Wir sagen „starke Leistung!“
Wir feiern unseren 10.000 Kraftaufnehmer
31.03.2022
#10.000 Kraftaufnehmer Serie K
1989 wurde der erste Kraftaufnehmer der Serie K entwickelt, 2022 haben wir den 10.000 Kraftaufnehmer der Serie K ausgeliefert und das für den Kraftbereich von 10.000 Newton. Wir finden das ist ein Grund zum Feiern und um einen genaueren Blick auf die Entwicklung unserer Kraftsensoren zu werfen.
Mehr als 30 Jahre Serie K – Vom ersten Kraftsensor zum Meister der Präzisionsmessung
Die Geschichte der Serie K Kraftaufnehmer begann 1989, die des ersten Kraftaufnehmers bereits 1942. Damals entwickelte Edward E. Simmons den ersten DMS-basierten Kraftsensor. Man sollte meinen nach so vielen Jahrzehnten gäbe es nichts mehr zu entwickeln. Dem ist nicht so. Über die Jahre hinweg wurden Kraftsensoren zunehmend präziser und auch die Anzahl der zu messenden Komponenten nahm stetig zu. Die heutigen Kraftsensoren sind in der Lage Kräfte von wenigen Millinewton bis 50 Meganewton mit einer Genauigkeit zu messen, zu der derzeit keine andere Technologie in der Lage ist. Kraftaufnehmer sind damit wahrliche Meister der Präzision.
Wie genau unsere Kraftsensoren sind, zeigt ihr Einsatz als Krafttransfernormal in Prüfständen zur Kalibrierung anderer Kraftmessdosen. Sie überzeugen durch eine drei Mal höhere Genauigkeit als Standard-Kraftaufnehmer.
Neben dem Know-How unserer Entwickler, ermöglichte auch die zunehmende Rechnerleistung und die immer besseren Analysetools diese Entwicklung. Sie ermöglichen es dem Entwickler auf Basis von Berechnungen z.B. die optimale Kraftaufnehmer-Kontur zu finden, Optimierungen von Krafteinleitungsstellen vorzunehmen oder die besten DMS-Applikationspunkte zu bestimmen. Bei GTM werden diese Tools bereits seit Beginn der 90er Jahre eingesetzt. Dank der heutigen Modelle können neue Kraftaufnehmer so in einem Bruchteil der Zeit und mit einem Minimum an Versuchen zur Serienreife geführt werden. Auch kundenspezifische Sonderlösungen lassen sich hierdurch mit überschaubarem Aufwand entwickeln.
Vielseitige Einsatzgebiete stellen eine hohe Zahl an Anforderungen
Kraftaufnehmer werden für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt, wie z. B. in Prüfmaschinen und Prüfständen für Material-, Bauteil- oder Funktionsprüfungen, in der Kunststoff- und der Medizintechnik oder in Fahr- und Flugsimulatoren. Sie sind außerdem ein wichtiges Element der Kalibrierkette zur Kräfterückführung auf das nationale Normal. Dabei müssen Sie Kräfte in unterschiedlichen Richtungen und mit sehr schnellen zeitlichen Änderungen messen können. Dazu müssen ihre mechanischen Schnittstellen konstruktiv so ausgebildet sein, dass sie mit den angeschlossenen Maschinenkomponenten eine steife und absolut spielfreie Verbindung bilden. Kraftaufnehmer sind daher immer statisch mehrfach unbestimmt eingebaut. Weiterhin müssen Kraftsensoren verschiedensten Temperaturen trotzen. Temperatur ist „der Feind der Dehnungsmessung“, da sie ebenfalls Dehnung auslöst, die der DMS nicht von der durch Belastung verursachten Dehnung unterscheiden kann. Durch die kluge Verschaltung und spezifische Anordnung der DMS, hat GTM eine gute Lösung gefunden, den Temperatureinfluss zu kompensieren. Weiterhin werden durch Anwendung des Biegeringprinzips mechanische Einflüsse aus Anschraubflächen und exzentrischer Krafteinleitung kompensiert.
Wie sieht so ein Kraftaufnehmer eigentlich aus und wie funktioniert er?
Kraftsensoren bestehen aus einem flachen, zylindrischen Aufnehmerkörper, der Messfeder, aus Krafteinleitungsteilen, aus Dehnungsmessstreifen und aus zusätzlichen Elektronischen Bauteilen. Über die Krafteinleitungsteile und definierte Einleitungsflächen wird die zu messende Kraft in den Federkörper eingetragen. Diese dehnt oder staucht die applizierten Dehnungsmessstreifen elastisch, was wiederum eine elektrische Widerstandsänderung erzeugt, die durch die DMS-Messelektronik in ein kraftproportionales Messsignal umgeformt wird und dadurch weiterverarbeitet werden kann. Die Kraftaufnehmer der Serie K nutzen als integrierendes Messverfahren das Biegeringprinzip und setzen damit Maßstäbe hinsichtlich Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Qualität der Messergebnisse. Dies hat vor allem den Vorteil, dass sie eine geringe Empfindlichkeit gegenüber parasitären Einflüssen wie Querkräfte, Biegemomente, Torsionsmomente oder Temperaturschwankungen aufweisen.
Was ist die Besonderheit der DMS-Spiralen?
Ein sehr wichtiges Element in der Kraftmessung sind Dehnungsmessstreifen (DMS). Kraftsensoren verfügen klassischerweise über diese DMS. Sie liefern bei klug gewählten Applikationsstellen vernünftig ableitbare Messsignale. Wieso aber jetzt plötzlich Spiralen statt Streifen? Dehnungsmessspiralen machen auch Ergebnisse in den höchsten Genauigkeitsklassen möglich. GTM ist einer der wenigen Hersteller von Kraftaufnehmern, der diese Spiralen einsetzt. Und nicht nur das: bei diesen Spiralen handelt es sich um eine ursprünglich patentierte Eigenentwicklung der GTM. Auch heute noch werden sie in Eigenfertigung hergestellt und eingesetzt.
Bei den Dehnungsmessspiralen handelt sich um in einem Trägerbett eingelegte, hauchdünne, zu einer Spirale gewickelte Widerstandsdrähte. Ein weiterer Vorteil der Spiralen gegenüber der Streifen ist, dass sie die komplette Messstelle des Aufnehmers abdecken. Sie wirken gleichmäßig über den gesamten Umfang. Es gibt deshalb keine Vorzugsrichtungen. Zudem können die Dehnungsmessspiralen mit höheren Speisespannungen versorgt werden, weil die dabei entstehende Wärmeenergie über eine große Fläche verteilt und problemlos abgeführt werden kann. Das bietet einen zusätzlichen messtechnischen Vorteil.
Schauen wir uns abschließend nochmal an was einen Kraftaufnehmer der Serie K so besonders macht:
+ Seine kompakte Bauform
- Der Serie K Kraftsensor ist in dieser Präzisionsklasse einer der kleinsten und präzisesten Aufnehmer auf dem Markt.
- Sein flacher, zylindrischer Körper eignet sich optimal für den Einbau in die unterschiedlichsten Konstruktionen.
+ Seine Kontur
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Durch die Integration des Messsignals werden mechanische Störeffekte über den gesamten Aufnehmerumfang optimal kompensiert.
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Durch die Verwendung kriechärmster Werkstoffe und einer kriechfreien Dehnungsmessspirale entfällt die Notwendigkeit Kriechen zu kompensieren.
+ Seine Krafteinleitung
- Durch Verwendung von Krafteinleitungsringen wird eine größtmögliche Unabhängigkeit von der Ebenheit und Steifigkeit der Anbauteile erzielt.
+ Sein integrierendes Messprinzip
- Durch das Biegeringprinzip mit Dehnungsmessspirale wird der gesamten Kraftfluss erfasst. Außerdem sind kleine Messfehler zu vernachlässigen, da Störkomponenten sehr stark unterdrückt werden.
- Torsionsmomente haben keinen Einfluss.
- Die Krafteinleitungsteile sind unabhängig von der Steifigkeit.
+ Seine Langlebigkeit
- Durch seine Bauform und die verwendeten Materialien ist ein langzeitstabiles Messen über viele Jahre und der Einsatz unter harten Umweltbedingungen problemlos möglich.
- Kraftaufnehmer der Serie K sind hermetisch dicht gebaut, d.h. der gesamte Kraftsensor ist metallisch gekapselt und mit Edelgas gefüllt. Er ist ebenfalls in rostbeständiger Ausführung erhältlich. In diesem Fall werden Luft- und Raumfahrtstähle verwendet.
Und wo geht die Reise für unsere Kraftaufnehmer jetzt noch hin?
Hinsichtlich der Nennlast sehen wir die Grenzen des Machbaren mehr oder minder als erreicht an. Auch Material und Verschraubtechnik kommen an ihre Grenzen. In Bezug auf die Anzahl der zu messenden Komponenten ist aber noch Luft nach oben.
Viel wichtiger für uns ist, unsere Dienste für Sie noch weiter zu optimieren, sodass Sie schnell und einfach an ihren maßgeschneiderten und auf Ihre Anforderungen zugeschnittenen Kraftaufnehmer kommen. Unser gesetztes Ziel, Zeitersparnis auf Ihrer Seite bei der Beschaffung Ihres individuellen Kraftsensors. Hier zählen vor allem kurze Lieferzeiten und kurze, schnelle Wege zu ihrem individuell konfigurierten Kraftaufnehmer.
Kennen Sie schon unseren neu entwickelten Konfigurator der Serie K? Wenn nicht, probieren Sie ihn am besten gleich aus und konfigurieren Sie sich in weniger als einer Minute Ihren passenden Serie K Kraftaufnehmer.
Sollte dennoch aus über 13.000 Varianten nicht das richtige für Sie dabei sein, melden Sie sich persönlich bei uns! Unsere Kollegen können dank ihrer langjährigen Erfahrung beratend zur Seite stehen und gemeinsam finden wir auch in diesem Fall den für Ihre Applikation passenden Kraftsensor.