurde ursprünglich für Inline-Anwendungen entwickelt, um mechanische Waagen in digitale umzuwandeln, indem die Feder oder andere Inline-Hardware ersetzt wird. Die S-Beam-Wägezelle ist in einer Vielzahl von Lastbereichen mit englischen und metrischen Gewinden erhältlich. Sie ist aufgrund ihrer hohen Präzision, des niedrigen Preises und der einfachen Installation sehr beliebt. Da die S-Beam-Kraftsensoren jedoch ausschließlich für Inline-Anwendungen konzipiert sind, reagieren sie sehr empfindlich auf Fremdlast, Drehmoment und Momente. Eine außermittige Belastung muss vermieden werden, um die beste Leistung und eine längere Lebensdauer zu erreichen. Für Anwendungen, bei denen eine außermittige Belastung oder Fremdkraft-, Drehmoment- und Momentenfähigkeit erforderlich ist, verweisen wir auf die Wägezelle vom Typ Pancake.

Zu den typischen Merkmalen der S-Beam-Wägezelle gehören ein integriertes Kabel oder eine Schnellkupplungsbuchse. S-Beam-Wägezellen gibt es auch in vollständig hermetisch abgedichteten Versionen und in tauchfähigen Ausführungen. In den letzten Jahren wurden auch Miniaturversionen der S Beam Load Cell, bekannt als S Beam Load Cell Junior, entwickelt und hergestellt. Die S-Beam-Wägezelle Jr. (Miniatur-S-Beam-Wägezelle) verfügt über einen effektiven eingebauten mechanischen Anschlag zum Schutz vor Überlast sowohl bei Zug als auch bei Druck und ist in Größen von 10 g bis 100 lbs erhältlich. Dieses innovative Modell hat eine sehr kleine Packungsgrößeund wird häufig in medizinischen Anwendungen zum Aufhängen von Beuteln während des Dialyseprozesses (Wägezelle für die Dialyse) sowie in anderen automatisierten Anwendungen eingesetzt, bei denen eine kleine Packungsgröße wichtig ist, was sie zu einer geeigneten Wägezelle für die Dialyse macht.

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Lastknopf

Load-Button-Wägezellen sind für die Kompression ausgelegt und für ihre geringe Baugröße bekannt. Sie werden in engen und begrenzten Räumen eingesetzt. Allgemeine Wägezellen werden normalerweise mit einer Membrankonstruktion konstruiert, aber einige Präzisionswägezellen sind mit Biegebalken für eine geringe Kapazität und mit Scher- oder Säulenkonstruktion für eine höhere Kapazität konstruiert. Um eine optimale Leistung zu erzielen, sollte die Last ohne Seitenlast oder Drehmoment aufgebracht werden. Die Montage kann bei Standard-Wägezellen eine Herausforderung darstellen. Um dieses Problem zu lösen, sind einige Modelle mit Befestigungsvorrichtungen an der Basis erhältlich. Die Modelle ohne Montagevorrichtungen werden normalerweise von einer Außenwand gehalten oder zwischen den Baugruppen eingeklemmt. Einige Versionen sind auch mit einem Gewindebolzen in der Mitte erhältlich, der das Laden mit einer Sonde ermöglicht.

Lastknopf-Wägezellen sind in verschiedenen Kapazitäten von 1 lb bis 100.000 lbs und in Gehäusen von ¼" (6 mm) bis 3" (76 mm) Aussendurchmesser erhältlich. Lastknopf-Kraftsensoren werden häufig in medizinischen Anwendungen sowie in der Automatisierung eingesetzt, wo kleine Abmessungen ein Muss sind, und der Platz begrenzt ist. Wenn der Platz kein Problem darstellt und eine höhere Präzision erforderlich ist, sollten Sie eine Wägezelle in Pancake-Ausführung verwenden. Die Messung der Belastung von Wälzlagern ist eine Anwendung, bei der Lastknöpfe zum Einsatz kommen.

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Einzelpunkt-Wägezelle

Einpunkt-Wägezellen sind in der Regel für Verarbeitungsanwendungen konzipiert, die Plattformen zur Gewichtskontrolle erfordern, in der Regel in kleinem Maßstab. Sie haben ihren Namen erhalten, weil sie für diese Plattformen verwendet werden können, die eine außermittige Belastung unterstützen, indem sie nur einen Sensor verwenden. Der Vorteil dieses speziellen Wägezellentyps gegenüber anderen ist, dass er ein niedriges Profil hat, eine hohe Präzision aufweist und für eine außermittige Belastung eingestellt werden kann. Dieser besondere Wägezellentyp ist im Allgemeinen einfach zu montieren. Andere Produkte für ähnliche Anwendungen, wie z. B. Lastknöpfe, sind nicht so einfach zu montieren. Dieser Kraftsensor ist auch für großvolumige OEM-Anwendungen konzipiert und wird in einer breiten Palette von Kapazitäten von Gram-Bereichen bis 500 lbs in der gleichen Form-Fit-Funktion angeboten.

FUTEKs spezielle Reihe von Einzelpunkt-Kraftsensoren ist im Vergleich zu den gleichen Produkten anderer Hersteller kompakter. Die durchschnittlichen Abmessungen betragen etwa 2 - 0,5 - 2 Zoll im Vergleich zu 4 - 1 - 3 Zoll. Außerdem bietet er einen Überlastungsschutz, so dass er sich sowohl für die Prozesssteuerung als auch für Materialprüfungsanwendungen eignet, da eine mögliche Überlastung normalerweise während der Installation auftritt. Aufgrund seiner Größe und Präzision wird er häufig in Handgeräten oder tragbaren Geräten sowie in vielen Materialprüfmaschinen eingesetzt. Weitere beliebte Anwendungen sind die Inline-Lebensmittelverarbeitung, die Materialprozesskontrolle oder Dosiersysteme. Seitenmontierte Wägezellen wie das Modell LSM300 High Accuracy Load Cell sind eine empfohlene OEM-Gewichtsmesslösung für automatische Flaschenabfüllmaschinen.

Aufgrund seiner kompakten Größe, seiner hohen Präzision und seiner langen Mean Time Between Failure (MTBF von weit über 100 Millionen Zyklen) ist er die ideale Wahl für viele medizinische Anwendungen, wie z. B. automatisierte Blutmanagementsysteme, Dialyse und Anwendungen zum Wiegen von med. Beuteln für die Medikamentenverabreichung.

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Mehrachsiger Kraftsensor

Ein Mehrkomponenten-Sensor (auch allgemein bekannt als Kraft-Drehmoment-Sensor oder Mehrkomponenten-Kraftmessdose) kann in allen Raumrichtungen messen: Kräfte in Zug und Druck (±Fx, ±Fy und ±Fz) sowie Drehmomente im und gegen den Uhrzeigersinn (±Mx, ±My oder ±Mz). Diese speziellen Kraft-Drehmoment-Sensoren sind mit mehreren Dehnungsmessstreifenbrücken ausgestattet, die die in einer Richtung wirkenden Kräfte und Drehmomente mit geringer oder gar keiner Übersprechstörung durch in anderen Richtungen wirkende Kräfte oder Momente genau messen. In Anwendungen, bei denen mehrere Kraft- und Drehmomentvektoren gleichzeitig in x-, y- und z-Richtung gemessen werden müssen, sind Mehrachsensensoren die bevorzugte Wahl. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise sparen Mehrkomponentenaufnehmer viel Platz bei der Montage und Installationszeit im Vergleich zu der alternativen Lösung, der Installation von mehreren einachsigen Kraftmessdosen und/oder Drehmomentsensoren.

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Wie wählt man einen Kraftsensor für seine Anwendung aus?

Wir wissen, dass die Auswahl des richtigen Lastaufnehmers eine schwierige Aufgabe ist, da es keinen wirklichen Industriestandard für die Auswahl gibt. Es gibt auch einige Herausforderungen, auf die Sie stoßen können, z. B. die Suche nach einem kompatiblen Verstärker oder Signalaufbereiter oder die Anforderung eines kundenspezifischen Produkts, das die Lieferzeit verlängert.

Um Sie bei der Auswahl Ihres Kraftsensors zu unterstützen, hat FUTEK einen einfach zu befolgenden 5-Schritte-Leitfaden entwickelt. Hier ist ein kleiner Einblick, der Ihnen hilft, Ihre Auswahl einzugrenzen. Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden "Wichtige Überlegungen zur Auswahl eines Kraftmesssensors".

Schritt 1: Verstehen Sie Ihre Anwendung und was Sie messen wollen. Kraftsensoren unterscheiden sich von Drucksensoren oder Drehmomentsensoren und sind für die Messung von Zug- und Druckbelastungen ausgelegt.
Schritt 2: Definieren Sie die Montageeigenschaften des Sensors und seine Montage. Handelt es sich um eine statische oder eine dynamische Belastung? Definieren Sie die Montageart. Wie werden Sie den Kraftsensor montieren?
Schritt 3: Bestimmen Sie Ihre minimalen und maximalen Messbereich. Achten Sie darauf, die Tragfähigkeit über der maximalen Betriebslast zu wählen und bestimmen Sie alle Fremdlasten (seitliche oder außermittige Lasten) und Momente, bevor Sie die Tragfähigkeit auswählen.
Schritt 4: Definieren Sie Ihre Anforderungen an Größe und Geometrie (Breite, Gewicht, Höhe, Länge usw.) und an die mechanische Leistung (Leistung, Nichtlinearität, Hysterese, Kriechverhalten, Brückenwiderstand, Auflösung, Frequenzgang usw.). Weitere zu berücksichtigende Merkmale sind Tauchfähigkeit (wasserdicht), Tieftemperatur, hohe Temperaturen, mehrere oder redundante Brücken und TEDS IEEE1451.4.
Schritt 5: Bestimmen Sie die Art des Ausgangs, den Ihre Anwendung benötigt. Kraftaufnehmerschaltungen geben Spannung in mV/V aus. Wenn Ihre SPS oder DAQ also einen analogen Ausgang, einen digitalen Wägezellenausgang oder serielle Kommunikation benötigt, benötigen Sie sicherlich einen Wägezellenverstärker oder einen Signalkonditionierer. Stellen Sie sicher, dass Sie den richtigen Verstärker auswählen und das gesamte Messsystem (Kraftaufnehmer + Signalaufbereiter) Wägezellen kalibrieren. Diese schlüsselfertige Lösung führt zu mehr Kompatibilität und Genauigkeit des gesamten Kraftmesssystems.