Kraftaufnehmer
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Mit einem Kraftaufnehmer (auch Kraftsensor genannt) wird eine Kraft gemessen, welche auf den Sensor wirkt. Mit den Aufnehmern können Druck- und Zugkräfte gemessen werden.
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[Bearbeiten] Funktionsweise
Aufgrund der Krafteinwirkung wird der Federkörper des Aufnehmers elastisch verformt. Die Kraftaufnahme muss in der vorgeschriebenen Richtung erfolgen. Die Verformung des Federkörpers Metall wird über Dehnungsmessstreifen in elektrische Spannung umgewandelt. Über einen Messverstärker wird die el. Spannung und damit die Dehnungsänderung registriert. Die Dehnungsänderung kann aufgrund der elastischen Eigenschaften des Metalls in einen Kraftmesswert umgerechnet werden, in dem der Aufnehmer kalibriert wird.
In sicherheitsrelevanten Bereichen wird die Kalibrierung durch die MPA, den TÜV oder andere zertifizierte Institute und Kalibrierdienste überwacht und durchgeführt.
[Bearbeiten] Messbereich
Kraftaufnehmer gibt es in Messbereichen von 0,5 N bis zu mehren tausend KN.
Je kleiner die Nennlast, desto empfindlicher und genauer ist die Messung. So können Aufnehmer mit einer Nennlast von kleiner 1 N mit der Hand dekalibriert bzw. zerstört werden. Die Dehnungsmessstreifen lösen sich dabei vom Metall oder das Metall wird über den elastischen Bereich belastet. Eine Proportionalität zwischen Kraft und Dehnung existiert dann nicht mehr.
[Bearbeiten] Bauarten
Die Kraftaufnehmer unterscheiden sich durch die Bauart:
- Balken
- Beim Balken sind die Dehnungsmessstreifen an einem „Balken“ (Hebel) befestigt. Der Hebel ist auf einer Seite befestigt und auf der entgegengesetzten Seite erfolgt die Krafteinleitung. Der Hebel wird „verbogen“ und dadurch ändert sich der Dehnungswert der Dehnungsmessstreifen. Diese Bauart wird meist für hochgenaue Messungen verwendet. Sie kann sowohl auf Druck als auch auf Zug beansprucht werden.
- S-Förmige Federkörper
- Der S-förmigen Federkörper ist nach seinem Aufbau benannt. Das Metallstück ist geformt wie ein S (Symmetrischer Aufbau). Die Kraft wird zentrisch eingeleitet. Alle Messdosen dieser Art zeichnen sich durch ihre kompakte Bauweise, hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit aus und sie sind vor allem unempfindlich gegen Seitenkräfte.
- Druckkraftaufnehmer
- Beim Druckkraftaufnehmer werden die Kräfte immer zentrisch in die Messdose eingeleitet. Diese Sensoren sind metallisch ummantelt und daher unempfindlich gegen äußere Einwirkungen. Der Metallkörper wird gestaucht und somit auch die Dehnungsmessstreifen. Solche Sensoren eignen sich vor allem für hohe Kräfte.
- Piezo
- Ein Piezo ist ein Kristall, auf dessen Oberflächen bei Krafteinwirkung eine Spannung entsteht, die proportional zur Kraft ist. Diese (sehr kleine) Spannung kann gemessen werden. Auf einen Piezo darf nur eine Normalkraft wirken, Scherkräfte und Momente führen schnell zur Zerstörung.
[Bearbeiten] Einsatzgebiete
Kraftaufnehmer werden u. a. in Waagen, Einpressvorrichtungen, in Kranen und Baggern zur Überwachung der Traglast, aber auch in der Prüftechnik z. B. in Universalprüfmaschinen zur Messung der Zugkraft oder Druckkraft verwendet.
