Kraftmessung leicht gemacht

Die Anforderung, Kräfte in Prozessen zu überwachen, gewinnt im Maschinenbau immer mehr an Bedeutung. Das hat hauptsächlich drei Gründe: Zum einen stellen Maschinenbauer immer mehr hydraulische Antriebe auf elektrische Antriebe um, und dort wo bei der Hydraulik der Drucksensor eingesetzt wird, muss es bei einem elektrischen Antrieb ein Kraftsensor sein. Zum anderen machen es höhere Anforderungen an die Maschinen nötig, Kräfte immer genauer zu regeln. Dort, wo gestern noch der Motorstrom als Regelung ausgereicht hat, muss es heute oft schon eine Kraftmesstechnik sein. Außerdem werden mit steigenden Qualitätsanforderungen mehr und mehr Prozessdaten erhoben. So wird es beispielsweise auch notwendig, Kräfte beim Zusammenpressen von Einzelteilen für jede Pressung nachvollziehbar zu dokumentieren.
Meist eignet sich die Methode der indirekten Kraftmessung am besten zur Bestimmung der Kraft. Dafür muss nur eine Position an der Anlage gefunden werden, ander reproduzierbare Längsdehnungen existieren. Einen Dehnungsmessstreifen (DMS) direkt auf die Anlage zu applizieren, stellt sich dagegen oft als schwierig heraus. So muss die Oberfläche sehr strikten Ansprüchen an Oberflächengüte und Sauberkeit genügen. Das Verwenden der Klebstoffe und das Durchführen der Klebung erfordern häufig spezielle Schulungen des Personals um am Ende zu dem gewünschten Ergebnis zu kommen. Und selbst bei perfekt ausgeführten Klebungen spielen Querkräfte in der Applikation dem Ingenieur häufig einen Streich beider Auswertung der Daten. Dehntrafos sind Allrounder
Die Firma Baumer bietet die Möglichkeit, mit Hilfe von Dehntrafos eine einfache, indirekte Kraftmessung durchzuführen. Ein Dehntrafo ist ein Dehnungssensor der lineare Dehnung in einer Richtung aufnehmen kann. Hierzu wird der Dehntrafo auf eine plangefräste Fläche aufgeschraubt. Die entstehende Flächenpressung hält die Enden des Dehntrafos in Kontakt mit dem Basismaterial, so dass eine Dehnung des Basismaterials auf den Dehntrafo übertragen wird.
Das Messglied der Dehntrafos ist eine FEM-optimierte DMS-Vollbrücke. Diese ist zusätzlich temperaturkompensiert, so dass Temperaturänderungen während des Messvorgangs nicht zu Messfehlern führen. Baumer Dehntrafos gibt es mit Dehnungsbereichen von 0..100µ bis 0..750µ. Durch optimierte Geometrien können für jede Dehnung die für die DMS geeigneten Dehnungsbereiche genutzt werden. Die Dehntrafos besitzen einen integrierten Brückenverstärker. So muss das gegen elektromagnetische Strahlung hochempfindliche Brückensignal nicht über ein Kabel zu einem Verstärker transportiert werden, sondern das Ausgangssignal ist sofort ein stabiles analoges Strom- oder Spannungssignal. Zusätzlich gibt es die Option einer integrierten CANopen Bus-Schnittstelle. Alle Verstärker haben einen Reset-Eingang, so dass mechanische Verspannung durch Aufschrauben des Sensors zurückgestellt werden kann. Zusätzlich ermöglichtes der Reset-Eingang, Vorspannungen in der Maschine zurückzustellen. Warum Dehntrafos?
Dehntrafos sparen Zeit und Geld. Eine Berechnung zeigt, dass man im Vergleich zum Aufkleben von DMS zwischen 40 und 90 Minuten an Zeit einspart.
Durch die kompakte Bauweise kann der kleine Allrounder nahezu überall angebracht werden. Gerade die indirekte Kraftmessung ermöglichtes, Sensoren weit weg von kritischen,prozessnahen Bereichen zu positionieren. So hat man geringere Temperaturbereiche oder weniger elektromagnetische Strahlung als beispielsweise in der Nähe von Schweißanlagen. Zusätzlich sind solche Bereiche leichter zu erreichen, so dass Rüstzeiten gesenkt werden. Darüber hinaus spart man weitere Zeit dadurch, dass sich alle Klebeprozesse durch die Verschraubungstechnik erübrigen.
Durch die Integration des Brückenverstärkers in das Produkt erreicht man eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit als bei einem konventionell abgesetzten Verstärker. Anwendungsbeispiele
Einen Dehntrafo kann man überall dort einsetzen, wo lineare Dehnungen erwartet werden. Einfache Beispiele sind Pressen und Stanzen. Diese haben Stützen, die durch das Zufahren der Presse gedehnt werden und deren Längung proportional zur Presskraft ist. Die Dehnung dieser Stützen eignet sich sehr gut zur Prozessüberwachung. Die Presskraft kann nach gleichem Prinzip auch direkt am Zylinder oder an einem Kniehebel aufgenommen werden. In ähnlicher Weise können auch Kräfte bei Walzen oder bei Werkzeugmaschinen aufgenommen werden. Hier ist es möglich, Biegungen und Längungen am Rahmen zur Kraftmessung heranzuziehen. Resümee
Kraftmessung mit Dehntrafos ist überall dort interessant, wo eine indirekte Messung möglich ist. Hier kann die Kraftmessung an einer gut zugänglichen Stelle angebracht werden. Durch einen integrierten Verstärker und einen Reset-Eingang können Einflüsse durch elektromagnetische Strahlung minimiert und mechanische Vorspannungen eliminiert werden.