Drehmomentsensoren MTS. Messtechnik für Prüfstands- und Antriebstechnik, Prozessüberwachung und Qualitätssicherung

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1 Drehmomentsensoren Messtechnik für Prüfstands- und Antriebstechnik, Prozessüberwachung und Qualitätssicherung MTS Messtechnik Schaffhausen GmbH Mühlenstrasse 4, CH-8260 Stein am Rhein Telefon Telefax Messen Prüfen Automatisieren

2 Kistler Ihr Partner für Wirtschaftlichkeit und Qualität Sensoren und Systeme von Kistler beweisen ihre Vielseitigkeit in verschiedensten en in Forschung und Entwicklung, in der Prüfstands-, Antriebs- und Fördertechnik, in der Betriebs- und Prozessüberwachung sowie in Produktionsmesstechnik und Qualitätssicherung. Nicht zuletzt ermöglichen sie die Dokumentation von Prozess- und Qualitätsdaten. Neben der Drehmomentmesstechnik bieten wir als Schweizer Unternehmen auch spezielle Kraft-, Druck und Beschleunigungssensoren sowie Überwachungssysteme für die mechanische Fertigung, für die Entwicklung und das Monitoring von Verbrennungsmotoren, für die Fahrzeugtechnik, die Kunststoffverarbeitung und die Biomechanik. Kernkompetenz von Kistler ist die Entwicklung, die Produktion und der Einsatz von Sensoren zur Messung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung. Mithilfe des Know-hows und der elektronischen Systeme von Kistler lassen sich Messsignale aufbereiten und zur Analyse physikalischer Vorgänge, zur Regelung und Optimierung von Prozessen und zur Steigerung der Produktqualität im verarbeitenden Gewerbe nutzen. Kistler investiert Jahr für Jahr 10 % seines Umsatzes in Forschung und Entwicklung für technisch innovative und wirtschaftliche Lösungen auf dem neuesten Stand der Erkenntnisse. Mit rund Mitarbeitenden ist die Kistler Gruppe Weltmarktführer bei der dynamischen Messtechnik. Weltweit 25 Gruppengesellschaften und mehr als 30 Vertretungen sichern einen engen Kontakt zum Kunden, eine individuelle anwendungstechnische Unterstützung und kurze Lieferzeiten.

3 Inhalt en Drehmomentmesstechnik 4 5 Produktübersicht Inhalt 6 7 Auswahl Drehmomentsensoren 8 9 Produktdetails/Produktangebot Messen: Sensoren Verstärken: Ladungs- und Messverstärker Analysieren: Anzeigegerät und Software Auswahl der Kupplungen 23 Zubehör: Kupplungen Verbinden: Kabel/Stecker 8 Beispiele typischer Messketten 9 Drehmomentmesstechnik und Kalibrieren Grundlagen piezoelektrischer Sensoren Grundlagen DMS-Sensoren

4 en der Drehmomentmesstechnik Kontinuierliche enge Zusammenarbeit mit Forschung und Industrie sichern die stetige Weiterentwicklung von Messtechnologie und Sensorbauformen. Die berührungslose digitale Signalübertragung vom Rotor auf den Stator, die integrierte Signalkonditionierung sowie serielle Schnittstelle, normierte Analog- und Frequenzausgänge erleichtern dem Anwender die Integration in bestehende Prüfsysteme. Elektromotorenprüfung Elektrische Maschinen werden hinsichtlich mechanischer und elektrischer Eigenschaften, thermischer Auslegung, Überlastbarkeit und weiterer technischer Daten intensiv geprüft. Vor allem die Ermittlung von Wirkungsgrad und Leistungsfaktor stellen hohe Ansprüche an die Genauigkeit und Flexibilität eines Prüfsystems. Das zentrale Element stellt dabei die Drehmomentsensorik dar. Die genaue Erfassung von Drehmomenten an rotierenden Antrieben und Bauteilen ist ein wichtiges Kriterium für die effektive Produktentwicklung und die sichere Qualitätskontrolle in Fertigung und Montage. Der flexibel einsetzbare, universelle Drehmomentsensor Typ 4503A bietet hierfür eine Vielzahl von smöglichkeiten. Prozessüberwachung in der Produktion Die reproduzierbare Erfassung von Drehmomenten an rotierenden Antrieben und Bauteilen ist ein wichtiges Kriterium zur Beurteilung der Effizienz einer Produktion und zur Qualitätssicherung in der Fertigung und Montage. Die Prozessüberwachung erfordert heute eine lückenlose und rückverfolgbare Erfassung von Messergebnissen aus der Drehmomentsensorik. Die gelagerten, wartungsfreien Sensoren Typ 4502A..., 4520A... und 4503A können in automatisierte Prüfstationen integriert werden. Beispiele dafür sind: Automatische Verschraubungsvorgänge Viskositätsüberwachung Reibwertmessung in der Fertigungskontrolle 4

5 Forschung und Entwicklung Die Entwicklung neuer Verbrennungsmotoren und Getriebe sowie die Untersuchung der Antriebsstränge durch Prüfstandssimulation erfordern einen robusten Drehmomentsensor mit hoher Genauigkeit. Um dynamische Lastwechsel in ein realitätsnahes Fahrprofil abzubilden, sind ausserdem hohe Torsionssteifigkeit und eine kurze Bauweise gefordert. Die Drehmoment-Messflansche Typ 4504A und Typ 4510B sind speziell an diese Anforderungen angepasst. Produktprüfung Bei der Produktion sicherheitsrelevanter Komponenten wird jeder einzelne Montageschritt mit Sensoren überwacht. Automobilzulieferer können die einwandfreie Funktion ihrer Bauteile nur dann garantieren, wenn sie durch Tests in der eigenen Produktion Ausfälle beim Kunden sicher vermeiden. Zündschalterprüfung mit piezoelektrischen Reaktionsmomentsensoren Die Funktion eingebauter Zündschalter lässt sich mit Hilfe von Drehmomentsensoren der Typen 9329A A bereits in der Produktion prüfen. Hierbei müssen die Momente während der Drehung der federvorgespannten Komponenten innerhalb vorgeschriebener Toleranzen liegen. Vorteilhaft ist hier die hohe Überlastfähigkeit der Sensoren. Fehlerhafte Zündschalter führen zu einem mehrfach überhöhten Drehmoment. 5

6 Produktübersicht Inhalt Drehmomentsensoren Reaktionsmomentsensoren Drehmoment-Dynamometer Messelemente, kalibriert Messelemente, kalibriert Typ 9329A 9389A Name Reaktionsmomentsensor Messbereich N m 1 1 bis Lesen Sie mehr auf Seite 10 Typ 9275A A... Name Drehmoment-Dynamometer Drehmoment-Dynamometer Messbereich N m bis ,5... 0,5 bis Lesen Sie mehr auf Seite Komponenten- Mz/Fz-Messelement, kalbriert Typ 9345B 9365B Name Mz/Fz-Messelement Mz/Fz-Messelement Messbereich Fz kn Messbereich Mz* N m Lesen Sie mehr auf Seite *) Reaktionsmoment Drehmomentsensoren rotierende Wellenausführung Sensoren Typ 4501A 4502A 4520A 4503A Name Schleifring- Drehmomentsensor MiniSmart- Drehmomentsensor Basic Line Drehmomentsensor Zweibereichs- Drehmomentsensor Nenndrehmoment N m , ,2 bis Lesen Sie mehr auf Seite Sensoren Typ 4504A 4510B Name Drehmoment- Messflansch Drehmoment- Messflansch Nenndrehmoment N m Lesen Sie mehr auf Seite

7 Produktübersicht Inhalt Kupplungen für Drehmomentsensoren Drehsteife Lamellen-Kupplung für Drehmoment-Messflansch Typ 4504A... Kupplungen Typ 2300A S A F A H A A... Name Ausführung Drehsteife Lamellen-Kupplung mit Spannringnabe (Ausführung S) Drehsteife Lamellen-Kupplung mit Flansch (Ausführung F) Drehsteife Lamellen-Kupplung mit Halbschalennabe (Ausführung H) Drehsteife Lamellen-Kupplung mit Spannringnabe (Ausführung A) Max. Drehzahl 1/min Lesen Sie mehr auf Seite 24 Datenblatt 2300A_ Datenblatt 2300A_ Datenblatt 2300A_ Datenblatt 2300A_ Drehsteife Klemmnabenkupplungen für gelagerte Drehmomentsensoren Kupplungen Typ 2301A A A... Name Metallbalg-Kupplung Drehsteife Miniatur-Kupplung Ausführung mit Klemmnaben einfachflexibel mit Klemmnaben Drehsteife Miniatur-Kupplung doppelflexibel mit Klemmnaben Max. Drehzahl 1/min < Lesen Sie mehr auf Seite 25 Datenblatt 2301A_ Datenblatt 2302A_ Datenblatt 2303A_ Ladungsverstärker für piezoelektrische Sensoren Steuerungs- und Überwachungsgeräte ICAM Ladungsverstärker Speise- und Auswertesystem Typ Name 5073A... ICAM Ladungsverstärker mit grossem Messbereich und Spitzenwertspeicher Lesen Sie mehr auf Seite 18 Datenblatt 5073A_ Typ Name 4700A... Speise- und Auswertesystem für Drehmomentsensoren Lesen Sie mehr auf Seite 20 Datenblatt 4700A_ DMS-Verstärker Messverstärker Software SensorTool Typ Name 4701A... Messverstärker für DMS-Sensoren und resistive Wegsensoren Lesen Sie mehr auf Seite 19 Datenblatt 4701A_ Typ Name 4706A SensorTool PC-Software zur Parametrierung, Visualisierung und Analyse der Drehmomentsensorik Lesen Sie mehr auf Seite 21 Datenblatt 4706A_

8 Auswahl Drehmomentsensoren Typ Sensor *Nenndrehmoment in N m Messbereich in N m fest rotierend A... Schleifring- Drehmomentsensor, DMS * 0... ±2 bis 0... ± A... Mini-Smart Drehmomentsensor, DMS 0, * 0... ±0,5 bis 0... ± A... Drehmomentsensor, DMS * 0... ±1 bis 0... ± A... Zwei-Bereichssensor, DMS 0, * 0... ±0,2 bis 0... ± A... Drehmoment- Messflansch, DMS * 0... ±50 bis 0... ± B... Drehmoment- Messflansch, DMS ±100 bis 0... ± A... bis 9389A... Reaktionsmomentsensor, piezoelektrisch 0... ±0,1 bis 0... ± A... Drehmoment- Dynamometer piezoelektrisch 0... ±20 bis 0... ± B B... 2-Komponenten- Sensor piezoelektrisch F z, 0... ±1 kn bis 0... ±20 kn, M z 0... ±2,5 N m bis 0... ±200 N m 9277A... Drehmoment- Dynamometer piezoelektrisch 0... ±0,5 bis 0... ±25 8

9 max. Drehzahl Signalausgang Signalübertragung Rotor Stator Lager Anschluss Schleifring berührungslos Vierkant Sechskant Welle Flansch < /min 0 ±2 mv/v /min 0 ±5 VDC /min 0 ±10 VDC /min 0 ±5 VDC0 oder 0 ±10 VDC oder 100 ±40 khz und RS-232C /min 0 ±10 VDC oder 100 ±40 khz oder 60 ±20 khz oder 10 ±5 khz und RS-232C 000* /min 0 ±10 VDC oder 100 ±40 khz 0und RS-232C ± ±100 pc/n m (abhängig von der Baugrösse) Kabel ±170 pc/n m (abhängig von der Baugrösse) Kabel ± ±200 pc/n m (abhängig von der Baugrösse) Kabel ± ±250 pc/n m (abhängig von der Baugrösse) Kabel 9

10 Messen Drehmomentsensoren Reaktionsmomentsensor, 0... ±0,1 N m bis 0... ±1 000 N m H M z D Typ 9329A Typ 9339A Typ 9349A Typ 9369A Messbereich N m Kalibrierte Messbereiche N m , , , , Empfindlichkeit pc/n m D mm H mm Gewicht g Betriebstemperaturbereich ºC Typ 9329A Typ 9389A Messbereich N m Kalibrierte Messbereiche N m Empfindlichkeit pc/n m 100 D mm 100 H mm 130 Gewicht g Betriebstemperaturbereich ºC Allgemeine technische Daten Schutzart nach IEC/EN Anschluss IP65 mit angeschlossenem Kabel IP67 mit Kabel Typ 1983AD... und angeschweisstem Stecker KIAG neg. Eigenschaften Kompakter einbaufertiger Reaktionsmomentsensor, flexible Adaption, Zentriersitz. Messen eines um die Sensorachse wirkenden Momentes, Drehmomenteinstellung und Prüfung von Schraubverbindungen, Kalibrierung von Handdrehmomentschlüsseln, Torsionsprüfung von Federn, Messungen an Rutschkupplungen und Elektromotoren, Prüfung von Drehschaltern (Produktprüfung). Zubehör Montageflansch Typ 9580A... Datenblatt 9329A_

11 Messen Drehmomentsensoren 2-Komponenten-Sensor F z, 0... ±1 kn bis 0... ±20 kn, M z 0... ±2,5 N m bis 0... ±200 N m H Typ 9345B M z D F z Typ 9345B Typ 9365B Messbereich F z kn Kalibrierte Messbereiche kn Empfindlichkeit F z pc/n 3,7 3,6 Steifheit c z kn/µm 1,7 2,8 Messbereich M z N m Kalibrierte Messbereiche N m , , Empfindlichkeit M z pc/n m Steifheit c (gerechnet) N m/µrad 0,19 0,92 D mm 39 56,5 H mm Gewicht g Betriebstemperaturbereich ºC Schutzart nach IEC/EN IP65 mit angeschlossenem Kabel IP65 mit angeschlossenem Kabel Anschluss M8x0,75 3-pol. neg. V3 neg. Eigenschaften Reaktionsmomentsensor mit der Möglichkeit, eine zusätzlich wirkende Zug-/Druckkraft zu messen. Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Bohrmoment und Durchbruchkraft bei Leiterplatten, Anzugsmoment und Ausreisskraft bei Schraubverbindungen und ähnlichen Prozessen. Zubehör Anschlusskabel Typ 1693A, 1694A..., 1695A..., 1698A... Datenblatt 9345B_ Drehmoment-Dynamometer 0... ±20 N m bis 0... ±200 N m H Typ 9275 M z D d Typ 9275 Messbereich N m Kalibrierte Messbereiche N m Empfindlichkeit pc/n m 170 Eigenfrequenz khz 3,5 D mm 100 d mm 18,4 H mm 70 Gewicht kg 2,9 Betriebstemperaturbereich ºC Schutzart nach IEC/EN Anschluss IP65 mit angeschlossenem Kabel TNC neg. Eigenschaften Präzise, höchste Empfindlichkeit, kompakte, robuste Bauform, nicht rotierend. Prüfen von Drehmomentschlüsseln, Torsionsprüfung von Federn, ergonomische Messungen, Prüfen von Schraubenverbindungen, Messen der Anlaufmomente von Klein- und Schrittmotoren. Zubehör Anschlusskabel Typ 1609B Datenblatt 9275_

12 Messen Drehmomentsensoren Drehmoment-Dynamometer, 0... ±0,5 N m bis 0... ±25 N m M z D d Typ 9277A5 Typ 9277A25 Messbereich N m Kalibrierte Messbereiche N m , , , , Empfindlichkeit pc/n m Eigenfrequenz khz H Typ 9277A25 Allgemeine technische Daten D mm 78 d mm 8,5 H mm 60 Gewicht g Betriebstemperaturbereich ºC Schutzart nach IEC/EN IP65 mit angeschlossenem Kabel Anschluss TNC neg. Eigenschaften Präzise, höchste Empfindlichkeit, hohe Eigenfrequenz, kompakte, robuste Bauform, nicht rotierend. Prüfen von Drehmomentschlüsseln, Torsionsprüfung von Federn, ergonomische Messungen, Prüfen von Schraubenverbindungen, Messen der Anlaufmomente von Kleinund Schrittmotoren. Zubehör Anschlusskabel Typ 1609B Datenblatt 9277A_

13 Messen Drehmomentsensoren für rotierende Wellen Schleifring-Drehmomentsensor, 20 bis... ± N m N m bis 0... ±1 000 N m H Typ 4501A... B L Typ 4501A... Nenndrehmoment M nom N m 2 / 6 / 10 / 12 / 20 / 25 / 50 /63 / 100 / 160 / 200 / 500 / Grenzdrehmoment 1,5 x Nenndrehmoment Genauigkeitsklasse 0,2 Nennkennwert mv/v ± oder ± (je nach Ausführung) Drehzahlmessung lmp./umdr. 2 x 360 Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial Aluminium, harteloxiert L mm B mm H mm Schutzart nach IEC/EN IP40 Anschluss 6-pol. oder 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Drehmomentsensor für universelle Einsatzmöglichkeiten. Kompakte Baugrösse, verschiedene Wellenanbindungen. Speziell für den Einsatz in der Schraubtechnik konzipiert. Typische en sind die Über- prüfung stationärer Schraubspindeln oder die Drehmomentmessung mit handgeführten Schraubwerkzeugen. Für kurzzeitigen intermittierenden Betrieb bei kleinen Drehzahlen. Zubehör Kabeldose 6-pol. Typ KSM Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM , Typ KSM , Typ KSM Messverstärker für DMS-Sensoren Typ 4701A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4501A_ Mini-Smart Drehmomentsensor, 0... ±0,5 N m bis 0... ±1 000 N m B L Typ 4502A... Nenndrehmoment M nom N m 0,5 / 1 / 2 / 5 / 6 / 10 / 12 / 18 / 20 / 50 / 63 / 100 / 150 / 160 / 00 / 250 / 300 / 500 / Grenzdrehmoment Genauigkeitsklasse 0,2 1,5 x Nenndrehmoment Ausgangssignal bei M nom (Nennkennwert) VDC ± H Typ 4502A... Drehzahlmessung lmp./umdr. 2 x 360 Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial L mm B mm H mm Schutzart nach IEC/EN Anschluss Aluminium, harteloxiert IP40 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Drehmomentsensor mit berührungsloser Signalübertragung, integrierter Messelektronik und hoher Störsicherheit. Kompakte Baugrösse, verschiedene Wellenanbindungen mit Sechskant, Vierkant und zylindrischem Wellenende. Eignet sich zur dynamischen Ermittlung von Anzugs- und Lösemomenten in der Verschraubungsund Montagetechnik sowie zur Qualitätskontrolle in der Fertigung und im Labor. Für Dauereinsatz z.b. in Prozessüberwachung geeignet. Zubehör Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM Kupplungen Typ 2301A... bis 2303A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4502A_

14 Messen Drehmomentsensoren für rotierende Wellen Basic Line Drehmomentsensor, 0... ±1 N m bis 0... ±1 000 N m H Typ 4520A... B L Typ 4520A... Nenndrehmoment M nom N m 1 / 2 / 5 / 10 / 20 / 50 / 100 / 200 / 500 / Grenzdrehmoment Genauigkeitsklasse 0,5 Ausgangssignal bei M nom (Nennkennwert) VDC ± Drehzahlmessung lmp./umdr. 60 Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial L mm B mm H mm Schutzart nach IEC/EN Anschluss 1,5 x Nenndrehmoment Aluminium, harteloxiert IP40 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Preiswerter Drehmomentsensor mit berührungsloser Signalübertragung, mit zylindrischen Wellenenden, robuster Aufbau. Eignet sich zur dynamischen und statischen Ermittlung von Drehmomenten in Montagetechnik sowie zur Qualitätskontrolle in der Fertigung und im Labor. Für Dauereinsatz z.b. in Prozessüberwachung geeignet. Zubehör Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM Kupplungen Typ 2301A... bis 2303A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4520A_

15 Messen Drehmomentsensoren für rotierende Wellen Zwei-Bereichssensor mit berührungsloser Übertragung, 0... ±0,2 N m bis 0... ±5 000 N m H Typ 4503A... L D Typ 4503A... Nenndrehmoment M nom N m 0,2 / 0,5 / 1 / 2 / 5 / 10 / 20 / 50 / 100 / 200 / 500 / / 000 / Grenzdrehmoment Wechseldrehmoment Genauigkeitsklasse 0,1 1,5 x Nenndrehmoment 0,7 x Nenndrehmoment Linearitätsabweichung <±0,1 einschliesslich Hysterese % FSO Opt. C: <±0,05 Ausgangssignal bei M nom VDC ± oder ± (Nennkennwert) khz oder 100 ±40 und RS-232C Drehzahlmessung lmp./umdr. 60 oder 2 x 360 Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial L mm D mm H mm Schutzart nach IEC/EN Anschluss Aluminium, harteloxiert oder rostfreier Stahl (je nach Ausführung) IP40 7-pol. oder 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Sensor für zwei separat kalibrierte Messbereiche (optional). Integrierte Messelektronik, höchste Genauigkeit, höchste Drehzahlbereiche, digitale Signalverarbeitung. Der Sensor ist auch als Ein-Bereichssensor erhältlich. Universell einsetzbar im Entwicklungslabor, in der Produktion oder in der Qualitätssicherung. Zubehör Kabeldose 7-pol. Typ KSM Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM , Typ KSM SensorTool Typ 4706A... Kupplungen Typ 2301A... bis 2303A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4503A_

16 Messen Drehmomentsensoren für rotierende Wellen Drehmoment-Messflansch kurzbauend, robust, lagerlos, hochgenau, 0... ±50 N m bis 0... ±5 000 N m D Typ 4504A... L R H Typ 4504A... Nenndrehmoment M nom N m 50 / 100 / 200 / 500 / / / / Grenzdrehmoment 2 x Nenndrehmoment Wechseldrehmoment Genauigkeitsklasse 0,1 1 x Nenndrehmoment Linearitätsabweichung <±0,1 einschliesslich Hysterese % FSO Opt. C: <±0,05 Ausgangssignal bei M nom VDC ± oder (Nennkennwert) khz 10 ±5, 60 ±20, 100 ±40 und RS-232C Drehzahlmessung lmp./umdr. 60 oder 2 x x oder 2 x x (je nach Ausführung) Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial L mm 40, D mm Aluminium, harteloxiert H mm 243, R mm Schutzart nach IEC/EN Anschluss IP54 7-, 8- und 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Drehmoment-Messflansch nach dem DMS-Prinzip. Die integrierte, digitale Messwertverarbeitung erzeugt analoge oder digitale Ausgangssignale, die berührungslos übertragen werden. Der Rotor läuft lagerlos und somit verschleissfrei im Statorring. Durch extrem kurze Bauweise hervorragend geeignet für Verbrennungsmotoren-, Getriebe-, Rollen-, Elektromotoren- und Pumpenprüfstände. Zubehör Kabeldose 7-pol. Typ KSM Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM SensorTool Typ 4706A... Kupplungen Typ 2300A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4504A_

17 Messen Drehmomentsensoren für rotierende Wellen Drehmoment-Messflansch, Montage mit Schrumpfscheibe, 0... ±100 N m bis 0... ± N m D Typ 4510B... L R H Typ 4510B... Nenndrehmoment M nom N m 100 / 200 / 500 / / / / / Grenzdrehmoment Wechseldrehmoment Genauigkeitsklasse 0,2 Linearitätsabweichung einschliesslich Hysterese % FSO <±0,1 min. 1,5 x Nenndrehmoment 1 x Nenndrehmoment Ausgangssignal bei M nom VDC ± oder (Nennkennwert) khz 100 ±40 Drehzahlmessung lmp./umdr. 60 Nenndrehzahl 1/min Betriebstemperaturbereich ºC Gehäusematerial L mm 60 D mm H mm R mm Schutzart nach IEC/EN Anschluss Aluminium, harteloxiert IP54 7- und 12-pol. Binder-Stecker Eigenschaften Sehr robuster Drehmoment-Messflansch nach dem DMS-Prinzip mit integrierter Drehzahlerfassung und optionaler Messbereichsumschaltung. Durch die Welle-Nabe-Verbindung mittels Schrumpfscheibe (im Lieferumfang enthalten) lässt sich der Typ 4510B... direkt mit der Antriebswelle verbinden. Geeignet für Verbrennungsmotoren-, Getriebe-, Rollen-, Elektromotoren- und Pumpenprüfstände. Zubehör Kabeldose 7-pol. Typ KSM Kabeldose 12-pol. Typ KSM Anschlusskabel Typ KSM SensorTool Typ 4706A... weitere siehe Datenblatt Datenblatt 4510B_

18 Verstärken Ladungsverstärker für piezoelektrische Sensoren ICAM Ladungsverstärker mit grossem Messbereich und Spitzenwertspeicher Typ 5073A1... Typ 5073A2... Typ 5073A3... Typ 5073A4... Anzahl Kanäle Anzahl Kanäle Typ 5073A (4 Kanäle summiert) Typ 5073A4... Allgemeine technische Daten Anzahl Messbereiche 2 (umschaltbar) Messbereichseinstellung stufenlos Messbereich 1 FS pc ± Messbereich 2 FS pc ± Frequenz ( 3 db) khz (± pc) (± pc) Ausgangssignal V ±10 Speisung VDC Signaleingang Typ/Anschluss piezoelektrisch/wahlweise BNC neg. TNC neg. Schutzart nach IEC/EN wahlweise IP60 (BNC) IP65 (TNC) Schnittstelle RS-232C Weitere Merkmale Spitzenspeicher einstellbarer Ausgangsoffset Tiefpassfilter Dieser Ladungsverstärker lässt sich mit dem PC-Programm ManuWare schnell und einfach parametrieren. Eigenschaften Universeller Industrie-Ladungsverstärker mit robustem Metallgehäuse; sehr weiter, variabler Messbereich; pro Kanal zwei unabhängige, extern umschaltbare Messbereiche; integrierter Spitzenwertspeicher für jeden Kanal; Anschluss an SPS möglich. en Überwachen, Regeln und Optimieren von Maschinen und industriellen Prozessen. Zubehör RS-232C Kabel, Nullmodem, l = 5 m, D-Sub 9-pol. pos./d-sub 9-pol. neg. Typ 1200A27 Kabel D-Sub/15-pol. neg. mit einseitig offenen Enden Typ 1500A41... Datenblatt 5073A_

19 Verstärken DMS-Verstärker Messverstärker für DMS-Sensoren und resistive Wegsensoren Ausführung A Anzahl Kanäle 1 Typ 4701A... Signaleingang DMS mv/v Ausführung A: ca. 1,5 Ausführung B: ca. 1,0 (±0,5... 3,0, Voll- oder Halbbrücke, Brückenwiderstand max. 500 Ω) resistiv VDC Ausführung C: Eingang (Anschlusswiderstand kω) Grenzfrequenz ( 3 db) khz 1 Ausgangssignal VDC ± oder ± Speisung VDC 4 unstabilisiert (±10 %) Signaleingang Typ/Anschluss DMS wahlweise mit Stopfbuchse mit Lötstützpunkten (Variante A) 6-pol. Stecker (Variante B) Schutzart nach IEC/EN Ausführung A mit Kabelverschraubungen: IP54 Ausführung B und C mit Steckverbindern: IP40 Eigenschaften Industrie-Messverstärker mit robustem Metallgehäuse. Verstärkung und Nullpunktjustierung werden über Festwiderstände und Potenziometer eingestellt. Dieser Verstärker ist für industrielle en ausgelegt und für den Schalttafelbau vorgesehen. Universeller Messverstärker für DMS-Sensoren und resistive Wegsensoren. Geeignet für Drehmomentsensoren Typ 4501A... Zubehör Verbindungskabel Typ KSM Verbindungskabel Typ KSM Datenblatt 4701A_ Ausführung B und C 19

20 Analysieren Überwachungsgeräte CoMo Torque Auswertegerät für Drehmomentsensoren Typ 4700A... Anzahl Kanäle y 1 = M/t, y 2 = n/t 2 Typ 4700A... Signaleingänge DMS mv/v ±0,5... 3,5 (Vollbrücke, 4-/6-Leitertechnik) Aktiv VDC ± Frequenz khz 300 Grenzfrequenz ( 3 db) khz 0, Eingang Drehzahl/Drehwinkel Spur A, B khz 300 Sensorspeisungen VDC 24 stabilisiert 5 DMS unipolar 5 stabilisiert ±12 stabilisiert Ausgangssignale 3 Kanäle VDC ±10 Digitale Steuerung 8 digitale Eingänge TTL 8 digitale Ausgänge TTL bzw. 24 VDC Schnittstellen RS-232C, USB 2.0 Betriebstemperaturbereich C (Nenntemperaturbereich) Kompatibel zum PC-Programm SensorTool zur Parametrierung und Auswertung. Eigenschaften Universeller Messverstärker zum Anschluss von passiven und aktiven Kraft- und Drehmomentsensoren. Eine Bewertung von Drehmoment-/ Drehzahlmessungen, oder Drehmoment-/Drehwinkelmessungen ist möglich. Die mechanische Leistung wird vom Gerät berechnet und angezeigt. Ausserdem verfügt das Gerät über digitale Ein- und Ausgänge sowie eine Extremwerterfassung und Speicherfunktion von Messkurven. Das Gerät ist ideal in der Betriebsmesstechnik und in der Versuchsbzw. Laborumgebung einzusetzen. Zubehör Anschlusskabel Typ KSM für Typ 4501A... Q/R, Typ KSM für Typ 4501A... QA, Typ KSM für Typ 4502A..., Typ KSM l = 2,5 m für Typ 4503A... / 4504A... analog, Typ KSM l = 2,5 m für Typ 4503A... / 4504A... Frequenz Datenblatt 4700A_

21 Analysieren Software SensorTool PC-Software zur Parametrierung, Visualisierung und Analyse der Drehmomentsensorik Unterstützte Geräte: Weitere Informationen Typ 4706A Drehmomentsensoren Typ 4503A..., 4504A..., Auswertegerät CoMo Torque Typ 4700A... siehe Datenblatt Eigenschaften Parametrierung von Geräteeinstellungen; Numerische und grafische Darstellung von Messgrössen; Auswertung von Messwerten sowie Messwertkurven; Auslesen und Darstellen von Sensor und Gerätedaten; Definition der Drehzahlausgangsimpulse (magnetoresistives System bei Typ 4504A ); Messwerttarierung; Speicherung erfasster Messkurven in TXT- oder CSV-Format; Mehrsprachige Menüführung (deutsch/englisch). PC-Software zur einfachen Weiterverarbeitung der Sensor- und Messdaten von Drehmomentsensoren oder Auswertesystemen; Numerische und grafische Darstellung aller auftretenden Messgrössen (Drehmoment, Drehzahl, Drehwinkel, mechanische Leistung und Rotortemperatur von Drehmomentsensoren) am PC-Bildschirm; Einsatz vor allem bei der Erstinbetriebnahme oder während des Prüf- oder Optimierungsprozesses; Rasche Überprüfung aller relevanten Sensordaten (z.b. Seriennummer, Sensortyp usw.) durch Darstellung am PC- Bildschirm; Definierte Auslösung von Testfunktionen zur Überprüfung des Sensors. Optionen Keine Zubehör Keines Datenblatt 4706A_

22 Auswahl der Kupplungen Kupplungen Typ 2300A S A F A H A A... Name Für Sensor Drehsteife Lamellen-Kupplung Drehmoment-Messflansch Typ 4504A... Drehsteife Lamellen-Kupplung Drehmoment-Messflansch Typ 4504A... Drehsteife Lamellen-Kupplung Drehmoment-Messflansch Typ 4504A... Adapterflansch für Antriebsseite Drehmoment-Messflansch Typ 4504A... sbeispiel Belastungsmaschine Adapterflansch Typ 2300A100A.. Kupplung Typ 2300A100H... Sensor Typ 4504A1KB1... Prüfling Die Lamellen-Kupplung dient zum Ausgleich von Axial-, Radial- und Winkelfehlern beim Einbau eines Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Ein Ausgleich dieser Fehler ist immer zwingend notwendig um Messfehler und Beschädigungen des Sensors zu vermeiden. Durch die unterschiedlichen Varianten ist eine problemlose Ankopplung des Drehmomentsensors in nahezu jeder möglich. Datenblatt 2300A_ Mitgeliefertes Zubehör Montageschrauben passend für Sensor Typ 4504A... Adaptionsmöglichkeiten Zulässige Wellenverlagerungen der Kupplungselemente K r K a Adapterflansch + Kupplung Typ 2300A... Ausführung S: Spannringnabe K w 2 x K w Adapterflansch + Kupplung Typ 2300A... Ausführung H: Halbschalennabe Die Lamellen-Kupplung gleicht durch die zwei Lamellenpakete winkligen, axialen und radialen Wellenversatz aus. Treten mehrere Versatzarten gleichzeitig auf, beeinflussen sie sich gegenseitig. Die zulässigen Werte der Verlagerung sind entsprechend voneinander abhängig. Die Summe der tatsächlichen Verlagerungen in Prozent vom Maximalwert darf 100 % nicht überschreiten. Adapterflansch + Kupplung Typ 2300A... Ausführung F: Flansch 22

23 Kupplungen für rotierende Drehmomentsensoren Kupplungen Typ 2301A A A... Name Drehsteif, doppelflexibel Metallbalg-Kupplung Drehsteif, einfachflexibel Miniatur-Kupplung Drehsteif, doppelflexibel Miniatur-Kupplung Für Messbereiche N m bis max. 36 N m bis max. 36 N m Für Sensor Drehmomentsensor Typ 4520A..., Typ 4502A..., und Typ 4503A... Drehmomentsensor Typ 4501A..., Typ 4502A..., Typ 4503A... und Typ 4520A... Drehmomentsensor Typ 4501A..., Typ 4502A..., Typ 4503A... und Typ 4520A... Adaptionsmöglichkeiten Belastungsmaschine Kupplung Typ 2301A... Drehmomentsensor, z.b. Typ 4502A...RAU, Typ 4503A... und Typ 4520A... Kupplung Typ 2301A... Prüfling Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich beim festen Einbau des Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Die laterale und axiale Ausgleichsmöglichkeit ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Bei Sensoren mit festem Gehäuse (oder Gehäuseunterbau) muss auf beiden Seiten eine doppelflexible Kupplung vorgesehen werden. Die Montage erfolgt beidseitig mittels Klemmnaben. Die kraftschlüssige Verbindung ermöglicht ein absolut spielfreies Ankuppeln. Datenblatt 2301A_ Belastungsmaschine Kupplung Typ 2302A... Drehmomentsensor, Typ 4502A...R/RA und Typ 4520A... Kupplung Typ 2302A... Prüfling Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich bei der freitragenden Montage von Drehmomentsensoren in einem Wellenstrang. Der Winkelausgleich pro Kupplung ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und die Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Datenblatt 2302A_ Belastungsmaschine Kupplung Typ 2303A... Drehmomentsensor, Typ 4502A...RAU, Typ 4503A... und Typ 4520A... Kupplung Typ 2303A... Prüfling Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich beim festen Einbau des Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Die laterale und axiale Ausgleichsmöglichkeit ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und die Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Bei Sensoren mit fest montiertem Gehäuse oder Gehäuseunterbau muss auf beiden Seiten eine doppelflexible Kupplung vorgesehen werden. Die Montage erfolgt beidseitig mittels Klemmnaben. Datenblatt 2303A_

24 Zubehör Kupplungen für Drehmomentsensoren Drehsteife Lamellen-Kupplung für Drehmoment-Messflansch Typ 4504A Allgemeine technische Daten Typ 2300A10 Typ 2300A25 Typ 2300A40 Kupplung für Sensor Typ 4504A50/ A A500 Nenndrehmoment T KN N m Maximaldrehmoment T Kmax N m Durchmesser Kupplung D ak mm Drehfederwert (1 Paket) C T 10 3 N m/rad Drehfederwert gesamt C Tgesamt 10³ N m/rad Kupplung Typ 2300A... Ausführung S mit Spannnabe Allgemeine technische Daten Typ 2300A100 Typ 2300A300 Typ 2300A500 Kupplung für Sensor Typ 4504A1K 4504A2K 4504A3K Nenndrehmoment T KN N m Maximaldrehmoment T Kmax N m Durchmesser Kupplung D ak mm Drehfederwert (1 Paket) C T 10 3 N m/rad Drehfederwert gesamt C Tgesamt 10³ N m/rad Kupplung Typ 2300A... Ausführung F mit Flansch Kupplung Typ 2300A... Ausführung H mit Halbschalennabe Allgemeine technische Daten Kupplung für Sensor Typ Nenndrehmoment T KN N m Typ 2300A A5K Maximaldrehmoment T Kmax N m Durchmesser Kupplung D ak mm 34 Drehfederwert (1 Paket) C T 10 3 N m/rad Drehfederwert gesamt C Tgesamt 10³ N m/rad Eigenschaften Drehsteife Lamellen-Kupplung zur effektiven und platzsparenden Anbindung des Drehmomentsensors Typ 4504A... in den Wellenstrang. Die Lamellen-Kupplung dient zum Ausgleich von Axial-, Radialund Winkelfehlern beim Einbau eines Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Ein Ausgleich dieser Fehler ist immer zwingend notwendig um Messfehler und Beschädigungen des Sensors zu vermeiden. Durch die unterschiedlichen Varianten ist eine problemlose Ankopplung des Drehmomentsensors in nahezu jeder möglich. Mitgeliefertes Zubehör Montageschrauben passend für Sensor Typ 4504A... Datenblatt 2300A_ Adapterflansch (starr) Typ 2300A... Ausführung A mit Spannnanbering 24

25 Zubehör Kupplungen für Drehmomentsensoren Metallbalg-Kupplung mit Klemmnaben D M d2 H7 Typ 2301A15 Typ 2301A30 Typ 2301A60 Nenndrehmoment T KN N m Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad Massenträgheitsmoment J 10-3 kg m2 0,06 0,12 0,32 L mm d2 H7 (min max) mm D mm M M5 M6 M8 Masse kg 0,15 0,3 0,4 Typ 2301A... L Typ 2301A80 Typ 2301A150 Typ 2301A200 Nenndrehmoment T KN N m Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad Massenträgheitsmoment J 10-3 kg m2 0,8 1,9 3,2 L mm d2 H7 (min max) mm D mm M M10 M10 M12 Masse kg 0,8 1,7,5 Typ 2301A300 Typ 2301A500 Typ 2301A800 Nenndrehmoment T KN N m Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad Massenträgheitsmoment J 10-3 kg m2 7,6 14,3 4,3 L mm d2 H7 (min max) mm D mm M M12 M16 xm16 Masse kg 4 7,5 7 Typ 2301A1500 Nenndrehmoment T KN N m Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad Massenträgheitsmoment J 10-3 kg m2 49,2 L mm 166 d2 H7 (min max) mm D mm 157 M x M20 Masse kg 12 Allgemeine technische Daten Maximaldrehmoment T Kmax N m kurzfristige Überlast auf den 1,5-fachen Wert ist zulässig Max. Drehzahl n max 1/min < (> auf Anfrage) Betriebstemperaturbereich C Eigenschaften Drehsteife Metallbalg-Kupplung für die beidseitige Ankopplung eines Drehmomentsensors mit fest montiertem Gehäuse oder Gehäuseunterbau in den Wellenstrang. Niedriges Massenträgheitsmoment; Geringer Einbauraum erforderlich; Verschleiss- und wartungsfrei. Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich beim festen Einbau des Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Dieser Ausgleich ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Bei Sensoren mit festem Gehäuse (oder Gehäuseunterbau) muss auf beiden Seiten eine doppelflexible Kupplung vorgesehen werden. Die Montage erfolgt beidseitig mittels Klemmnaben. Die kraftschlüssige Verbindung ermöglicht ein absolut spielfreies Ankuppeln. Zubehör Keines Datenblatt 2301A_

26 Zubehör Kupplungen für Drehmomentsensoren Drehsteife Miniatur-Kupplung, einfachflexibel mit Klemmnaben d2 H7 D Typ 2302A25 Typ 2302A37 Typ 2302A50 Nenndrehmoment T KN N m 0,39 1,56 6,17 Maximaldrehmoment T Kmax N m 0,54,19 8,64 Drehfederwert C Tdyn 10 6 N m/rad 3,89 5,986 39,768 Massenträgheitsmoment J 10-6 kg m2 1,83 11,1 8,56 Max. Drehzahl n max 1/min L mm 0, 9,1 30,4 d2 H7 (min max) mm D mm 5,4 35,8 44,5 Masse g L Typ 2302A... Typ 2302A62 Typ 2302A75 Nenndrehmoment T KN N m 4,7 36,2 Maximaldrehmoment T Kmax N m 34,6 50,7 Drehfederwert C Tdyn 10 6 N m/rad 103, ,76 Massenträgheitsmoment J 10-6 kg m2 78,61 159,4 Max. Drehzahl n max 1/min L mm 36,6 41 d2 H7 (min max) mm D mm 57,4 64 Masse g Eigenschaften Drehsteife Miniatur-Kupplung für den freitragenden Einbau eines Drehmomentsensors ohne feste Gehäusemontage in den Wellenstrang; hoher Drehzahlbereich; geringes Gewicht, geringes Massenträgheitsmoment; hohe Torsionssteifigkeit; verschleissund wartungsfrei; korrosionsfrei; antimagnetisch. Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich bei der freitragenden Montage von Drehmomentsensoren in einem Wellenstrang. Dieser Ausgleich ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und die Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Zubehör Keines Datenblatt 2302A_

27 Zubehör Kupplungen für Drehmomentsensoren Drehsteife Miniatur-Kupplung, doppelflexibel mit Klemmnaben d2 H7 D Typ 2303A25 Typ 2303A37 Typ 2303A50 Nenndrehmoment T KN N m 0,39 1,56 6,17 Maximaldrehmoment T Kmax N m 0,54,19 8,64 Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad 1,945 12,993 19,884 Massenträgheitsmoment J 10-6 kg m2 2,33 14,01 37,99 Max. Drehzahl n max 1/min L mm d2 H7 (min max) mm D mm 5,4 35,8 44,5 Masse g Typ 2303A... L Typ 2303A62 Typ 2303A75 Nenndrehmoment T KN N m 4,7 36,2 Maximaldrehmoment T Kmax N m 34,6 50,7 Drehfederwert C Tdyn 10 3 N m/rad 51,786 80,88 Massenträgheitsmoment J 10-6 kg m2 104,28 203,55 Max. Drehzahl n max 1/min L mm d2 H7 (min max) mm D mm 57,4 64 Masse g Eigenschaften Drehsteife Miniatur-Kupplung für die beidseitige Ankopplung eines Drehmomentsensors mit fest montiertem Gehäuse oder Gehäuseunterbau in den Wellenstrang; hoher Drehzahlbereich; geringes Gewicht, geringes Massenträgheitsmoment; hohe Torsionssteifigkeit; verschleiss- und wartungsfrei; korrosionsfrei; antimagnetisch. Die Kupplung ermöglicht den Ausgleich beim festen Einbau des Drehmomentsensors in den Wellenstrang. Dieser Ausgleich ist immer zwingend notwendig, um Messfehler und die Beschädigung des Sensors zu vermeiden. Bei Sensoren mit festem Gehäuse (oder Gehäuseunterbau) muss auf beiden Seiten eine doppelflexible Kupplung vorgesehen werden. Die Montage erfolgt beidseitig mittels Klemmnaben. Zubehör Keines Datenblatt 2303A_

28 Verbinden Anschlusskabel für Drehmomentsensoren Anschlusskabel für Sensoren Typ 4501A... bis 4504A... Typ KSM Anschluss 6-pol. neg. 6-polig pos. Länge m 5 Durchmesser mm 6 Schutzart nach IEC/EN IP40 Typ KSM Anschluss 6-pol. neg. offen Länge m 5 Durchmesser mm 6 Schutzart nach IEC/EN IP40 Typ KSM Anschluss 12-pol. neg. offen Länge m 5 Durchmesser mm 6 Schutzart nach IEC/EN IP40 Typ KSM Anschluss 12-pol. neg. offen Länge m 5 Durchmesser mm 6 Schutzart nach IEC/EN IP40 Typ KSM Anschluss 7-pol. neg. offen Länge m 5 Durchmesser mm 6 Schutzart nach IEC/EN IP40 Weitere Kabel siehe Datenblatt KSM_ Stecker für Drehmomentsensoren Stecker/Kabeldosen für Sensoren Typ 4501A... bis 4504A... Anschluss Schutzart nach IEC/EN Typen KSM000822, KSM000517, KSM , 7-, 12-pol. neg. IP40 Weitere Stecker/Kabeldosen siehe Datenblatt KSM_

29 Beispiele typischer Messketten Messketten mit rotierenden Drehmomentsensoren Messen Verbinden Verstärken Analysieren Serienprüfung von Drehmomenten in der Fertigung. Auswertung mit DMF-P 4501A... KSM A A... Messung von Drehmomenten und Auswertung mit dem ControlMonitor CoMo Torque 4503A... KSM ,5 4700A... Drehmomentmessung in Laboranwendungen. Messwerterfassung mit PC Software SensorTool 4504A B... KSM KSM Speisung Signal/Steuerung PC mit SensorTool Typ 4706A Prüfung charakteristischer Momente und Auswertung über die Prüfstandssteuerung 4502A A... KSM Speisung Analog SPS Messung von Drehmomenten und Auswertung mit dem ControlMonitor CoMo Torque 4502A A... KSM ,5 4700A... Messketten mit piezoelektrischen Reaktionsmomentsensoren Messen Verbinden Verstärken Analysieren Messung des Reaktionsmoments, Auswertung über ControlMonitor CoMo View 9339A 9329A A 1631C2 5073A A A... Messung des Reaktionsmoments, Auswertung mit dem ControlMonitor CoMo Logic 9339A 9329A A 1631C2 5875A A A

30 Drehmomentmesstechnik Ob Torsionsstab oder schnell laufende Antriebswelle die Kenntnis der auftretenden Drehmomente gibt Aufschluss über statische und dynamische Belastungen, Laufeigenschaften von Getrieben und in Kombination mit Drehzahlmessungen über die Leistung eines Antriebsstranges. Drehmomentmessungen an rotierenden Wellen werden vorzugsweise in der Dehnungsmesstreifen-Technologie (DMS) ausgeführt. Höchste Genauigkeit, möglichst steifer Aufbau und hohe Temperaturstabilität sind zentrale Anforderungen. Die Übertragung von Speisung undmesssignal erfolgt bei modernen Drehmomentmesswellen in der Regel berührungslos. Wird wie bei Typ 4504A... und Typ 4510B... zudem auf die Lagerung der Messwelle verzichtet, entsteht ein hochgenaues, komplett verschleissfreies Messgerät. Bei en zur Messungen von Reaktionsmomenten, in denen grosse Messbereiche, extreme Überlastsicherheit und hohe Auflösung gefragt sind, bewähren sich piezoelektrische Sensoren. Mit ihnen lassen sich auch bei sehr hohen mechanischen Lasten kleinste Drehmomentschwankungen problemlos erfassen. Mit DMS- und piezoelektrischen Sensoren bietet das Kistler-Sortiment nun Lösungen für alle Messaufgaben. DMS oder Piezoelektrik? Lösungen für jeden Anspruch! DMS Drehmomentsensoren für + Messungen an rotierenden Wellen + maximale Präzision + dynamische und statische Dauermessung Piezoelektrische Reaktionsmomentsensoren für + extreme Überlastsicherheit + hohe Signalauflösung auch bei kleinsten Teilbereichen + grossen Frequenzbereich Grundbegriffe der Kalibrierung Empfindlichkeit Wert der vom Sensor abgegebenen Signaländerung pro Änderung der Messgrösse: Q/ I Ref bei piezoelektrischen Sensoren bzw. U/ I Ref bei DMS-Aufnehmern. FSO Full Scale Output: Vollbereichssignal. Differenz des Ausgangssignals zwischen Null- und Endpunkt des Messbereichs. Hysterese (Umkehrspanne) Maximale Differenz H max zwischen den Kennlinien bei zunehmender und abnehmender Belastung. Kalibrieren Kalibrierung ist die mit einem definierten Verfahren unter vorgegebenen Bedingungen durchgeführte Bestimmung des Zusammenhangs zwischen einer bekannten Eingangsgrösse und einer gemessenen Ausgangsgrösse. Den Referenzwert stellt dabei ein so genanntes Kalibriernormal dar. Beispiel Waage: Durch Auflegen eines definierten und geeichten Prüfgewichtes (Kalibriernormal) lässt sich die Abweichung der Gewichtsanzeige überprüfen. Kalibrierkurve Darstellung der Ausgangsgrösse eines Sensors als Funktion der Eingangsgrösse. Kalibriernormal Das Kalibriernormal stellt die Vergleichsgrösse zur Verfügung, die zur Kalibrierung von Sensoren oder Messgeräten benötigt wird. Das Kalibriernormal ist auf nationale oder international verwendete Normale rückführbar. Kalibrierzertifikat Das Kalibrierzertifikat bzw. der Kalibrierschein enthält neben den bei der Kalibrierung gemessenen Werten auch die Bedingungen, unter denen die Kalibrierung durchgeführt wurde. Kennwert Ausgangssignal des DMS-Aufnehmers bei Nennbelastung, vermindert um das Nullsignal im eingebauten Zustand. Linearität Reale Sensoren zeigen zwischen der Messgrösse und der Sensorausgangsgrösse meist keinen exakt linearen Zusammenhang, d.h. kein konstantes Verhältnis. Die Linearität L max entspricht der maximalen Abweichung zwischen idealem und realem Verlauf des Ausgangssignals in Abhängigkeit der Messgrösse in einem bestimmten Messbereich. Sie wird in Prozent des jeweiligen Messbereichsendwerts (% FSO) angegeben. Der Zusammenhang zwischen Messgrösse und Sensorausgangsgrösse wird durch eine einfache lineare Regressionsanalyse ermittelt. Die Linearität ergibt sich aus den Kenngrössen der Kalibrierkurve bei Be- und Entlastung. Beste Gerade Bestimmung einer linearen Funktion mit Zwangsnullpunkt zur Abbildung der Kalibrierkurve, wobei zwei parallele Geraden mit gleicher Steigung alle Kalibrierwerte einhüllen und den kleinsten Abstand voneinander annehmen. Least-squares-Funktion Bestimmung einer linearen Funktion zur Abbildung der Kalibrierkurve, wobei die Summe der Fehlerquadrate (Abweichung zwischen linearer Funktion und Kalibrierkurve) minimiert wird. 30

31 Kalibrieren Kalibrierverfahren Beim Kalibrieren werden Sensoren mit bekannten Werten einer physikalischen Eingangsgrösse (z.b. Kraft oder Drehmoment) belastet, und die zugehörigen Werte der Ausgangsgrösse werden aufgezeichnet. Der quantitative Wert der Belastung ist genau bekannt, da dieser gleichzeitig mit einem rückverfolgbar kalibrierten, so genannten Werksnormal, gemessen wird. Je nach Verfahren werden Sensoren im ganzen Messbereich oder einem Teilbereich an einem Punkt, stufenweise an mehreren Punkten oder kontinuierlich kalibriert. Beim stufenweisen Kalibrieren erfolgt die Lastaufbringung je nach Kalibrierverfahren mit oder ohne Entlastung zwischen aufeinander folgenden, zu- und/oder abnehmenden Stufen, wobei auf jeder Stufe gewartet wird, bis sich der Messwert stabilisiert hat. Kalibrieren Der neueste Stand der Technik zur Kalibrierung von Drehmomentsensoren ist die elektromotorisch betriebene Drehmoment-Bezugsnormalmesseinrichtung. Sie wurde unter Einbeziehung des Fachlaboratoriums Drehmoment der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig entwickelt. Drehmomente werden über automatisch zusammenstellbare Laufgewichtsmassen verfahrbar auf einem Lasthebel aufgebracht. Dies ermöglicht neben den üblichen statischen Kalibrierungen nun quasikontinuierliches Kalibrieren von Drehmomentsensoren über deren gesamten Messbereich. Das computergesteuerte Kalibrierverfahren ist innerhalb der DIN ISO 9001 von Dr. Staiger Mohilo verankert und bietet Anwendern der Drehmomentsensoren eine komplette, direkt aus der Messmaschine ausgestellte Kalibrierungsdokumentation an, die sich nahtlos in die DIN ISO der Anwender einbindet. Das Kalibrierlaboratorium ist seit Frühjahr 2004 im DKD akkreditiert. Die Erstellung einer Werkskalibrierung (WKS) und einer DKD- Kalibrierung ist damit möglich. Vollautomatische Kalibrieranlage DKD-K

32 Grundlagen piezoelektrische Sensoren Kistler bietet piezoelektrische, piezoresistive, kapazitive und Dehnungsmessstreifen-Sensoren an. Darunter sind piezoelektrische Sensoren prädestiniert für Messaufgaben mit besonders extremen Anforderungen an Geometrie, Temperaturbereich und Dynamik. Beim Messen dynamischer Kräfte in der Montage- und Prüftechnik setzt Kistler daher vorwiegend auf das piezoelektrische Prinzip. Der piezoelektrische Effekt im Detail Unter Piezoelektrik versteht man eine lineare elektromechanische Wechselwirkung zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Zustand von Kristallen, deren Gitterstruktur kein Symmetriezentrum besitzen. Diese Kristalle weisen eine oder mehrere polare Achsen auf, an denen der piezoelektrische Effekt auftritt: Eine von aussen einwirkende Kraft deformiert das Kristallgitter und verschiebt dabei die positiven und negativen Gitterbausteine gegeneinander. Dadurch entsteht ein elektrisches Dipolmoment. Abhängig von der Lage der polaren Kristallachsen zur einwirkenden Kraft unterscheidet man verschiedene Piezoeffekte: Longitudinaleffekt, Schub- oder Schereffekt und Transversaleffekt. Drehmomentsensor Reaktionsmomentsensor Vorteile auf einen Blick Piezoelektrische Sensoren weisen folgende Merkmale aus: Temperaturbeständigkeit bis 300 C, sehr hohe Steifheit, hohe Linearität, vernachlässigbare Hysterese, extrem hohe Überlastsicherheit grosser Frequenzbereich 32

33 Grundlagen der piezoelektrischen Messtechnik Schub- oder Schereffekt Beim Schub- oder Schereffekt ist die piezoelektrische Empfindlichkeit wie beim Longitudinaleffekt von der Form und Grösse des Piezoelements unabhängig. Auch hier erscheint die elektrische Ladung auf den belasteten Flächen des Piezoelements und beträgt im Fall einer Belastung in x-richtung an n mechanisch in Reihe und elektrisch parallel geschalteten Elementen: Prinzip des Schubeffekts Q x = 2 d 11 F x n Schubempfindliche Piezoelemente werden für Schubkraft-, Drehmoment- und Dehnungssensoren sowie für Beschleunigungssensoren verwendet. Sie eignen sich zum Bau von Sensoren, die auch bei Temperaturänderungen ein ausgezeichnetes Verhalten aufweisen, da die mit Temperaturänderungen verbundenen Spannungsänderungen der Sensorstruktur normal zur empfindlichen Schubachse wirken. Angriffsart der Kraft d 11 : piezoelektrischer Koeffizient (bei Quarzkristall = 2,3 pc/n) z F x : Kraft in x-richtung n : Anzahl der Kristallscheiben Ladungsverstärker Kraft-, Dehnungs- und Drehmomentsensoren Quarzscheiben mit piezoelektrischen Eigenschaften lassen sich in Sensoren so anordnen, dass sie eine bzw. mehrere Kraftkomponenten oder einen Drehmoment- Vektor messen können. Für den Einsatz in der Montagetechnik und Produktprüfung bietet Kistler auf piezoelektrischer Basis Einkomponenten-Kraftsensoren, Mehrkomponenten-Kraftsensoren, Dehnungssensoren und Drehmomentsensoren an. Sensor Q Kabel U o = Ausgangsspannung A = Verstärkungsfaktor C t = Kapazität des Sensors C c = Kabelkapazität C r = Bereichs- oder Gegenkopplungskondensator R t = Zeitkonstantenwiderstand (oder Isolationswiderstand des Bereichskondensators) R i = Isolationswiderstand im Eingang (Kabel und Sensor) Q = vom piezoelektrischen Element abgegebene elektrische Ladung Prinzip-Schaltbild einer Messkette 33

34 Grundlagen DMS-Sensoren Wheatstonesche Messbrücke Zur Umwandlung der sehr kleinen Widerstandsänderungen, welche durch die Verformung eines Messkörpers in den DMS hervorgerufen werden, in ein auswertbares Spannungssignal wird in der Regel die Wheatstonesche Messbrücke verwendet. R 3 U B R 4 Die Wheatstonesche Messbrücke R 1 R 4 : Widerstände bzw. DMS U S : Speisespannung U B : Ausgangsspannung E B : Brückenempfindlichkeit R 1 R 2 Diese Messbrücke besteht aus vier Widerständen bzw. DMS. Sie wird von der Spannung U S gespeist. Die Ausgangsspannung U B wird in der Mitte der Brücke abgenommen. Über die Brückenempfindlichkeit E B ergibt sich der Zusammenhang von Ausgangsspannung mit k-faktor und Dehnung ε. Je nach Ausführung können unterschiedlich viele Widerstände als DMS ausgeführt sein. Bei einer Vollbrücke sind alle vier Widerstände als DMS ausgeführt und werden durch einen äusseren Einfluss, wie Drehmoment oder Kraft, in ihrem Widerstandswert verändert. E B = U B = k ε U S Durch die Anordnung der DMS auf dem Messkörper (siehe Grafik) werden zwei DMS gestaucht (bei R 1 und R 4 nimmt der Widerstand ab) und zwei gedehnt (bei R 3 und R 2 steigt der Widerstand). Aufgrund der Art des Messkörpers und der Belastung ist es nicht immer möglich, DMS bei einer Belastungsrichtung zu dehnen U S und zu stauchen. In diesem Fall müssen entweder zwei Widerstände (Halbbrücke), oder sogar drei Widerstände (Viertelbrücke) durch Festwiderstände ersetzt werden. Die Empfindlichkeit der Messbrücke ist in diesem Fall entsprechend geringer. Die Temperaturabhängigkeit der Messbrücke ist ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal. Daher werden bei Viertel- und Halbbrücken die Festwiderstände in der Regel auch als DMS ausgeführt, die geometrisch sehr nahe bei einander liegen und sich durch die Belastung nicht verändern. Bei einer Temperaturänderung erhöhen sich die Widerstandswerte der DMS (z.b. bei R 1 und R 3 ) um dieselben Beträge, so dass sich die Ausgangsspannung nicht ändert. Für DMS-Sensoren werden fast ausschliesslich Vollbrücken verwendet. Die Messbrücke wird in der Regel mit weiteren Widerständen zur Kompensation verschiedener Einflüsse ergänzt. Auf einer Struktur verlötete Dehnungsmessstreifen Vorteile der DMS-Sensoren + Höchste Genauigkeit und Linearität + Statische Langzeitmessungen können durchgeführt werden. + Eine statische Kalibrierung mit einer Gewichtsbelastung ist einfach durchzuführen. Messkette mit DMS Spannungen, die von der Messbrücke erzeugt werden, liegen im Bereich von einigen mv. Um den Einfluss möglicher elektromagnetischer Felder zu minimieren, werden die Leitungen für die unverstärkten Analogsignale so kurz wie möglich gehalten. In der Regel verstärkt ein Differenzverstärker die Spannung und digitalisiert sie anschliessend. Differenzverstärker weisen einen sehr grossen Eingangswiderstand und eine hohe Gleichtaktunterdrückung auf. R 2 R 4 R 1 R 3 Ein angelegtes Drehmoment tordiert eine Messwelle, beeinflusst die Widerstände der Vollbrücke R 1 bis R 4 und erzeugt somit eine zum Drehmoment proportionale Spannung 34