Vor- und Nachteile von indirekten Kraftmessungen
Dehnungssensoren werden im Kraftnebenfluss installiert und nehmen die Dehnung mittelbar über die Konstruktion aus
Für die Messungen von kleinsten Dehnungen eignen sich Dehnungssensoren besonders gut. Die Sensoren nehmen Dehnungen im Kraftnebenschluss von starren Konstruktionen auf. Sie bestehen aus einem Stahlträger mit einer dünnen Membrane, auf welchen Dehnmessstreifen aufgeklebt sind. Werden die Dehnungsaufnehmer kraftschlüssig mit dem Rahmen oder einer tragenden Konstruktion verschraubt, übertragen sich die Dehnungen auf den Dehnungsaufnehmer. Über die aufgeklebten Dehnmessstreifen, welche in einer Brückenschaltung installiert sind, können die Dehnungen mit einer hohen Linearität in ein elektrisches 0-10 V, oder 4-20 mA Signal umgewandelt werden.
Kleinste Dehnungen können so direkt in die Prozesskraft umskaliert werden.
Wo werden Dehnungsaufnehmer angewendet ?
Dehnungsaufnehmer eignen sich nicht nur für die eigentliche Ermittlung von mechanischen Belastungen, vielmehr sind sie in der Lage über das Messen von Spannungen und Verformungen in Maschinenbauteilen und Bauwerken die auftretenden Kräfte und Gewichte zu bestimmen.
Über die gemessenen Dehnungen lassen sich somit Kräfte und Lasten zuverlässig messen. Im Vergleich zur direkten Last- und Kraftmessung eignen sich Dehnungsaufnehmer ideal wenn eine direkte Kraftmessung über Kraftsensoren aus baulichen Gründen nicht möglich ist oder wenn eine bestehende Anlage nachgerüstet werden soll.
Für folgende Anwendungen eignen sich Dehnungssensoren besonders :
Wie sind Dehnungsaufnehmer aufgebaut ?
Dehnungsaufnehmer bestehen aus einem Stahlkörper, welche die Dehnung zwischen den Aufschraubflächen konzentrieren. An dieser Messstelle werden resistive Dehnmessstreifen verklebt, welche die Dehnungen über eine Brückenschaltung in ein elektrisches Signal umwandeln. Je nach Ausführung wird das Signal mittels einem integrierten Brückenverstärker als Spannungs- oder Stromausgangssignal verstärkt um als gängiges Industrie-Einheitssignal von mV/V, 0-10 V oder 4-20 mA auf ein Anzeigegerät oder eine Steuerung übergeben zu werden.
Aufgrund dem robusten Stahlgehäuse und der vergossenen Elektronik sind die Dehnungsaufnehmer auch in rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig einsetzbar.
Wie werden Dehnungsaufnehmer eingesetzt ?
Dehnungsaufnehmer werden im Maschinenbau in der Regel im Kraftnebenfluss montiert. Am Beispiel einer Presse bedeutet dies, dass die Kraft nicht im direkten Kraftfluss der Presse selbst, sondern über die winzigen Strukturverformungen am Rahmen der Presse bestimmt wird. Aufgrund der indirekten Kraftmessung muss somit immer eine Kalibrierung der Kraft in der Anwendung erfolgen. Dies bedeutet, dass sowohl der Anfangs- als auch der Endpunkt dem Dehnungsaufnehmer eingelernt werden muss, damit die Messwerte in die entsprechende Einheit umgerechnet werden können.
Im Vergleich zur direkten Kraftmessung im Kraftfluss wird der platzsparende Aufbau ausserhalb des Arbeitsraumes am Rahmen der Presse ersichtlich.
Die folgende Abbildung veranschaulicht die Installation eines Dehnungsaufnehmers zur Messung der Kräfte an einer Presse:
Wie werden Dehnungaufnehmer montiert ?
Dehnungsaufnehmer werden für einen dauerhaften Betrieb fest auf der Messstelle verschraubt.
Dadurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Dehnungsaufnehmer und dem zu messenden Maschinenbauteil. Mittels dieser kraftschlüssigen Verbindung wird die Dehnung welche das Maschinenbauteil erfährt direkt auf den Dehnungssensor übertragen und kann so zuverlässig gemessen werden.
Im Grunde genommen arbeitet ein Dehnungsaufnehmer wie Dehnmessstreifen, welche auf das zu messende Bauteil appliziert werden. Im Vergleich zu verklebten Dehnmessstreifen sind Dehnungsaufnehmer aufgrund Ihrer Bauweise jedoch deutlich robuster und mit Ihrem standardisiertem Spannungs- oder Stromausgangssignal einfach an bestehende Steuerungen anschliessbar. Durch die einfache Verschraubung entfällt für den Anwender zudem das mühsame und fehlerbehaftete Applizieren der Dehnmessstreifen.
Für die Montage sind lediglich die Bohrungen für das Verschrauben der Dehnungsaufnehmer vorzubereiten. Hierbei stehen Varianten mit vier M6-Schrauben und zwei M8-Schrauben zur Verfügung welche passend zu den Platzverhältnissen gewählt werden können.
Welche Auswahlkriterien sind entscheidend ?
Die wichtigsten Eigenschaften sind :
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