Kraftmesstechnik in ihrer ganzen Vielfalt
Kraftmesssensor
Präzise Kräfte messen
Präzise messen, zuverlässig steuern: Kraftmesssensoren sind das Herz moderner Mess- und Automatisierungslösungen. Ob in Industrie, Forschung oder Qualitätssicherung – sie liefern exakte Messergebnisse selbst unter anspruchsvollen Bedingungen. Entdecken Sie leistungsstarke Sensorlösungen, die höchste Genauigkeit, Robustheit und Flexibilität vereinen und Ihre Anwendungen messbar effizienter machen.
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Kräfte messen und Grenzwerte im Blick behalten
Kraftaufnehmer werden häufig auch als Kraftmesssensoren bezeichnet – und das aus gutem Grund. Sie enthalten ein Sensorelement, das einwirkende Kräfte erfasst und in ein elektrisches Signal umwandelt. Da diese Rohsignale meist nur eine sehr geringe Signalstärke besitzen, ist eine nachgelagerte Verstärkung und Filterung erforderlich. Aus diesem Grund integrieren moderne Kraftmesslösungen oftmals bereits Verstärker- und Signalverarbeitungskomponenten, die die Messwerte in ein weiterverarbeitbares Signal überführen. Eine sorgfältige Kalibrierung ist dabei unverzichtbar, um dauerhaft genaue und reproduzierbare Messergebnisse zu gewährleisten.
Typische Messabweichungen bewegen sich dabei in einem Bereich von etwa 0,05 bis 2 Prozent vom Endwert (v.E.). In vielen Anwendungen steht jedoch weniger der exakte Kraftwert im Fokus, sondern vielmehr die Überwachung von Grenzwerten. Entscheidend ist dann, ob eine bestimmte Kraft überschritten oder unterschritten wird. Genau hier zeigt die Kraftsensorik ihre Stärke, da sie eine zuverlässige und kontinuierliche Kontrolle ermöglicht.
Davon abzugrenzen sind Wägezellen, die zwar oft gemeinsam mit Kraftaufnehmern genannt werden, sich jedoch in wesentlichen Punkten unterscheiden. Sie zeichnen sich durch eine höhere Messgenauigkeit aus, liefern ein unverstärktes, genormtes Ausgangssignal und sind auf eine definierte Nennlast ausgelegt, die in einer Gewichtseinheit angegeben wird.
Für jeden Maschinentyp der passende Kraftmesssensor
Die Bauform der Sensoren sowie ihre mechanische Integration in die jeweilige Maschine lassen sich sehr flexibel und anwendungsspezifisch gestalten. Im Gegensatz dazu folgt die elektrische Einbindung in die Maschinensteuerung etablierten Industriestandards. Entsprechend sind die Sensoren in der Regel mit gängigen Ausgangssignalen ausgestattet, etwa 0…10 V oder 4…20 mA, die auf Wunsch auch redundant zur Verfügung stehen. Darüber hinaus stehen digitale Schnittstellen wie CAN-Bus (CANopen) zur Verfügung. Mithilfe geeigneter Schaltschrankmodule können die Sensoren zudem problemlos in übergeordnete Kommunikationssysteme wie ProfiNet, ProfiBus DP, RS-485, Ethernet, Ethernet/IP, DeviceNet oder EtherCAT eingebunden werden.
Unterschiedliche Bauformen von Kraftmesssensoren.
- In Gabellagern kommen häufig Messachsen zum Einsatz, die auch als Lastmessbolzen bezeichnet werden und einen herkömmlichen Bolzen durch eine messfähige Variante ersetzen.
- Zur Überwachung von Zugkräften in Hubseilen eignen sich Seilkraftsensoren die speziell für diese Belastungsart ausgelegt sind.
- Scherkraftaufnehmer, auch Scherstäbe genannt, lassen sich besonders einfach nachrüsten, da sie einseitig mit nur zwei Schrauben montiert werden können.
- Wenn nur wenig Bauraum zur Verfügung steht, sind Messdosen dank ihrer sehr kompakten Konstruktion eine passende Lösung.
- Für Anwendungen mit extrem hohen Kräften werden häufig Ringkraftaufnehmer verwendet.
- In Decken- oder Trägerkonstruktionen, etwa in der Bühnen- und Veranstaltungstechnik, kommen hingegen Lastmessschäkel zum Einsatz, die Lastaufnahme und Kraftmessung in einem Bauteil vereinen.
Kraftmesssensoren
an Hebezeugen
Ein klassischer Anwendungsbereich für Kraftaufnehmer ist die Hebetechnik. Darunter fallen sämtliche Systeme, mit denen Lasten frei angehoben und bewegt werden, etwa Kräne, Hubarbeitsbühnen, Hubbrücken oder Seil- und Kettenzüge. Wird ein Hebesystem überlastet, kann dies Schäden an der Anlage selbst, an der transportierten Last sowie im Extremfall schwere Verletzungen verursachen. Der Einsatz von Kraftmesssensoren trägt wesentlich dazu bei, solche Risiken zu vermeiden oder zumindest deutlich zu minimieren. In Hebezeugen kommen dabei häufig spezielle Sensorbauformen wie Messschäkel, Zugmesslaschen sowie Messachsen – auch bekannt als Lastmessbolzen oder Messbolzen – zum Einsatz.
Kraftmessensoren in Industrie und Produktion
In modernen Industrieanlagen – insbesondere in der Chemie- und Prozessindustrie – sind Kraftmesssensoren aus vielen Fertigungsabläufen nicht mehr wegzudenken. Sie sorgen dafür, dass Produktionsprozesse stabil und reproduzierbar ablaufen und die hergestellten Produkte eine gleichbleibend hohe Qualität aufweisen. Ein typisches Beispiel ist die Fügetechnik, bei der mehrere Bauteile dauerhaft miteinander verbunden werden. Ob beim Nieten, Schweißen, Verschrauben, Einpressen oder Crimpen: In all diesen Verfahren ist eine exakt definierte Kraft erforderlich, um eine belastbare Verbindung und damit ein qualitativ hochwertiges Endprodukt sicherzustellen. Kraftmesssensoren erfassen und regeln dabei die während des Prozesses wirkenden Kräfte präzise.
Auch in chemischen Produktionsprozessen spielen sie eine entscheidende Rolle, etwa beim Verpressen von Geschirrspültabs, Briketts oder Tabletten. Nur wenn der Pressdruck exakt eingehalten wird, erhalten alle Presslinge einer Charge die gleiche Festigkeit und Konsistenz. Die dabei erfassten Messwerte können gespeichert und archiviert werden, was eine lückenlose Prozessdokumentation ermöglicht. Dadurch lassen sich Fertigungsabläufe jederzeit nachvollziehen, überprüfen und zuverlässig reproduzieren.
Vielseitige Einsatzgebiete
Die Einsatzbereiche von Kraftsensoren erweitern sich stetig – insbesondere vor dem Hintergrund einer immer weiter fortschreitenden Automatisierung. In Fahrzeugen ermöglichen sie Steuerungssystemen beispielsweise, die Sitzbelegung zu erfassen oder die wirkenden Kräfte beim Schließen von Fenstern und Türen zu überwachen. In der Robotik helfen Kraftsensoren dabei, Berührungen zu erkennen oder Hindernisse sicher zu detektieren. Auch in der Orthopädietechnik sind sie unverzichtbar geworden, etwa als integraler Bestandteil aktiver Prothesen.
Primosensor begegnet diesen Anforderungen mit innovativem Know-how und entwickelt passgenaue Lösungen – entweder eigenständig oder in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden. Ziel ist es, zuverlässige Kraftmessungen genau dort zu realisieren, wo sie benötigt werden.
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Kraftaufnehmer und Funktionale Sicherheit
Primosafe Kraftaufnehmer
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).
Mehr zum Thema erfahren Sie hier:
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