Speichen-Lastaufnehmer CZL204

Produkteinführung

Speichenförmige lastwagenwaagen sind kraftempfindliche Detektionselemente nach dem dehnungsresistiven Prinzip, bei denen ein speichenförmiger Elastomer den Kern der Struktur bildet. Unter Krafteinwirkung verformt sich der Elastomer und bewirkt, dass der Dehnungsmessstreifen Widerstandsänderungen erzeugt, die anschließend in messbare elektrische Signale umgewandelt werden. Sie vereinen Vorteile wie kompakte Bauweise und hervorragende Exzentriskraft-Belastbarkeit und werden häufig in Wägeanwendungen mit mittleren bis niedrigen Lasten und begrenztem Bauraum eingesetzt. Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Erläuterung entlang der Kernaspekte, um die Anforderungen an produkt Auswahl, technische Bewertung und Lösungsdokumentation zu erfüllen:

1. Produktmerkmale und Funktionen

Kernmerkmale

• Gestaltung des Aufbaus: Verwendet eine speichenartige integrierte Struktur (die Felge und die Nabe sind durch Speichen verbunden, wobei die Höhe typischerweise zwischen 20 und 80 mm liegt), zeichnet sich durch gleichmäßige Steifigkeitsverteilung aus, weist hervorragende Beständigkeit gegen exzentrische Lasten/Seitenkräfte auf (in der Lage, eine exzentrische Last von ±15 % bis ±20 % der Nennlast zu tragen), leitet die Auswirkungen von nicht-axialen Lasten effektiv ab und bietet hohe Tragstabilität.

• Genauigkeitsleistung: Genauigkeitsklasse umfasst C2 – C6, wobei gängige Modelle die Klasse C3 erreichen. Nichtlinearitätsfehler ≤ ±0,02 %FS, Wiederholfehler ≤ ±0,01 %FS, Nullpunktdrift innerhalb ≤ ±0,003 %FS/℃ begrenzt und gute Genauigkeitsbeständigkeit unter dynamischen intermittierenden Belastungen.
• Material und Schutz: Das Elastomer verwendet üblicherweise legierten Stahl (Streckgrenze ≥ 900 MPa) oder Edelstahl 304/316L, wobei die Oberfläche zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit passiviert oder vernickelt ist; die Schutzart beträgt typischerweise IP66/IP67, und spezielle Sondermodelle können IP68 erreichen, geeignet für feuchte und staubige industrielle Umgebungen.
• Einbaukompatibilität: Die oberen und unteren Stirnflächen verwenden Schraubenbefestigung oder Flanschverbindung, wobei einige Modelle eine Gewindeanpassung unterstützen. Die Einbautiefe ist gering (mindestens 18 mm), geeignet für enge Räume, die hauptsächlich vertikalen Kräften ausgesetzt sind, und kann einzeln oder in mehrfacher Kombination verwendet werden.

Kernfunktion

• Gewichts-/Kraftwert-Erfassung: Unterstützt statische Wägung und quasidynamische Wägung (Ansprechzeit ≤ 8 ms) mit einem Messbereich von 0,1 t bis 200 t. Typische Anwendungen liegen im Bereich von 1 t bis 50 t, und einige kundenspezifische Modelle können besondere Anforderungen über 200 t erfüllen.
• Signalausgang: Stellt standardmäßige analoge Signale (4 - 20 mA, 0 - 5 V, 0 - 10 V) und digitale Signale (RS485/Modbus RTU) bereit. Einige intelligente Modelle unterstützen das CANopen-Protokoll und können direkt mit SPS-, DCS- und Wägesystemen verbunden werden.
• Zusätzliche Funktionen: Integrierte Temperaturkompensation über einen weiten Temperaturbereich (-30 °C ~ 80 °C), Überlastschutz (150 % - 250 % der Nennlast), explosionsgeschützte Modelle sind zertifiziert nach Ex d IIB T4 Ga/Ex ia IIC T6 Ga, und einige Modelle verfügen über eine kabelbruchsichere Konstruktion.
• Langfristige Zuverlässigkeit: Ermüdungslebensdauer ≥ 10⁷ Belastungszyklen, hervorragende Stabilität im Dauerbetrieb bei Nennlast, jährliche Drift ≤ ±0,015 % FS, geeignet für langfristigen Dauerbetrieb in industriellen Anwendungen.

2. Gelöste Kernprobleme

• Unzulässige Messungen unter exzentrischer Belastung: Um das Problem der übermäßigen Fehler traditioneller Sensoren unter nicht-axialen Lasten zu lösen, wird durch die Optimierung der Kraftübertragung in der Speichenstruktur der Exzentrizitätsfehler innerhalb von ±0,03 % FS gehalten, wodurch Genauigkeitsprobleme in Szenarien wie Siloexzentrizität und Materialaufprall behoben werden.
• Schwierige Montage in engen Räumen: Aufgrund seiner „kurzen und robusten“ Bauform (Durchmesser 50–200 mm, Höhe 20–80 mm) löst es Anpassungsprobleme bei der Installation in platzbeschränkten Anwendungen wie innerhalb von Geräten, kleinen Wägeinstrumenten und eingebetteten Wägeeinheiten, ohne dass zusätzlicher Spielraum erforderlich ist.
• Anfällig für Beschädigungen durch Vibration und Stöße: Die Spannungsverteilung des speichenförmigen Elastomers ist gleichmäßiger, und ihre Schlagzähigkeit ist um mehr als 30 % gegenüber säulenförmigen Sensoren verbessert, wodurch eine dauerhafte Verformung des Sensors in Szenarien wie mechanischer Vibration und Materialabwurf wirksam vermieden und die Lebensdauer verlängert wird.
• Unzureichende Anpassungsfähigkeit an mehrere Szenarien: Durch Materialaufwertung (wie 316L-Edelstahl) und verbesserten Schutz (IP68) wird das Korrosionsproblem von Sensoren in feuchten und korrosiven Umgebungen wie der Lebensmittelverarbeitung und chemischen Dosierung gelöst, während das explosionsgeschützte Modell die Sicherheitsanforderungen für entzündliche und explosive Szenarien erfüllt.
• Umständliche Systemintegration und Anbindung: Es unterstützt mehrere Arten von Signalübertragung und gängige industrielle Protokolle, löst Kompatibilitätsprobleme mit PLCs unterschiedlicher Marken (wie Mitsubishi, Schneider) und Wägeinstrumenten und reduziert den Aufwand für Zwischengeräte wie Signalwandler.

3. Benutzererfahrung

• Installationsbequemlichkeit: Standardisierte Befestigungsbohrungen an der Stirnseite und Positionier-Referenzflächen sowie spezielle Montagedichtungen und Befestigungsschrauben ermöglichen eine horizontale Positionierung, ohne dass professionelle Kalibrierwerkzeuge erforderlich sind. Eine einzelne Person kann die Installation und Inbetriebnahme eines einzelnen Sensors innerhalb von 30 Minuten abschließen.
• Betrieb und Kalibrierung: Unterstützt Ein-Knopf-Nullstellung und Zweipunkt-Kalibrierung des Instruments, vereinfacht den Kalibrierprozess (es werden nur Standardgewichte mit 20 % und 100 % der Nennlast benötigt) und das digitale Modell ermöglicht eine Fernkalibrierung und Parameterkonfiguration über die Host-Computer-Software, wodurch die Bedienungsschwelle gesenkt wird.
• Niedrige Wartungskosten: Die vollständig versiegelte Bauweise reduziert das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit, mit einer durchschnittlichen jährlichen Ausfallrate ≤ 0,3 %; die Anschlussklemme verfügt über eine lösefeste Konstruktion, und die Kabelanschlüsse sind wasserdicht und staubdicht abgedichtet. Im täglichen Gebrauch ist lediglich eine vierteljährliche Reinigung und Nullpunktkontrolle erforderlich, was einen geringen Wartungsaufwand bedeutet.
• Datenrückmeldung: Statische Wäge-Datenfluktuation ≤ ±0,005 %FS, ohne nennenswerte Verzögerung in quasidynamischen Szenarien; das digitale Modell verfügt über ein integriertes Fehlerdiagnosemodul, das in Echtzeit Rückmeldungen zu Überlast, Kabelbruch, abnormer Temperatur und anderen Zuständen liefert und so eine schnelle Problemlösung ermöglicht.
• Kompatibilitätserfahrung: Kompatibel mit über 95 % der auf dem Markt befindlichen Wäge-Steuergeräte, unterstützt bei paralleler Nutzung mehrerer Sensoren die automatische Lastverteilung und macht zusätzliche Abgleichseinheiten überflüssig; das intelligente Modell kann direkt mit der industriellen IoT-Plattform verbunden werden, um eine Fernüberwachung der Daten zu ermöglichen.

4. Typische Anwendungsszenarien

1) Herstellung von industriellen Wägegeräten

• Kleine und mittlere Plattformwaagen/Bodenwaagen: Kern-Sensoreinheiten für Plattform- und Bodenwaagen im Bereich von 1–50 t, mit kompakter Bauweise, geeignet für den Einbau in Wägegeräte, sowie exzentragsicheren Eigenschaften, die eine gleichbleibende Genauigkeit an verschiedenen Wiegepositionen gewährleisten (wie z. B. Preisauszeichnungswaagen für Supermärkte und Umschlag-Bodenwaagen für Werkstätten).

• Kundenspezifische Wägeausrüstung: Verwendet für explosionsgeschützte elektronische Waagen und korrosionsbeständige Chemiewaagen; Material 316L + Explosionsschutz-Zertifizierung erfüllt die Anforderungen spezieller Industrien, und die Speichenstruktur kann sich an das vielfältige Konstruktionsdesign von Wägegeräten anpassen.

2) Maschinen für Ingenieurbau und Baugewerbe

• Wiegen von Ladern/Bagger: Im Hydrauliksystem der Schaufel installiert, indirektes Wiegen durch Erfassung des hydraulischen Drucks, die Speichenstruktur weist starke vibrations- und stoßresistente Eigenschaften auf, angepasst an die rauen Einsatzbedingungen von Baumaschinen, mit einer Genauigkeit von bis zu ±0,5 % FS.

• Drucküberwachung von hydraulischen Stützen: Überwachung des Arbeitswiderstands von hydraulischen Stützen in Kohlebergwerken, Einsatz explosionsgeschützter Speichensensoren mit einem Schutzgrad von IP67, langfristig stabiler Betrieb in staubigen und feuchten Umgebungen möglich, liefert datengestützte Sicherheit für die Stützen.

3) Industrielle Prozesssteuerung

• Wägung von kleinen und mittleren Materialbehältern/Silos: Wägung von Mischtanks und Puffersilos in der pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie, mit 4 Sensoren symmetrisch installiert, exzentrische Lastkompensation löst das Problem der Schwerpunktverschiebung bei Materialbehältern, in Kombination mit der Steuerung zur Erzielung einer genauen Zuführung.

• Wägung von Verpackungsmaschinen: Dynamische Wägeeinheiten für Partikelverpackungsmaschinen und Flüssigfüllmaschinen, mit einer Ansprechzeit ≤8 ms, um hohen Verpackungsgeschwindigkeitsanforderungen gerecht zu werden, und einer Genauigkeit innerhalb von ±0,1 % FS, um die Einhaltung der Verpackungsmessvorschriften sicherzustellen.

4) Materialprüfung und wissenschaftliche Forschungsgeräte

• Zug-/Druckprüfmaschinen: Statische Kraftmessung in der Werkstoffmechanikprüfung, C2-Genauigkeitsklasse erfüllt Anforderungen auf wissenschaftlichem Niveau, Speichenstruktur sorgt für gleichmäßige Belastung und gewährleistet Wiederholbarkeit und Genauigkeit der Prüfdaten.

• Ermüdungsprüfgeräte: Lastüberwachung bei der Ermüdungslebensdauerprüfung von Bauteilen mit einer Lebensdauer von ≥10⁷ Zyklen und stabilen mechanischen Eigenschaften, geeignet für Langzeit-Prüfexperimente.

5) Spezielle Industrieanwendungen

• Lebensmittel- und Pharmazeutische Industrie: Hygienequalität 316L Edelstahl-Sensoren mit Oberflächenschleifbehandlung (Ra ≤0,8μm), GMP-konform, verwendet für die Wiegevorgänge von Rohstoffen, Dosierung von Fertigprodukten und andere Prozesse, erleichtert Reinigung und Desinfektion.

• Bergbau und Metallurgie: Hochtemperatur-Speichen-Sensoren (Kompensationstemperatur -40°C~120°C), eingesetzt in Erzaufbereitungsanlagen und zur Wägung von metallurgischen Ofentrichtern, geeignet für den Einsatz unter hohen Temperaturen und staubigen Umgebungen.

5. Gebrauchsanweisung (Praktischer Leitfaden)

1) Installationsprozess

• Vorbereitung: Reinigen Sie die Montageoberfläche (stellen Sie sicher, dass sie eben und gratfrei ist, mit einer Ebenheitsabweichung ≤0,05 mm/m), überprüfen Sie das Aussehen des Sensors (das Elastomer ist frei von Verformungen und das Kabel ist unbeschädigt) und prüfen Sie die Kompatibilität der Befestigungsschrauben-Spezifikationen mit dem Sensor.

• Positionierung und Befestigung: Setzen Sie den Sensor senkrecht auf die Halterung auf, um sicherzustellen, dass die Last axial eingeleitet wird. Ziehen Sie ihn mit einem Drehmomentschlüssel gemäß dem vorgeschriebenen Drehmoment an (15–40 N·m empfohlen für Sensoren aus Vergütungsstahl, 10–30 N·m für Edelstahl) und vermeiden Sie eine Überdrehung, die das Elastomer beschädigen könnte.

• Verkabelungsspezifikation: Bei analogen Signalen das Verkabelungsprinzip „rot – Versorgung +, schwarz – Versorgung -, grün – Signal +, weiß – Signal -“ beachten; bei digitalen Signalen die entsprechenden Pins gemäß Modbus-Protokoll verbinden; die Verkabelung sollte sich in ausreichendem Abstand zu starken elektromagnetischen Störquellen (wie Frequenzumrichtern und Hochspannungskabeln) befinden, Abstand ≥15 cm.

• Schutzmaßnahmen: Bei Installation in Außen- oder feuchten Umgebungen sollte eine wasserdichte Anschlussdose verwendet werden, um die Kabelverbindungen abzudichten; am freiliegenden Teil des Sensors kann eine Staubschutzabdeckung angebracht werden; in korrosiven Umgebungen ist eine spezielle Korrosionsschutzbeschichtung auf nicht belasteten Oberflächen aufzutragen.

2) Kalibrierung und Inbetriebnahme

• Nullabgleich: Gerät einschalten und 20 Minuten vorheizen, anschließend den „Nullabgleich“-Befehl über das Wägeinstrument oder den Hostrechner ausführen, um sicherzustellen, dass die Nulldrift innerhalb von ±0,002 %FS liegt. Falls die Abweichung zu groß ist, prüfen Sie die Einbaulage auf Waagerechtigkeit.

• Belastungsabgleich: Standardgewichte mit 20 % und 100 % der Nennlast nacheinander platzieren, die Ausgangssignalwerte des Sensors aufzeichnen, lineare Fehler mithilfe der Kalibrierungssoftware korrigieren und sicherstellen, dass der Fehler an jedem Belastungspunkt ≤ dem zulässigen Wert der entsprechenden Genauigkeitsklasse entspricht (z. B. ≤±0,02 %FS für Klasse C3).

• Dynamische Inbetriebnahme: In einem quasidynamischen Szenario die Filterparameter des Instruments anpassen (Filterfrequenz 8–15 Hz), die Ansprechgeschwindigkeit des Sensors und die Datenstabilität testen und Signalfluktuationen durch Materialaufprall vermeiden.

3) Regelmäßige Wartung

• Regelmäßige Inspektion: Monatlich den Staub und Öl auf der Sensoroberfläche entfernen, die Festigkeit der Anschlussklemmen überprüfen; alle sechs Monate eine Nullpunkt-Kalibrierung durchführen und jährlich die Vollskalen-Kalibrierung sowie die Funktionsprüfung abschließen.

• Störungsbehebung: Bei Datenverschiebung zuerst die Versorgungsspannung (stabil zwischen 10–30 V DC) und die Ebenheit der Montagefläche prüfen; bei ungewöhnlichem Signal überprüfen, ob das Kabel beschädigt ist oder die Dehnungsmessdose überlastet und beschädigt wurde, gegebenenfalls den Sensor austauschen.

6. Auswahlverfahren (genaue Anpassung an die Anforderungen)

1) Festlegung der Kernparameter

• Bereichsauswahl: Ein Modell mit einem Messbereich von 1,3 bis 1,6-facher maximaler tatsächlicher Last auswählen (z. B. bei einer Maximallast von 10 t einen 13–16-t-Sensor), um ausreichende Überlastreserven zu schaffen und Beschädigungen durch Stoßlasten zu vermeiden.

• Genauigkeitsklasse: Für die industrielle Messtechnik Klasse C3 auswählen (Fehler ≤ ±0,02 % FS); für wissenschaftliche Prüfungen Klasse C2 auswählen (Fehler ≤ ±0,01 % FS); für allgemeine Überwachungsaufgaben Klasse C6 auswählen (Fehler ≤ ±0,03 % FS).

• Signalsart: Für herkömmliche Steuerungssysteme analoge Signale (4–20 mA) auswählen; für intelligente IoT-Systeme digitale Signale (RS485) auswählen; für Baumaschinen Modelle mit CANopen-Protokoll auswählen.

2) Auswahl basierend auf Umweltverträglichkeit

• Temperatur: Für normale Anwendungsbereiche (-30 °C ~ 60 °C) Standardmodelle auswählen; für Hochtemperaturanwendungen (60 °C ~ 120 °C) hochtemperaturkompensierte Modelle auswählen; für Tieftemperaturanwendungen (-50 °C ~ -30 °C) kältebeständige Modelle auswählen.

• Medium: Für trockene Umgebungen legierten Stahl verwenden; für feuchte / leicht korrosive Umgebungen Edelstahl 304 verwenden; für stark korrosive Umgebungen (Säure-Basen-Lösungen) Edelstahl 316L oder Hastelloy-Materialien verwenden.

• Schutzklasse: Für Innenräume mit trockener Umgebung, ≥ IP66; für Außen-/feuchte Umgebungen, ≥ IP67; für Unterwasser- oder staubintensive Umgebungen, ≥ IP68.

3) Installation und Systemkompatibilität

• Installationsmethode: Bei beengten Platzverhältnissen Endflansch-Schraubverbindungen wählen; bei großen Lastszenarien Flanschverbindungen wählen; bei erheblicher exzentrischer Belastung Modelle mit verbesserter exzentrischer Fehlerquote ≤ ±0,01 %FS bevorzugen.

• Kompatibilität: Sicherstellen, dass das Sensorsignal mit dem Kommunikationsprotokoll des vorhandenen Messgeräts/der SPS übereinstimmt. Werden mehrere Sensoren kombiniert, digitale Modelle wählen, die Adresskodierung unterstützen, um Signalinterferenzen zu vermeiden. 4. Bestätigung zusätzlicher Anforderungen

• Zertifizierungsanforderungen: Für explosionsgeschützte Anwendungen ist die entsprechende Zündschutzart-Zertifizierung erforderlich (z. B. Ex d I für Kohlebergwerke, Ex ia IIC T6 für die chemische Industrie), die Lebensmittelindustrie erfordert FDA/GMP-Zertifizierung, messtechnische Anwendungen benötigen CMC-Zertifizierung.

• Spezialfunktionen: Für dynamische Wägung Modelle mit einer Ansprechzeit ≤ 5 ms wählen; für die Fernüberwachung intelligente Modelle mit LoRa/NB-IoT-Funkmodulen wählen; für Hochtemperaturanwendungen spezielle Modelle mit Temperaturkompensations-Chips wählen.

Zusammenfassung

Die Speichen-Lastzelle zeichnet sich durch „hohe Exzentrizitätsbelastbarkeit, kompakte Bauweise und hohe Stabilität“ als zentrale Vorteile aus und löst vorrangig präzise Wägeprobleme unter mittlerer bis niedriger Belastung, beengten Einbauraumverhältnissen und exzentrischer Belastung. Die Benutzererfahrung steht dabei im Zeichen einfacher Montage, wartungsarmen Betriebs und zuverlässiger Daten. Bei der Modellauswahl ist es erforderlich, zunächst die vier Kernanforderungen Messbereich, Genauigkeit, Einbauraum und Umgebungsbedingungen zu klären und anschließend unter Berücksichtigung der Systemkompatibilität sowie zusätzlicher Funktionen eine Entscheidung zu treffen; im Betrieb ist strikt auf die Einhaltung des axialen Krafteinleitungsprinzips sowie der regelmäßigen Kalibrierungsvorschriften zu achten, um einen langfristig stabilen Betrieb sicherzustellen. Sie eignet sich für industrielle Wägegeräte, Baumaschinen, Prozesssteuerung und andere Bereiche und stellt eine ideale Wäge-Sensoriklösung für mittlere bis niedrige Lasten und besondere Einbausituationen dar.

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