Laborwaage

Ein Labor ohne eine Laborwaage ist kaum vorstellbar. Eine Laborwaage ist ein sehr wichtiges Hilfsmittel, um Versuche zu reproduzieren, zu überprüfen und zu verbessern. In einem Labor können sehr unterschiedliche Tests und Versuchsreihen durchgeführt werden. Die Schwerpunkte variieren, je nachdem, ob es in der Pharmazie oder im Sondermaschinenbau der Produktentwicklung oder der Qualitätssicherung zugeordnet ist. Deshalb werden sowohl Schwerlastwaagen als auch Präzisionswaagen und Feinwaagen als Laborwaage genutzt. Der Begriff „Laborwaage“ ist somit nicht auf eine bestimmte Waagenart begrenzt, sondern bezeichnet viel mehr das Umfeld, in dem die Waage arbeitet.
Um die passende Laborwaage zu finden, sollte als erstes geklärt werden, für welche Anwendungen die Waage eingesetzt werden soll. Bereits in dieser Phase wird erkennbar, ob eine einzelne Laborwaage für alle Messungen im Labor genügt oder ob es sinnvoll ist, mehrere Waagen mit unterschiedlicher Funktionalität oder Bauform anzuschaffen. Sind für alle Messaufgaben die Anforderungen an die Laborwaage bestimmt, kann sich der Anwender in den meisten Fällen bereits auf die Bauform der Laborwaage bzw. Laborwaagen festlegen. Von der Tischwaage als Kompakt- oder Plattformwaage, über Bodenwaagen und Hängewaagen bis hin zu einzelnen Wiegezellen mit sepater Anzeigeeinheit gibt es viele Varianten in unterschiedlichen Größen und mit verschiedenen Tragfähigkeiten. Die Tragfähigkeit, also die Maximallast, die Auflösung und die benötigte Genauigkeit stehen bei Waagen einer Bauserie in unmittelbarerem Zusammenhang. Weil die Signale der Wiegezellen für die aufgebrachte Last nur in einem jeweils begrenzten Bereich differenzieren können, ist die Anzahl der Anzeigemöglichkeiten beschränkt. Eine Laborwaage mit 3.000 Teilungen hat bei einer Maximallast von 3 kg eine Auflösung von 1 g und bei einer Maximallast von 60 kg eine Auflösung von 20 g.

In vielen Laboren müssen spezielle Vorschriften berücksichtigt werden. Dies können zum Beispiel Hygienevorschriften, Vorgaben zur Verwendung von Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen, aber auch Vorgaben zur Eichung oder Kalibrierung sein. Die Vorgaben dienen einerseits dem Schutz von Leben und Gesundheit und andererseits der Sicherung der Genauigkeit der Messwerte.

In Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen an die Laborwaage können unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz kommen, die jeweils verschiedene Stärken und Schwächen haben. Die meisten Waagen arbeiten mit Dehnungsmessstreifen (DMS), aber auch andere Messmethoden wie elektromagnetische Kraftkompensationszellen, piezoelektrische Kraftaufnehmer, Schwingseitensensoren sowie mechanische Messprinzipien z.B. von Federwaagen können für die speziellen Anforderungen geeignet sein. Weichen die Einsatzbedingungen Ihrer Laborwaage stark von den üblichen Werten ab, zum Beispiel bei Messungen unter sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen, ist die Auswahl begrenzt. Hier sind gegebenenfalls Sonderlösungen zu entwickeln. Der finanzielle Aufwand richtet sich dabei hauptsächlich nach den messtechnischen Möglichkeiten und der Umsetzbarkeit mit Standard- oder Sonderbauteilen. Falls keine Lösung mit dem vorgesehenen Messprinzip umsetzbar ist, müssen der Versuchsaufbau und die verwendete Messtechnik neu hinterfragt werden.

Auf folgende Kriterien ist bei der Vorauswahl einer Laborwaage besonders zu achten:

Genauigkeit: Oft müssen für bestimmte Versuche sehr kleine Mengen auf der Laborwaage eingewogen werden oder mit der Laborwaage müssen sehr geringe Differenzen sicher quantitativ erfasst werden. In Abhängigkeit von den Auswirkungen falscher Messwerte werden für viele Einsatzbereiche Sicherheitsfaktoren definiert, um Messfehler zu minimieren und die ausreichende Korrektheit der Werte zu gewährleisten.

Mindestlast: Die Mindestlast bezeichnet bei geeichten Waagen das geringste Gewicht, dessen Korrektheit bei der amtlichen Überwachung überprüft wird. Diese Mindestlast ist auch auf dem Typenschild einer geeichten Laborwaage angegeben. Auch wenn die Waage schon ab dem ersten Auflösungsschritt einen Wert im Display anzeigen kann, dürfen nur die Wiegewerte oberhalb der Mindestlast genutzt werden. Nur so ist sichergestellt, dass die deklarierte Messgenauigkeit erreicht wird.

Mindesteinwaage bzw. Minimaleinwaage: Die Mindesteinwaage kann höher sein als die Mindestlast einer geeichten Laborwaage. Für einige Zwecke, zum Beispiel beim Wiegen der Bestandteile für Arzneimittel, werden sehr hohe Genauigkeiten gefordert. Für die Arzneiwirkstoffe soll zum Beispiel die Abweichung nicht mehr als ein Prozent betragen. Das bedeutet, dass zum Abwiegen von 1 g Wirkstoff die benutzte Laborwaage auf 0,01 g genau anzeigen soll. Sind die gewünschten Massen nicht mehr direkt abwiegbar, nach Empfehlungen des DAC/NRF sind das Massen kleiner 0,020 g, kann auf Konzentrate ausgewichen oder eine höhere Menge der Gesamtrezeptur gewählt werden.

Dank der technischen Spezifikationen kann jede Laborwaage auf die Tauglichkeit für den jeweiligen Versuchsaufbau geprüft werden. Sollten Ihre Anforderungen so speziell sein, dass die Angaben in den Spezifikationen nicht genügen oder dass Sie spezielle Anpassungen benötigen, kontaktieren Sie uns. Unsere Techniker stehen Ihnen gern mit fachkompetentem Rat zur Seite.

Bei einigen Anwendungen ist die reine Gewichtsanzeige im Display der Laborwaage völlig ausreichend. Für viele Einsatzzwecke ist aber die Speicherung und Auswertung der Messdaten notwendig. Neben den Speicher- und Übertragungsmöglichkeiten verfügen viele Laborwaagen auch über zusätzliche Funktionen, die dem Benutzer die Arbeit erleichtern. Dazu sind in der Laborwaage spezielle Berechnungsfunktionen hinterlegt, die über das Bedienfeld abgerufen werden können.

Datenspeicherung und Datenübertragung: Die meisten Laborwaagen haben bereits standardmäßig eine Schnittstelle, die eine Datenübertragung zum PC ermöglicht. Diese Schnittstelle kann z.B. als RS-232, USB, LAN oder W-LAN ausgeführt sein. Ist die Schnittstelle der Waage nicht kompatibel zu dem im Labor bereits vorhandenen Datenübertragungssystem, kann bei einigen Modellen optional eine zusätzliche Schnittstelle verbaut werden. Die RS-232 Schnittstelle kann mit zusätzlichem Adapter auch an den USB-Port des PCs angeschlossen werden. In einigen Fällen ist eine direkte Datenübertragung an einen PC am Standort der Laborwaage nicht möglich oder nicht erwünscht. Dann können die Daten auf einem aufgesteckten Datenträger gespeichert und später an einem anderen Arbeitsplatz auf den PC ausgelesen werden. Solche Datenträger gibt es zum Beispiel passend zu den oft verbauten RS-232 und USB Schnittstellen.

Für spezielle Versuche, bei denen die Messdaten als Analogsignal weiterverarbeitet werden sollen, kann die Laborwaage mit einer Analogschnittstelle mit Ausgabesignalen von 4 bis-20 mA bzw. von 0 bis 10 V ausgestattet werden.

Verschiedene Einheiten: Im internationalen Warenverkehr und bei speziellen Anwendungen werden Maßeinheiten verwendet, die von der SI-Einheit Gramm abweichen. Für diese Fälle kann man die Werte entweder umrechnen oder eine Laborwaage nutzen, die eine solche Umrechnungsfunktion bereits integriert hat. Dazu wählt man einfach im Funktionsmenu der Waage aus den unterschiedlichen Einheiten wie z.B. g / lb / mg / grain / ct / .... die benötigte Einheit aus. Einige Laborwaagen bieten zusätzlich die Möglichkeit, einen frei einstellbaren Umrechnungsfaktor einzugeben. Die geräteinterne Umrechnung der Werte in die gewünschte Einheit erleichtert die Arbeit und verhindert Umrechnungs- und Übertragungsfehler.
Auch die Einheit Gramm pro Quadratmeter für Flächengewichtsangaben kann bei den Maßeinheiten gewählt werden. Das Flächengewicht wird oft in Laboren in der Textilbranche benötigt. Das Wiegegut muss dazu mit einem Probenschneider auf die richtige Größe gebracht werden.

Tierwiegefunktion: In Forschungslaboren mit beweglichem Messgut wird gern die Tierwiegefunktion genutzt. Die bei lebenden Tieren und bei anderen lageinstabilen Messgütern durch die Bewegung schwankenden Messwerte werden mit einem bestimmten Algorithmus ausgewertet. Nach kurzer Auswertezeit wird ein stabiler Messwert angezeigt.

Prozentwiegefunktion: Für diese Funktion kann ein Referenzgewicht als 100% Wert in der Laborwaage hinterlegt werden. Alle darauf folgenden Wiegungen werden dann mit dem Referenzgewicht verglichen. Damit können Rezepturen für eine bestimmte Endmenge schnell und sicher aus vielen einzelnen Komponenten gemischt werden.

PEAK Hold Funktion: Mit auf Zug belastbaren Hängewaagen können auch Kraftmessungen im Labor durchgeführt werden. Über die PEAK Hold Funktion hält die Laborwaage den höchsten gemessenen Messwert im Display fest. Bei Zug- und Bruchversuchen wird eine Kraft aufgebaut, die kontinuierlich ansteigt, je nach Material ab einem gewissen Bereich absinkt und sich dann bei Zerstörung der Probe schlagartig abbaut. Die höchste Kraft bleibt aber als zusätzlicher Anzeigewert im Display. Für solche Versuchen sollte unbedingt die Abtastrate berücksichtigt werden. Eine Laborwaage ist meist für genaue Messergebnisse ausgelegt und nicht für die Erzielung hoher Abtastraten, also zeitlich eng aufeinanderfolgende Messungen. Für solche Materialtests sollte zur besseren Auswertbarkeit des Kraftverlaufs der Einsatz eines Kraftmessgerätes bevorzugt werden. Eine Laborwaage hat eine Abtastrate von etwa 10 Hz, wogegen ein Kraftmessgeräte Abtastraten von bis zu 10.000 Hz erreichen kann.

Statistik Funktion: Eine Laborwaage mit Statistikfunktion ist in der Lage, die Messwerte der einzelnen Wiegungen zu sammeln und für den Nutzer auszuwerten. Informationen wie das geringste bzw. höchste ermittelte Gewicht, das durchschnittliche Gewicht und die Standardabweichung kann der Anwender sofort auf der Laborwaage einsehen und die Daten als Ausdruck protokollieren oder an einen PC übergeben.

Zeit / Datum Funktion: Um die Messdaten bereits in der Laborwaage mit Datum und Uhrzeit zu verknüpfen, ist in vielen Waagen ein Datum und Zeit Modul eingebaut. So ist auch bei zeitverzögerter Übertragung der Messdaten jedem Wert das Datum und die Uhrzeit der Messung zugeordnet.

Automatische Nullpunktnachführung: Eine häufige auftretendes Problem, sind Waagen, die bei kleinen bzw. langsamen Gewichtsveränderungen keinen Gewichtsunterschied im Display anzeigen. Das Problem beruht oft darauf, dass die Waagen die Werte erfassen, auswerten und erst dann dem Nutzer im Display anzeigen. Kleine bzw. langsame Gewichtsveränderungen können von der Laborwaage in der Auswertung als mögliche Störsignale eingestuft werden, weshalb sie nicht als Gewicht angezeigt werden. Dann kann der Nutzer diese Gewichtsveränderung nicht mitverfolgen. Durch eine Laborwaage mit einer höheren Auflösung kann dieses Problem oft gelöst werden. Eine andere Möglichkeit ist eine Laborwaage mit einer Nullnachführung, die deaktiviert werden kann. Außerdem gibt es einige Waagen, bei denen mit einstellbaren Filtern die Auswertung der Messergebnisse beeinflusst werden kann.

Für viele Fertigungsprozesse ist es vorteilhaft, wenn notwendige Prüfungen von Rohstoff- bzw. Produktmengen standardisiert und automatisiert werden können. Eine Laborwaage mit Schnittstelle zur Datenübertragung kann auch für automatisierte Messreihen in der Produktfertigung eingesetzt werden. Die Messdaten werden mit Datum und Uhrzeit übertragen, sobald das Wiegeergebnis stabil ist und können gespeichert und ausgewertet und jederzeit der jeweiligen Charge zugeordnet werden.