Verwendung von Wägezellen zum Wiegen von Lkw, Zügen und Flugzeugen

In der Luftfahrtindustrie ist Gewicht Geld. Jedes zusätzliche Pfund erfordert mehr Treibstoff zum Abheben. Um sicherzustellen, dass genügend Treibstoff in den Tanks ist, muss man also wissen, wie viel das Flugzeug wiegt. Die Gewichtsverteilung ist ein weiterer Faktor. Zu viel Gewicht im Heck führt dazu, dass das Flugzeug mit der Nase nach oben fliegt, wodurch sich der Anstellwinkel verändert und mehr Treibstoff verbraucht wird.

Etwas so Großes wie ein Flugzeug – selbst eine Boeing 747 – zu wiegen, ist nicht besonders schwierig. Dazu werden Wägezellen verwendet. Dieses Whitepaper von OMEGA Engineering erklärt, wie Wägezellen zum Wiegen sehr großer Objekte eingesetzt werden.

Wägezellen zum Wiegen von Flugzeugen

Die Bedeutung des Gewichts im Transportwesen

Flugzeuge, von zweisitzigen Zivilflugzeugen bis hin zu den größten Passagier- und Frachtflugzeugen, werden aus zwei Gründen regelmäßig gewogen. Erstens schreibt die FAA vor, dass der Betreiber das Gewicht des Flugzeugs kennen muss, und da sich das Gewicht im Laufe der Zeit ändern kann, ist eine regelmäßige Neuwägung vorgeschrieben. Und zweitens möchte ein Pilot möglicherweise das Gewicht der Fracht oder der Passagiere und des Gepäcks an Bord wissen, um sowohl den Treibstoffbedarf als auch die Gewichtsverteilung zu bestimmen (in kleinen Turboprop-Flugzeugen ist es nicht ungewöhnlich, dass Passagiere umgesetzt werden, um die Gewichtsverteilung auszugleichen).

Das Wiegen von Lkw ist eine weitere wichtige Anwendung von Wägezellen. Schwere Fahrzeuge verursachen erhebliche Schäden an Straßen und insbesondere Brücken, weshalb die Bundesstaaten Einschränkungen für die zulässige Ladung festgelegt haben. Die Durchsetzung dieser Einschränkungen erfolgt an Straßenwaagen, an denen alle Lkw zum Wiegen anhalten müssen.

Auch Züge müssen gewogen werden. Wie bei Straßen beschleunigt eine übermäßige Belastung den Verschleiß der Gleise, und wie bei Flugzeugen kann eine ungleichmäßige Gewichtsverteilung zu Stabilitätsproblemen führen. Der Preis für den Transport von Gütern auf der Schiene richtet sich manchmal nach dem Gewicht, weshalb es unerlässlich ist, die Ladung in jedem Eisenbahnwaggon oder Güterwagen zu kennen.

Wägezellen-Wägetechnik

Wägetechnik

Jahrhundertelang wurden zum Wiegen vor allem Waagen verwendet, die entweder mit einer Feder oder einer Waage arbeiteten, die eine Last mit einer anderen verglich. In den letzten Jahrzehnten wurden diese Methoden jedoch in den meisten industriellen und kommerziellen Anwendungen durch Wägezellen ersetzt, wenn schwere Gewichte gemessen werden müssen.

Grundlagen der Wägezellen

Eine Wägezelle ist ein Gerät, das eine Kraft (Masse multipliziert mit der Schwerkraft) in ein elektrisches Signal umwandelt. Dies geschieht in der Regel entweder durch den piezoelektrischen Effekt oder mit Dehnungsmessstreifen. Piezomaterialien sind Materialien, die bei Kompression ein kleines elektrisches Ausgangssignal abgeben. Am bekanntesten sind Piezokristalle, aber es gibt auch andere ähnliche Materialien, die dasselbe tun, wie beispielsweise Piezokeramiken.

Ein Dehnungsmessstreifen ist ein elektrisches Gerät, das aus einem Material hergestellt ist, dessen Widerstand sich mit der Dehnung ändert, was sich in der Regel als Verformung äußert. Diese werden in Wägezellen verwendet, die so konstruiert sind, dass sie sich unter Belastung verbiegen. Die meisten Wägezellen sind mit einer Balkenkonfiguration ausgestattet, die sich unter Belastung verbiegt, obwohl einige die Ausdehnung im Querschnitt nutzen, die durch Längs- oder Axialkompression entsteht. Diese liefern im Allgemeinen eine weniger lineare Linearität als die Biegekonfigurationen, sodass eine Kalibrierung in Betracht gezogen werden muss.

Wheatstone-Brücke Eine typische Biegeanordnung ist die S-Träger-Wägezelle. Im Profil sieht sie wie der Buchstabe „S” aus und verfügt über vier Dehnungsmessstreifen, die an den horizontalen Abschnitten befestigt sind. Wenn eine Last vertikal nach unten auf die Oberseite des „S” wirkt, werden durch die Biegung zwei der Messstreifen auf Druck und die anderen beiden auf Zug beansprucht. Durch die Verbindung dieser Dehnungsmessstreifen in einer Wheatstone-Brückenanordnung können die kleinen Widerstandsänderungen ein messbares elektrisches Signal erzeugen.

Damit eine Dehnungsmessstreifen-Wägezelle brauchbare Messwerte liefert, muss die Last in Betriebsrichtung aufgebracht werden. Seitliche Belastungen führen zu ungenauen Messwerten und können das Gerät beschädigen. Piezo-Sensorsysteme sind in dieser Hinsicht robuster, aber insgesamt weniger genau. Darüber hinaus ist die Leistung vieler Piezo-Materialien stark temperaturabhängig.

Auswahl der Wägezelle

Bei der Bewertung von Wägezellen für eine Anwendung sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Messbereich
• Sichere Belastungsgrenze (die maximale Belastung, die ohne dauerhafte Verschiebung der Messwerte aufgebracht werden kann)
• Ultimative Überlast (die Last, die die Wägezelle zerstören würde)
• Sichere Seitenlast (die maximale seitliche Last, die die Wägezelle aufnehmen kann, ohne dass es zu einer dauerhaften Verschiebung der Messwerte kommt)

Weitere potenzielle Probleme, auf die zu achten ist, sind: die Möglichkeit von Stoßbelastungen, außermittige Belastungen und die Notwendigkeit von Umweltschutzmaßnahmen. Ein Beispiel für eine Stoßbelastung wäre, wenn eine Last auf die Wägezelle fällt. Stoßdämpfende Materialien können die Auswirkungen solcher Belastungen verringern. Außermittige Belastungen führen zu irreführenden Ergebnissen und können die Wägezelle beschädigen. Wägezellen, die für den Einsatz in der Umgebung vorgesehen sind, sollten so spezifiziert sein, dass sie den entsprechenden IP- und NEMA-Normen entsprechen.

Lkw-Wiegesysteme

Die meisten Wiegestationen verwenden entweder piezobasierte oder Dehnungsmessstreifen-Wägezellen. Diese sind in die Straßenoberfläche eingebettet und messen die von jeder Achse erzeugte Last. Eine neuere Innovation ist die sogenannte Weigh-in-Motion-Technologie (WIM), mit der Lkw ohne Anhalten genau gewogen werden können. Diese Systeme verwenden eine Kombination aus Wägezellen und Induktionsschleifen, die die Anwesenheit von Fahrzeugen erkennen. Sie sind schnell und genau und vor allem müssen die Lkw nicht mehr zum Wiegen anhalten. Dadurch werden die Probleme mit Staus zu Stoßzeiten vermieden, die oft zu einer vorübergehenden Schließung der Wiegestation führen.

Die Anforderungen an WIM-Systeme für den Einsatz auf Autobahnen sind in ASTM E1318-02 definiert.

Zugwiegesysteme

Flache Druckkraftmesszelle

Wie bei Lkw sind auch hier Systeme für statische und WIM-Messungen verfügbar. Diese können einzelne Achslasten, Drehgestelllasten und sogar das Gewicht eines gesamten Waggons oder einer Lokomotive bestimmen. In diesen Systemen kommen Kraftmesszellen zum Einsatz, die eine Genauigkeit von ±1 % oder besser aufweisen.

Flugzeugwiegesysteme

Flugzeuge werden mit Plattformwaagen gewogen, die mit Wägezellen ausgestattet sind. In der Regel wird das Flugzeug nach vorne gezogen, sodass sich alle Räder auf den Plattformen befinden. Das Gewicht ergibt sich dann aus der Summe der Messwerte jeder Plattform. Die Abstände und Unterschiede zwischen den Plattformmesswerten werden zur Berechnung der Gewichtsverteilung verwendet.

Präzise und robust

Lkw, Flugzeuge und Züge müssen regelmäßig gewogen werden. Dies geschieht mit Hilfe von Wägezellen. Eine Wägezelle verwendet entweder Dehnungsmessstreifen, bei denen eine messbare Widerstandsänderung auftritt, wenn das Material verformt wird, oder piezoelektrische Materialien, die unter Druck elektrische Ladung erzeugen. Diese Signale werden verstärkt und können Messwerte mit einer Genauigkeit von ±1 % liefern.

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DwyerOmega | Blog | Was ist ein Manometer? Verfasst von: Dan Schultz
Aktualisiert am: 30. Oktober 2025

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Updated on: March 30, 2026