17. Mai 2023
Kraftmesstechnik in ihrer ganzen Vielfalt
Sie erkennen, ob ein Autositz besetzt oder frei ist, verhindern, dass Kräne zu schwere Lasten tragen, sorgen bei Spülmaschinentabs für eine gleichmäßige Materialdichte oder bei Pressen für den gleichen Druckzyklus auf das zu verformende Bauteil: Kraftaufnehmer. So vielfältig wie ihre Einsatzgebiete sind auch die Typen von Kraftaufnehmern. Das Prinzip, nach dem diese funktionieren, ist jedoch immer ähnlich.
Kraftaufnehmer werden nicht zufällig in weiten Kreisen auch als Kraftsensoren bezeichnet. Denn sie bestehen aus einem Sensor, der Kräfte misst und diese in ein elektrisches Signal umsetzt. Genauigkeit ist dabei meist ein zweitrangiges Kriterium. Die Abweichungen liegen typisch im Bereich von 0,05 bis 2 Prozent. Es geht entsprechend häufig nicht darum, wie groß die Kraft genau ist, die auf den Sensor einwirkt – sondern mehr darum, dass sie einen festgelegten Wert nicht über- oder unterschreitet. Anders ist das bei Wägezellen, die oft in einem Zug mit Kraftaufnehmern genannt werden: So unterscheiden sich Wägezellen von Kraftsensoren in erster Linie durch eine deutlich höhere Genauigkeit, ein unverstärktes standardisiertes Ausgangssignal und die Angabe der Nennlast in einer Gewichtseinheit.
Die Geometrien der Sensoren und deren mechanische Anbindung an die Maschine kann sehr individuell sein. Die elektrische Anbindung an die Maschinensteuerung orientiert sich hingegen an Standards. So sind die Sensoren zumeist mit Ausgangssignalen ausgestattet, die in der Industrie weit verbreitet sind, wie zum Beispiel 0…10 V oder 4…20 mA oder digitale Schnittstellen wie ProfiNet oder CAN-Bus.
Ein typisches Einsatzgebiet von Kraftaufnehmern sind Hebezeuge, also alle Geräte, die Lasten freischwebend heben und bewegen. Dazu zählen Kräne, Hebebühnen, Hubbrücken oder Seilzüge. Eine Überlastung eines Hebewerks kann zu Schäden an der Hubvorrichtung, an den zu bewegenden Lasten und im schlimmsten Fall zu Personenschäden führen. Kraftsensoren verhindern das bzw. reduzieren diese Gefahren deutlich. Typische Kraftsensoren, die bei Hebezeugen zum Einsatz kommen, sind Messschäkel, Zugmesslaschen und Messachsen, auch Lastmessbolzen oder Messbolzen genannt.
Auch aus zahlreichen Fertigungsverfahren sind Kraftaufnehmer heutzutage nicht mehr wegzudenken. Dort stellen sie sicher, dass die gefertigten Produkte über eine gleichbleibend hohe Qualität verfügen und dass die Prozesse konstant ablaufen. Ein Beispiel ist die Fügetechnik, in der es darum geht, zwei oder mehr Bauteile dauerhaft miteinander zu verbinden. Immer dann, wenn Nieten, Schweißnähte, Schrauben, Einpressungen oder Crimpverbindungen Teile zusammenhalten, ist ein vordefinierter Druck nötig, der ein stabile Verbindung und damit ein hochwertiges Endprodukt garantiert. Kraftsensoren überwachen und steuern den Druck, der beim Fertigungsprozess auf die Einzelteile einwirkt. Dies spielt selbstverständlich auch in anderen Fertigungsprozessen wie in der chemischen Industrie beim Verpressen von Geschirrspültabs, Briketts oder Tabletten eine wichtige Rolle, damit am Ende alle Presslinge einer Sorte über die gleiche Konsistenz verfügen.
Die gemessenen Daten lassen sich zur Dokumentation des Prozesses speichern und archivieren. Das ermöglicht, diese leicht zu kontrollieren und zu reproduzieren.
Die Anwendungsmöglichkeiten für Kraftsensoren wachsen permanent – gerade in einer zunehmend automatisierten Welt. Durch sie erkennen Steuerungssysteme in Kraftfahrzeugen zum Beispiel die Belegung der Sitze oder die Schließkräfte von Fenstern und Türen. Robotern dienen Kraftsensoren, um Berührungen oder Hindernisse wahrzunehmen. Und auch aktive Prothesen in der Orthopädie verfügen über integrierte Kraftsensoren.
Primosensor stellt sich diesen Herausforderungen und entwickelt für oder gemeinsam mit Kunden neue, optimierte Lösungen, die eine Kraftmessung ermöglichen, wo immer Bedarf dafür besteht.
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Die funktionale Sicherheit (FuSi) einer Komponente im Maschinen- und Anlagenbau ist eine relevante Produkteigenschaft. Sie erfordert schon bei der Entwicklung und Konstruktion eine umfangreiche Analyse und Dokumentation, die es ermöglicht, für diese Komponente Ausfallwahrscheinlichkeiten festzulegen, um sie gemäß der Sicherheitslevel aus EN 13849 oder EN61508 zu klassifizieren.
Die Ausfallwahrscheinlichkeiten einer Komponente und weitere, daraus abgeleitete Kennzahlen werden auch als Sicherheitskenndaten bezeichnet.
Für unsere Kraftsensoren, die wir alle auch redundant ausführen können, um höhere Sicherheitsniveaus zu erreichen, liefern wir die Sicherheitskenndaten sowohl gemäß der Sicherheitsnorm EN 13849 (= PL) als auch gemäß der EN 61508 (= SIL).
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