Die Funktionsweise moderner Fahrzeugwaagen

Im Zeitalter von moderner Industrialisierung (Industrie4.0) und Internet der Dinge (IoT) verfügen elektromechanische Waagen und Hybridwaagen über digitale DMS-Wägezellen, ein Wägeterminal mit digitaler Gewichtsanzeige und Bedienerführung, sowie diversen Schnittstellen für Drucker, Schaltkontakten, Feldbus- und Netzwerk-Schnittstellen, Zweitanzeigen und weiteren Zusatzausstattungen, die einen weitgehend automatisierten Wägevorgang ermöglichen.

Das Wägeterminal WTX110 kann mit jeder analogen oder digitalen Wägezelle mit RS485-Schnittstelle als digitale Messkette verlustfrei betrieben werden. Über die TFT-Farbanzeige kann die komplette Waage einfach vor Ort in Betrieb genommen werden. Eine Ethernet-Schnittstelle ermöglicht die Einbindung des Wägeterminals in ein Netzwerk, so kann die Parametrierung und Visualisierung des WTX-Wägeterminals über die HBM-Software PanelX visualisiert und remote gesteuert werden. Für den Betrieb der Waage wird dann eine Wägesoftware benötigt, die den Wägevorgang komplett steuert bis hin zur Rechnungslegung.

Arten der Verwiegung

Bei Fahrzeugwaagen handelt es sich normalerweise um nichtselbsttätige Waagen, d.h. sie sind auf Bedienpersonal angewiesen. Selbsttätige Waagen führen Verwiegungsvorgänge inklusive des Aufbringens und Abnehmens der Last vollkommen autonom durch und spielen so eine Rolle für die Automatisierung in der industriellen Produktion. Dieser Waagentyp benötigt jedoch eine besondere Zulassung und unterliegt der Europäischen Richtlinie 2014/32/EG. Achslastwaagen sind in Deutschland nicht eichfähig und können so nicht für den Warenverkehr eingesetzt werden. Somit kommen sie nur zu Kontrollzwecken zum Einsatz, für die meisten Fahrzeugverwiegungen werden Komplettfahrzeugwaagen eingesetzt, die unterflur (ebenerdig) oder überflur (als Aufstellwaage) installiert werden können.

Die Geschichte von Fahrzeugwaagen

Mit der Industrialisierung und dem damit einhergehenden gesteigerten Warenfluss mit schwereren Transportgütern beginnt die Geschichte von Fahrzeugwaagen. Bis weit ins 18. Jahrhundert hinein, wurden die Waren per Hand auf die Waagen geladen. Aufgrund der manuellen Vorgehensweise durften die verwogenen Güter maximal 500 kg schwer sein, was dem Gewicht der damals üblichen Fässer entsprach.

Seit Mitte des Zwanzigsten Jahrhunderts werden mechanische Waagen immer mehr durch elektronische oder Hybridwaagen verdrängt. Wägezellen auf Basis von Dehnungsmessstreifen (DMS) werden zunehmend bedeutsamer und bilden seit Mitte der 1990er eigentlich immer die technische Basis von Fahrzeugwaagen.

Man unterscheidet zwischen Überflur- und Unterflurwaagen. Überflurwaagen können problemlos versetzt werden und sind leichter für Reinigung oder Wartung zugänglich. Allerdings können sie auch leichter beschädigt werden als ebenerdig eingebaute LKW-Waagen, die auch schräg überfahren werden können und so in der Regel bei langfristigen Anwendungen in Werksgeländen zum Einsatz kommen.  

Fahrzeugwaagen werden in Stahlbeton- und Stahlausführungen angeboten. Um Messfehler zu vermeiden, ist vor Inbetriebnahme der Waage ein Eckenlastabgleich notwendig. Hierbei wird die Waage mit Referenzgewichten an allen Verwiegungspunkten belastet und anschließend konformitätsbewertet (früher erstgeeicht). Zusätzlich werden die Waagen dann auch noch stufenweise bis zur Maximallast belastet. Das minimiert Messfehler der Waage im späteren Betrieb aufgrund von einseitigen Belastungen.

Bedienung von Fahrzeugwaagen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, der Bedienung von Fahrzeugwaagen. Im ersten Schritt wird das zu verwiegende Fahrzeug auf die Waage gefahren. Nun kann der Fahrzeugführer eigenständig den Wägevorgang am Bedienterminal bzw. Schaltschrank auslösen. Um Manipulationen zu vermeiden, gibt es verschiedene Identifikationsmethoden (z.B. über Mobilgerät oder Barcode), die die Wägung einem Auftrag zuordnen. Auch das Fahrzeugkennzeichen wird erfasst und zugeordnet, dazu kommt eine kamera- und/oder sensorgestützte Positionserfassung.

Auch für die Fernbedienung der Waagen z.B. aus einem Bürogebäude, gibt es mittlerweile Lösungen, wie z.B. Großdisplays, die über verschlüsselte Datenkommunikation angesteuert werden.

Messverfahren

Bei modernen Fahrzeugwaagen erfolgt die Gewichtserfassung elektromechanisch mit Hilfe von Wägezellen, wie z.B. RTN oder C16i von HBK. Diese analogen oder digitalen Wägezellen müssen, für den eichpflichtigen Gebrauch, gewisse Rahmenbedingungen erfüllen und nach entsprechenden Richtlinien (WELMEC 2.4) gültig für Europa verbaut werden.

Üblicherweise werden DMS-basierte Wägezellen verwendet. Unter Lasteinwirkung verformt sich die Wägezelle, die wie ein Federkörper wirkt, was bei den installierten Dehnungsmessstreifen auf der Wägezelle eine elektronisch messbare Widerstandsänderung bewirkt. Diese wird an eine Elektronik, wie z.B. ein Wägeterminal weitergeleitet, verarbeitet und als Gewichtsangabe zur Anzeige gebracht.

Mittlerweile werden häufig digitale Wägezellen eingesetzt, bei denen die Umwandlung in ein digitales Signal bereits in der Messzelle stattfindet. Dazu wir eine kleine Messverstärkerplatine in die Wägezelle integriert und wieder hermetisch verschlossen. Der Verstärker wandelt dann gleich in der Wägezelle das analoge DMS-Signal in ein digitales und damit auch wesentlich störungsanfälligeres Signal um. Damit können Störungen durch Einfluss auf die Messkabel ausgeschlossen werden. Auch sind Manipulationen des Sensorsignals damit weitgehend ausgeschlossen.

Messgenauigkeit

Als Handelswaagen müssen Fahrzeugwaagen die Genauigkeitsklasse III erfüllen. Das wurde in der Mess- und Eichverordnung definiert. Die Grundlage hierfür bildet die relative Auflösung, also der Quotient aus Höchstlast (Max) und kleinstem aufgelöstem Gewichtswert, dem Eichwert e (=d).

Tabelle der Genauigkeitsklassen für Waagen

Klasse

Eichwerte

Mindestlast (min)

Anzahl der Eichwerte

 

 

Minimum

Minimum

Maximum

I

0.001g < e

100 e

50000

-

II

0.0001g < e < 0.05g

20 e

100

100000

 

0.1g < e

50 e

5000

100000

III

0.1g < e < 2g  

20 e

100

10000

 

5g < e

20 e

500

10000

IIII

5g < e

10 e

100

1000

 

Die Fehlertoleranzen einer geeichten Waage sind durch die Internationale Organisation für das gesetzliche Messwesen (OIML R76) festgelegt und wurden in die Richtlinie 2014/31/EU übernommen.

Zudem hängt die Messgenauigkeit immer auch von den Umgebungsbedingungen und der ordnungsmäßen Bedienung und Wartung der Waage ab. Mit präzisen und robusten Wägezellen, die mit Überlastschutz und Eckenlastabgleich ausgestattet sind, reduziert sich das Risiko ungenauer Messungen. Bei digitalen Wägezellen kann der Eckenlastabgleich über das Wägeterminal WTX110-D besonders komfortabel über das integrierte Display und die Tastatur eingestellt werden.

Eichung von Fahrzeugwaagen

Im geschäftlichen Verkehr besteht Eichpflicht, was die Genauigkeit des Messergebnisses garantieren und Verbraucher schützen soll. Das betrifft folglich die meisten Fahrzeugwaagen. Nur wenige Branchen unterliegen keinen nationalen eichrechtlichen Verpflichtungen, hier greifen jedoch andere Richtlinien, z.B. das SOLAS-Übereinkommen für Spediteure.

Der Waagenhersteller muss die Waage für eine bevorstehende Eichung durch das Eichamt konformitätsbewerten/ersteichen. Dazu kommt eine seit 2015 bestehende Meldepflicht für neue und erneuerte Messgeräte, die dem Betreiber nach Inbetriebnahme der Waage sechs Wochen Zeit gibt, sie beim Eichamt anzumelden.

Durchgeführte Konformitätsbewertungen verlieren nach 3 Jahren (in Deutschland, in anderen Ländern kürzer) ihre Gültigkeit, und die Waage muss vom zuständigen Eichamt neu geeicht werden, um weiter rechtmäßig im Einsatz zu bleiben.

Mehr als nur Komponenten: wägetechnische Komplettlösungen

Über die lokale Verwiegung am Standort der Waage hinaus sind aktuell auch mobile und automatisierte Lösungen gefragt. Dies kann von der Bedienung und Visualisierung auf modernen Endgeräten wie Tablet und Smartphone bis hin zu Web-basierten Lösungen reichen, die einen Zugriff auf und eine Überwachung von Wägeterminals weltweit zulassen. Dies wird ermöglicht durch die Verschlüsselte Datenübertragung (HTTPS) der Wägeterminals WTX110 und die intern gespeicherten Wiegeprozesse. Dazu wird ein Web-Zertifikat erstellt, das bei der Übertragung beim Empfänger auch vorliegen muss, um den Datenverkehr aufzubauen.

Neben der Darstellung der Verwiegung vor Ort auf dem Display des WTX110 können dann gleichzeitig die Daten über Wägetechnik-App. oder die HBM-Bediensoftware PanelX dargestellt und auch bedient werden.

Wägetechnik 4.0

Die komplette Verwiegung läuft rein digital: von den digitalen Wägezellen über digitale Klemmenkästen zur Verschaltung der Wägezellen, bis hin zum digital arbeitenden Wägeterminal. Von dort aus werden die verschlüsselten Daten an weitere Endgeräte übertragen, über das Firmennetzwerk oder das Internet Das verkürzt die Prozessabläufe, macht sie sicherer und spart bares Geld.

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