Was misst die Waage?
Wenn man sich auf einer Personenwaage wiegt, wird das Ergebnis in den meisten Fällen mit der Einheit Kilogramm angegeben. Kilogramm [kg] ist die Einheit der Masse. Die Personenwaage misst aber nicht die Masse, sondern die Gewichtskraft, welche mit der Einheit Newton [N] angegeben wird. Die Waagen sind deshalb so eingestellt, dass die ermittelte Gewichtskraft der angezeigten Masse entspricht. Auf einem anderen Planeten, oder zum Beispiel auf dem Mond, würde die Angabe der Waage somit fehlerhaft sein, da dort eine geringere Kraft auf den zu wiegenden Körper wirken würde. Die Masse mit der Einheit Kilogramm, wie es die meisten Waagen angeben, ist aber überall gleich.
Im Wesentlichen kann zwischen zwei grundlegenden Wirkprinzipien von Personenwaagen unterschieden werden. Der elektrischen und der mechanischen Waage. Bei der mechanischen Waage kann wiederum zwischen den Federwaagen und Waagen mit Vergleichsgewichten unterschieden werden. Die Waage, die hier vorgestellt wird, ist eine Federwaage. Das Herzstück dieser Waage ist eine Schraubenzugfeder. Dabei wird diese Feder durch das zu messende Objekt belastet. Da sich die Feder nun linear verlängert, kann anhand dieser Ausdehnung die Gewichtskraft ermittelt werden. Damit die Kraft, die auf die Feder wirkt nicht zu groß ist und auch die Kompaktheit der Waage beibehalten werden kann, wirkt die Kraft nicht direkt auf die Feder, sondern auf vier Hebel, wodurch auf die Feder nur ein Bruchteil der Kraft wirkt.
Durch die vertikale Ausdehnung/Bewegung der Feder bei Belastung durch ein Messobjekt wird eine Zahnstange in horizontale Richtung bewegt. Die Koppelung und somit das Bewegungsverhältnis von Zahnstange und Feder ist immer konstant und linear. Dies bedeutet, dass sich die Zahnstange bei beispielsweise 50 kg, um einen Zentimeter horizontal bewegt und bei 100 kg dann um zwei Zentimeter.
Die Zahnstange treibt bei ihrer Bewegung ein Zahnrad an, welches auf einem Zylinder befestigt ist. Dadurch dreht sich der Zylinder um die eigene Achse, wenn die Zahnstange sich bewegt. Auf dem Zylinder ist die Skalascheibe befestigt, die sich somit abhängig von der Bewegung der Zahnstange dreht. Dadurch bewegt sich die Skalascheibe abhängig von dem Gewicht, das auf die Waage wirkt und zeigt das entsprechende Gewicht an.
Wenn man eine mechanische Personenwaage demontiert oder diese Modularbeit auf seine Funktionsweise betrachtet, wird das Wirkprinzip schnell erkennbar. Die Entwicklung und Fertigung stellt aber im Gegensatz dazu, eine große Herausforderung dar, da die Mechanik sehr empfindlich ist und schon durch kleinste Dinge beeinflusst wird. Des Weiteren ist die Waage großen Kräften ausgesetzt, besteht aber aus vielen kleinen Teilen. Diese Teile sollen die Belastung möglichst lange ohne Verformung aushalten, da sonst das Messergebnis fehlerhaft werden würde.
Dies war ein zentraler Zielkonflikt bei der Herstellung der Waage. Die Teile und somit die Waage sollten möglichst kompakt, platzsparend und nicht zu schwer sein, aber trotzdem noch sehr hohe Stabilität aufweisen. Auf Grund dessen war die Wahl der verwendeten Materialien von hoher Relevanz.