Kraftmesstechnik Quo Vadis?
Ist es lohnend in die Entwicklung von Kraftmessdosen zu investieren? 2
HBM Quo vadis Kraftmesstechnik? Hohe Genauigkeiten Flexibilität Hohe Nennkräfte Robustheit Angemessene Kosten
Genauigkeit Hohe Genauigkeiten Neue, strengere Regularien erfordern hohe Genauigkeiten End-of-the-line-Tests: Geringere Toleranzen, um Ihren Ausschuss zu verringern => Geringere Messunsicherheit hilft, Ihre Ziele zu erreichen und garantiert Zukunftssicherheit
Genauigkeit Federkörper Wird eine Kraft in den Federköper eingeleitet, entstehen mechanische Spannungen Beispiel: Dehnung ist 1000 µm/m U U U U 0 0 U U 0 Mechanische Spannungen ziehen Dehnungen nach sich. DMS wandeln diese in Widerstandsänderungen k ( 1 2 3 4) 4 (1000 10 4 ( 1000 10 Die Wheatstone Brücke wandelt Widerstandsänderungen in messbare elektrische Spannungen 2 6 6 6 6 2mV / V ) 1000 10 ( 1000 10 )) 5
Genauigkeit Verschiedene Fehlerarten und Ihr Einflussmechanismus Category 1: Fehler, die sich relativ zum Messwert berechnen Beispiele: Temperaturkoeffizient des Kennwertes, Kriechen, Category 2: Fehler, die sich auf den Endwert beziehen Beispiele: Temperaturkoeffizient des Nullpunktes, Biegemomenteinfluss, Alle Fehler, die sich auf den Endwert beziehen, haben grossen Einfluss (bei kleinen Messwerten) Beispiel: S9M/1kN, Messwert: 100N TKC: 200ppm/10K relativ zum Messwert => 200ppm von 100N=0,02N Beispiel: S9M/1kN, Messwert: 100N TKNull: 200ppm/10K relativ zum Endwert. => 200ppm von 1000N=0,2N => Bei einer Kraft, die 1/10 des Messbereiches ist, vergrössert sich der TKNUll um den Faktor 10 6
Genauigkeit S9 S9M Hysterese 0,1 0,02 Linearität 0,05 0.02 TKNull 0,05 0,02 TKC 0,05 0,02 Kriechen 0,05 0,02 S2 S2M Hysterese 0,1 0,02 Linearität 0,05 0.02 TKNull 0,05 0,02 TKC 0,05 0,02 Kriechen 0,05 0,02 7
Genauigkeit Beispiel: S2M/500N. Messzeit: 30 min, Temperaturänderung: 20 C S2 S2M Hysterese 0,1 0,02 Linearität 0,05 0.02 TKNull 0,05 0,02 TKC 0,05 0,02 Kriechen 0,05 0,02 150 N 20 N 5 N 0,26 N = 0,17% 0,26 N = 1,3% 0,26 N = 7,2% 0,043 N = 0,028% 0,042 N = 0,2% 0,042 N = 0,8% 8
Genauigkeit 9
Genauigkeit Voraussetzungen: - Kleiner TKNull - Hohe Steifigkeit für gute Dynamik - Kleines Kriechen (Sonst hohes Rückkriechen nach hoher Belastung) - Kalibrierung auf hohem Niveau - Kleiner Temperaturgradientenempfindlichkeit - Zwei verschiedene Messverstärker mit verschiedenen Charakteristika 10
Hohe Nennkräfte Hohe Nennkräfte Bisher: Kräfte bis 500 kn ausreichend Heute: Neue Industrien erfordern neue, höhere Nennkräfte 11
Hohe Nennkräfte 10 MN Zug und Druck 1,5 3 MN Zug und Druck 7,5 20 MN Druck ISO376 Klasse 0.5 10 MN Druck 12
Hohe Nennkräfte Sensors for NMI s Emrp Project? 3 MN (geliefert) Druck ISO376 Klasse 0.5 6 MN (geliefert) Druck ISO376 Klasse 0.5 10 MN (in Planung) Druck ISO376 Klasse 0.5 13
2.5 kn 5 kn 10 kn 25 kn 50 kn 100 kn 250 kn 500 kn 1 MN Hohe Nennkräfte Sensor für Druckkräfte C10 14
Robustheit 15
Robustheit - IP68 - Nennkräfte: 500 N => MN Range (10 MN+) - Hermetisch verschweisst - Rostfreie Materialien 16
Robustheit Biegemoment F in M b Testing für U10 / U15: Biegemomentkompensation zum zuverlässigen Einsatz unter ungünstigen mechanischen Bedingungen 17
Robustheit Elektrische Biegemomentkompensation Keinerlei mechanische Eingriffe in den Sensor. => Keine Kerbspannungen bei Erhaltung von sehr guter Genauigkeit 18
Flexibilität Der Sensor muss sich schon bei der Bestellung seiner Messaufgabe anpassen Flexible Kabel oder Stecker IP67 oder IP68? TEDS? Mechanische Integration 19
Flexibilität IEEE 1451.4 TEDS Standard: Parametrierung der Kraftmesskette ohne Eingabe von Charakteristika des Sensors! History HBM hat sich von Begin an in dieser Arbeitsgruppe engagiert (zusammen mit anderen führenden Herstellern von Messtechnik, z.b. GRAS, B&K Gültig seit 2004 20
Flexibilität IEEE 1451.4 Class 2 MMI, 4-20 ma Aktuator Zwei weitere Leitungen erforderlich Für Kraftsensoren: 8 Leitungen => Neue oder strak überarbeitete Infrastruktur ist notwendig 21
8 Adern Flexibilität TEDS U Signal 22
6 Adern Flexibilität HBM Zero-Wire - Technologie 23
Flexibilität TEDS Module: Übernahme in die IEEE 1451.4 (Wahrscheinlich 03/2015) 1451.4 Class 3 TEDS module Data acquisition system with strong pullup + 5V - Bridge Excitation, TEDS - - SUPPLY 499 4,7n 49.9 - Bridge Sense, TEDS + Transducer DC inverter -5V 100k -5V 100nF + - TEDS 24
Flexibilität C10 - Doppelbrücken - Abgeglichener Ausgang - 4 mv/v oder 2 mv/v (50% Kalibrierung) - TEDS (automatischer Set up) - Mit oder ohne Fussadapter - Steckerschutz - Stecker oder integriertes Kabel (IP68 mit Kabelausgang) 2304 mögliche Kombinationen 26
Flexibilität Wirtschaftliche Sensoren für vielfältige Anwendungen U9c / C9c 28
Flexibilität 480 mögliche Kombinationen 29
HBM Quo vadis Kraftmesstechnik? Hohe Nennkräfte Genauigkeit..vergrössert den nutzbaren Messbereich..macht die Messkette zukunftssicher..ist einer der wesentlichen Technologietreiber..werden immer öfter angefragt..flaschenhals: Kalibrierung 20MN lieferbar (Druckkraft) Robustheit..Mechanisch robuste Sensoren durch optimierte Rauhigkeitswerte (Kerbspannungen)..IP68 und verschweisste Gehäuse
HBM Quo vadis Kraftmesstechnik? Flexibilität..vorgedachte Konfigurationen erfüllen >90% aller Anforderungenbei kurzer Lieferzeit..TEDS wird helfen, Sensoren untereinander zu tauschen, ohne bei der Parametrierung Fehler machen zu können Wirtschaftlichkeit.. Total Cost of Ownership
www.hbm.com/kraft Thomas Kleckers, Product Manager Force M-IMS, HBM Darmstadt Tel: +49 6151 803-570 thomas.kleckers@hbm.com HBM Piezoelectric transducer Customer presentation 2012 08 English measure and predict with confidence