Präzise Kraftmessung macht Prozesse sicherer

Industrielle Prozesse funktionieren nur dann einwandfrei, wenn die dabei auftretenden mechanischen Kräfte zuverlässig und genau erfasst werden. Die Anforderungen an die Sensoren sind daher hoch: Sie müssen nicht nur robust sein und eine schnelle Ansprechzeit haben, sondern sich auch präzise an die Anwendung montieren lassen. Nur so ist eine optimale Funktion der Kraftaufnehmer gewährleistet.

Die Kraftsensoren von Megatron erfüllen diese Anforderungen: Zum einen sind sie durch die DMS-Vollbrückentechnik unempfindlich gegenüber einer ungleichmäßigen Verteilung der Krafteinleitung. Zum anderen sind sie dank dieser Technik in der Lage, temperaturbedingte Signaländerungen zu kompensieren. Darüber hinaus ist die Montage der Kraftaufnehmer sehr einfach: Sie erfolgt über Gewindeschrauben, mit denen die Sensoren an jeder stabilen Struktur befestigt werden können.

Hohe Präzision und Zuverlässigkeit

Der Hersteller verwendet für seine Kraftaufnehmer Dehnungsmessstreifen (DMS) in Wheatstonescher Brückenschaltung, da diese eine sehr hohe Genauigkeit sowie eine hohe Langzeitstabilität bietet. Zusätzlich werden bei DMS-Vollbrückenaufnehmern die Dehnungsmessstreifen an mindestens vier berechneten Stellen des Verformungskörpers angebracht. Bei mechanischer Dehnung und Stauchung infolge äußerer Krafteinwirkung erfassen zwei der Elemente die Dehnung, zwei weitere die auftretende Stauchung. Ecklastfehler und temperaturbedingte Signaländerungen werden durch diese Anordnung weitgehend eliminiert.

Darüber hinaus eignen sich DMS-Vollbrücken-Kraftaufnehmer sehr gut für den Einsatz in Anwendungen mit dynamischen Lastwechseln, wie sie in der Industrie häufig vorkommen. Wird der Messkörper gedehnt oder gestaucht, so ändert sich der Widerstand im DMS-Gitter des Dehnungsmessstreifens. Die angelegte Spannung ändert sich und damit auch die Spannung im Ausgangssignal. Auf diese Weise werden mechanische Verformungen in messbare Signale umgewandelt.

Kein externer Signalverstärker nötig

Die Kraftsensoren im Biegebalkendesign der Baureihen KT705 und KT805 von Megatron verfügen neben der DMS-Sensortechnik auch über einen integrierten Analogverstärker und liefern somit die gängigen Ausgangssignale wie –0 bis +10 V, 0 bis +10 V und 4 bis 20 mA. Somit ist kein separater Verstärker nötig: Konstrukteure sparen so nicht nur Bauraum, sondern auch zeitaufwendige Verdrahtungs- und Justagearbeiten zwischen Sensor und Messverstärker. Der beigelegte Test-Report für jeden einzelnen Sensor liefert dem Anwender die notwendigen Messwerte für eine präzise Einstellung und Messung in der Kundenanlage.

Durch den Analogverstärker wird das Ausgangssignal bereits am Sensor verstärkt. So ist es weniger störanfällig als das Signal von Sensoren mit externer Signalaufbereitung.

Kontaktlos messen, sicher automatisieren

Ob Ultraschall, Induktion oder KI: SMW-Autoblok hebt mit intelligenter Sensorik und verschleißfreien Koppelsystemen die automatisierte Werkstückbearbeitung auf ein neues Niveau. Die Entwicklungen des Herstellers ermöglichen eine prozesssichere Kommunikation zwischen Werkstück, Spannsystem und Steuerung – und ebnen den Weg für den Einsatz von Machine Learning in der digitalen Fabrik.

Petra Müller

Neue Elektronik erweitert Einsatzbereich

Die Kraftaufnehmer KT705 und der KT805 gibt es mit einer komplett überarbeiteten Elektronik. Sie liefern nun auch eine negative Ausgangsspannung (–10 bis +10 V) beziehungsweise zeigen an, wenn der Sensor entgegen der vorgesehenen Kraftrichtung betätigt wird. Diese Funktion wurde von Kunden gewünscht, die die hohe Präzision der KT-Kraftsensoren schätzen, diese aber bisher mangels negativer Ausgangsspannung nicht in ihren Anwendungen einsetzen konnten.

„Bisher hatten wir bei diesen Sensoren nur ein Ausgangssignal von 0 bis +10 V beziehungsweise 4 bis 20 mA. Damit kann der Sensor nicht anzeigen, ob eine Kraft entgegen der beabsichtigten Richtung ,Zug‘ oder ,Druck‘ wirkt“, so Kerstin Rintelmann, Produktmanagerin Kraftsensorik bei Megatron. In diesem Fall zeigt der Kraftaufnehmer sehr genau an, welche Zug- oder Druckkraft auf ihn ausgeübt wird. Ob und welche Kraft in die entgegengesetzte Richtung drückt oder zieht, erfährt der Anwender jedoch nicht. Mithilfe des negativen Ausgangssignals können die Kraftsensoren KT705 und KT805 nun je nach Kraftrichtung nicht nur Zug-, sondern auch Druckkräfte anzeigen. „Der Anwender hat somit durch die erweiterte Funktionalität eine größere Kontrolle über seine Prozesse“, erklärt Rintelmann.

Gleichzeitige Messung von Zug- und Druckkräften

Zwar war es auch bisher schon möglich, mit den Kraftsensoren KT705 und KT805 Zug- und Druckkräfte zu erfassen. Allerdings nur über einen Umweg und mit einigen Nachteilen: „Wir haben zum Beispiel für einen Kunden eine Lösung realisiert, bei der man von 0 bis +5 V Zug und von 5 bis +10 V Druck messen konnte“, erinnert sich Kerstin Rintelmann. „Das geht allerdings auf Kosten der Genauigkeit, weil die 10 V dann ja auf den doppelten Kraftbereich ausgedehnt werden.“ Für den Anwender spielte damals die exakte Erfassung der Kräfte keine große Rolle, ein Näherungswert genügte.

In vielen industriellen Prozessen und Anwendungen wird jedoch häufig sowohl eine hohe Auflösung bei der Kraftmessung als auch die Information benötigt, wie groß die in die Gegenrichtung wirkende Kraft ist. Deshalb haben die Sensorspezialisten von Megatron die neue Elektronik mit negativem Ausgangssignal entwickelt. Sie macht jetzt standardmäßig möglich, was bisher nur umständlich mit einigen technischen Kniffen zu realisieren war.

Von der neuen Elektronik in den Kraftsensoren der Baureihen KT705 und KT805 profitieren Anwender in den unterschiedlichsten Branchen. So müssen beispielsweise in der Kabelfertigung die Kräfte beim Verdrillen sowie beim Ablängen und beim Abziehen von Crimpkontakten gemessen werden. In Materialprüfmaschinen hingegen erfassen die Kraftsensoren Zug- und Druckkräfte, die auf den Prüfling wirken. In der Medizintechnik messen die Kraftsensoren ebenso wie in der Förder- und Verpackungstechnik Stellkräfte, und bei Montageprozessen in der Industrie werden Füge-, Biege- und Hebekräfte ermittelt.