Auswahlkriterien für Kraftsensoren

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1 Auswahlkriterien für Kraftsensoren GmbH 2016, Technical modifications to reserve

2 Anwendungsgebiete GmbH 2016, Technical modifications to reserve

3 Kraftrichtung Definition Druckkraft Zugkraft Zug - Druckkraft Duckkraftaufnehmer Zugkraftaufnehmer Zug - Druckkraftaufnehmer Druck - Zugkraftaufnehmer Druckkraft = positives Ausgangssignal Zugkraft = positives Ausgangssignal Zugkraft = positives Ausgangssignal Druckkraft = positives Ausgangssignal GmbH 2016, Technical modifications to reserve

4 Krafteinleitung Kraftrichtung = Messrichtung des Sensors (geometrische Achse) Fläche - Fläche Falsch!!! Wirkende Kraft Messachse des Kraftaufnehmers Flächen immer plan (möglichst geschliffen) Flächen immer parallel zueinander Fläche - ballig Die ballige Einleitung dient zum Ausgleich von kleinen Abweichungen der Einleitungsebenen zueinander Fehler: 1 cos(α) z.b. a = 1,8 Fehler 0,05% 2 α Flächen immer Plan (möglichst geschliffen) Aufnehmer muss auf der gesamten Fläche aufliegen GmbH 2016, Technical modifications to reserve

5 Gelenk-Ösen Krafteinleitung Ausgleich von Achsversatz Krafteinleitung in Achsrichtung Nicht für Druckkräfte geeignet Wirkende Kraft Fest eingebaut Wirkende Kraft Einleitung muss querkraftfrei erfolgen Einleitungsflächen zueinander parallel Zu berücksichtigen sind Temperaturdehnung, GmbH 2016, Technical modifications to reserve

6 Messbereich 1 Beispiel Masse fällt auf Platte Überlast Kraftspitzen (Beschleunigung, Verzögerung) m Bewegungsenergie E v = ½ m v² v Darstellung kurz vor dem Aufprall Abbremsenergie E B = F s F s Darstellung für Maximum der Abbremskraft Gewichtskraft Darstellung im Ruhezustand Beispiel v = 1 m/s = 3,6 km/h; m = 1 kg E v = 0,5 kg m²/s² Abbremsung s = 0,1 mm E B = F s = E v F = E v / s = 0,5 kg m²/s²/0,0001m = 5000 kg m/s² = 5000 N Messweg für Kraftsensoren Scherkraft; Stauchzylinder Membrane Doppelbiegebalken 0,01mm 0,1mm 1mm Typische Werte für den Messweg GmbH 2016, Technical modifications to reserve

7 Messbereich 2 Überlastschutz Messweg bei Nennkraft 1,1 = Weg für Anschlag Einleitungsfläche Kraft Für einen einfachen Überlastschutz kann ein auf das entsprechende Maß geschliffener Anschlag hergestellt werden. Alle Teile sollten geschliffen und gehärtet sein Kraftsensor Weg für Anschlag Anschläge Weg für Anschlag Anschlag Sensor Überlastschutz für Biegebalken (großer Messweg) Weg für Anschlag Anschlag Sensor Mittels Feder wird der Weg für den Anschlag vergrößert Feder Feder vorgespannt auf Nennkraft Anschlagschrauben Frei beweglich Anschlag Zusammenfassung: Auflagefläche und Krafteinleitungsfläche: gehärtet HRC 50, geschliffen, geläppt und Rauhigkeit Rz 4 Möglichst Überlastschutz vorsehen GmbH 2016, Technical modifications to reserve

8 Platzbedarf Montage Bei kleinen Messbereichen darf auf den Aufnehmer keine zu großen Kräfte wirken Überlastschutz Der Platzbedarf für einen Überlastschutz Kabel Bei der Konstruktion den Platzbedarf für das Anschlusskabel berücksichtigen Es darf nicht starr herausgeführt werden Kalibrierung Aufnehmer sollte leicht montierbar und demontierbar sein, damit er entsprechend der Prüfmittelüberwachung kalibriert werden kann Platzbedarf in Messrichtung Platzbedarf senkrecht zur Messrichtung Stauchzylinder Scherkraft Biegebalken Membrane Membrane Biegebalken Scherkraft Stauchzylinder GmbH 2016, Technical modifications to reserve

9 Steifigkeit Wirkung einer Kraft auf einen Rundstab F l l - l d Wirkung einer Kraft auf einen Kraftsensor Membrane Scherkraft; Stauchzylinder d + d Doppelbiegebalken 0,01mm 0,1mm 1mm Typische Werte für den Messweg Federkonstante c eines Sensors c = F l Berechnungsformel m c f = 1 2π 1000 c m f = Eigenresonanz c = Federkonstante in N/mm m = Masse in kg Je höher die Steifigkeit um so größer die Eigenresonanz GmbH 2016, Technical modifications to reserve

10 Eigenresonanz bei m = 1kg Dynamik F Scherkraft Stauchzylinder F m m c d c d m = 1 kg c = 4,3x10 5 N/mm f = 3280 Hz m = 1 kg c =1,25 x10 5 N/mm f = 1768Hz GmbH 2016, Technical modifications to reserve

11 Eigenresonanz bei m = 1kg Dynamik Membrane Biegebalken m c m c d d m = 1 kg c = 1x10 4 N/mm f = 500 Hz m = 1 kg c = 2,2x10³N/mm f = 235 Hz GmbH 2016, Technical modifications to reserve

12 Temperatur Umwelt Strahlungswärme Höhere Temperaturen als erwartet (Abschirmung) Temperaturgradient Fehler in der Temperaturkompensation Hohe Temperaturen Al bis 80 C Stahl bis 150 C Tiefe Temperaturen Al bis 20 C Stahl bis 40 C Feuchtigkeit Kraftsensoren sind aus Edelstahl hergestellt Normale Luftfeuchtigkeit bis 90% rel. Luftfeuchte keinen Einfluss auf den Werkstoff Langfristige Kennwertänderungen können bei höheren Luftfeuchtigkeiten auftreten Die Aufnehmer sind nicht Seewasserfest Gase Aggressive Gase können Kabel, Werkstoff und DMS-Brücke schädigen Radioaktivität Einfluss auf Werkstoff und DMS ist von uns nicht getestet Vakuum Grobvakuum von 10 3 bis 1 mbar, z. B. für die Vakuumverpackung Feinvakuum von 1 bis 10-3 mbar, z. B. zur dekorativen Beschichtung für Kraftsensoren in der Regel keine Probleme Probleme durch Ausgasen der Werkstoffe des Kraftsensors ist im Einzelfall abzuklären Hochvakuum von 10-3 bis 10-7 mbar, z. B. für Geräte zur Dopingkontrolle und Umweltanalyse Ultrahochvakuum von 10-7 bis mbar, z. B. für die Weltraumsimulation oder wissenschaftliche Forschung GmbH 2016, Technical modifications to reserve

13 Umwelt IP Schutzarten EN Schutzgrade für Berührungs- und Fremdkörperschutz (1. Ziffer) Ziffer (k) 6(k) Schutz gegen Berührung kein Schutz Schutz gegen großflächige Körperteile, Durchmesser 50 mm Fingerschutz (Durchmesser 12 mm) Werkzeuge und Drähte (Durchmesser ab 2,5 mm) Werkzeuge und Drähte (Durchmesser ab 1 mm) vollständiger Berührungsschutz vollständiger Berührungsschutz Schutz gegen Fremdkörper kein Schutz große Fremdkörper (Durchmesser ab 50 mm) mittelgroße Fremdkörper (Durchmesser ab 12,5 mm, Länge bis 80 mm) kleine Fremdkörper (Durchmesser ab 2,5 mm) kornförmige Fremdkörper (Durchmesser ab 1 mm) Staubablagerung Staubeintritt Schutzgrade Wasserschutz (2. Ziffer) Ziffer k 5 6 6k 7 8 9k Schutz gegen Wasser kein Schutz Schutz gegen senkrecht fallendes Tropfwasser Schutz gegen schräg (bis 15 ) fallendes Tropfwasser Schutz gegen Sprühwasser bis 60 gegen die Senkrechte Schutz gegen allseitiges Spritzwasser Schutz gegen allseitiges Spritzwasser unter erhöhtem Druck, gilt nur für Straßenfahrzeuge Schutz gegen Strahlwasser Schutz gegen starkes Strahlwasser (Überflutung) Schutz gegen starkes Strahlwasser unter erhöhtem Druck (Überflutung), gilt nur für Straßenfahrzeuge Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen Schutz gegen dauerndes Untertauchen Schutz gegen Wasser bei Hochdruck- /Dampfstrahlreinigung, gilt nur für Straßenfahrzeuge GmbH 2016, Technical modifications to reserve

14 Ex-Schutz Einzelabnahme durch TÜV Muss vom Kunden erfolgen GmbH 2016, Technical modifications to reserve