Alluris Kraftmessgerät mit Krafteinleitungsteilen

Kraftmessgerät

Unter einem Kraftmessgerät wird ein Messinstrument mit direkter Anzeige der SI-Einheit Newton [N] verstanden, mit dem eine Kraft ausgeübt wird oder auf das eine Kraft einwirkt. Dazu wird das Gerät als Hand-Kraftmessgerät auf das zu prüfende Objekt gedrückt oder vom Objekt weggezogen oder als Kraftaufnehmer fest fixiert in einen Prüfstand eingebaut, um die für die Messung notwendige Kraft gleichförmiger ausüben zu können.

Die meisten Kraftmessgeräte können in einer Kraftachse sowohl Zug- als auch Druckkraft messen. Die Kraftachse kann bei modernen digitalen Kraftmessgeräten bidirektional belastet werden. Bei mechanischen Geräten erfolgt die Verformung des Messkörpers nur in eine Richtung. Daher müssen diese Kraftmesser bei Wechsel von Zugkraftmessung auf Druckkraftmessung gedreht werden. Hydraulische Kraftmessgeräte messen zumeist nur die Druckrichtung.

Anwendungen von Kraftmessgeräten

Professionelle Nutzung in der Qualitätssicherung

Im industriellen Umfeld werden Kraftmessgeräte zumeist zur Überprüfung der Produkt-Qualität und Prozess-Stabilität eingesetzt. Hierbei werden die während der Entwicklung und Produktvalidierung festgelegten Grenzwerte für mechanische Materialeigenschaften durch zerstörende oder nicht-zerstörende Prüfung ermittelt. Dies können sowohl Zug- und Bruchfestigkeit von Materialien oder Verbindungen, als auch funktionsbedingte Kräfte, wie Haft- oder Haltekräfte, Öffnungs- und Schließkraft, Reibungskraft oder Federkraft von mechanischen Elementen oder taktiles Verhalten von Bedienelementen, wie Tasten und Schalter sein.  

Zur sporadischen Ermittlung von Press- oder Haltekräften in Maschinen sind Kraftmessgeräte mit einem flachen, externen Sensorelement oft besser geeignet, da die Messstellen zwischen zwei Maschinenelementen zumeist beengt sind. Um einen Einpress- oder Fügevorgang an handbetätigten Pressen zu überwachen, kann ein Kraftsensor mit direkter Anzeige zwischen den Pressenstössel und dem Werkzeug eingebaut werden.

Um Material- oder Komponenteneigenschaften genauer zu charakterisieren, werden Kraft-Weg-Diagramme erstellt, wobei zur Ermittlung der Messdaten in der Regel ein Prüfstand eingesetzt werden muss und neben dem Kraftmessgerät auch ein zeitsynchron getakter Wegsensor benötigt wird.

 

Sicherheitstechnische Anwendungen von Kraftmessgeräten

Kraftmessgeräte werden auch eingesetzt, um regelmäßig die Anforderungen an die Sicherheit einer technischen Anlage oder eines Produktes zu überprüfen. In diesem Einsatzgebiet gibt es eine Reihe unterschiedlicher Vorschriften und Normen, die Sach- oder Personenschäden verhindern sollen. So werden z.B. Öffnungs- und Schließkräfte von automatischen Türen in Gebäuden oder Fahrzeugen nach Unfallverhütungs-Vorschriften geprüft, die Standfestigkeit von Grabsteinen ermittelt oder die Einhaltung der Mindest-Zugfestigkeit von verschluckbaren Teilen nach der EG-Spielzeug-Richtlinie getestet.

 

Kraftmessgeräte zur Ermittlung der Muskelkraft

Im medizinischen und therapeutischen Bereich werden Kraftmessgeräte eingesetzt, um die Muskelkraft zu testen. Ziel dieser sehr speziellen Kraftmessung ist es, zu prüfen, ob therapeutische Massnahmen erfolgreich verlaufen oder Trainingsprogramme im Leistungssport einen entsprechenden Kraftanstieg erzielen.

 

Typische Bauarten von Kraftmessgeräten

Mechanisches Kraftmessgerät

Einfache Federwaagen mit Newton-Anzeige, als einfache mechanische Kraftmesser, haben den Nachteil, dass eine relativ große Verformung (also Verlängerung der Spiralfeder) benötigt wird, um eine hinreichend gute Skalenauflösung zu erreichen. So verlängert sich eine Federwaage z.B. bei einem Messbereich von 10 N um ca. 100 mm, um eine Skalenauflösung von 0,1 N zu erreichen. Bedeutend kürzer wird der Messweg bei mechanischen Kraftmessgeräten mit Analogskala. Hier wird, wie bei einer Messuhr, die Kompression oder Elongation einer Spiralfeder auf einen Zeiger übertragen, um die Auflösung zu Lasten der Messgenauigkeit zu erhöhen.

Prinzipskizze: Aufbau mechanisches Kraftmessgerät

 

Hydraulisches Kraftmessgerät

Die hydraulischen Kraftmessgeräte werden oft aufgrund der typischen runden Bauform mit Hohlkörper und der abgesetzten Kraftanzeige als Kraftmessdose oder Druckmessdose bezeichnet. Auch in diesen mit Flüssigkeit gefüllten Messgeräten wird eine Metallmembran unter Einwirkung der Kraft elastisch verformt. Die dadurch entstehende Verringerung des Volumens erhöht den Druck proportional, oder das Volumen wird verdrängt (siehe Skizze). Kraftmesser, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind, können in der Regel nur in eine Wirkrichtung messen und werden meistens zur Messung von sehr hohen Kräften eingesetzt.

Prinzipskizze: Hydraulisches Kraftmessgerät oder Kraftmessdose

 

Modernes digitales Kraftmessgerät

Digitale Kraftmesser basieren heute im wesentlichen auf Sensoren mit DMS (DehnungsMessStreifen). Die sehr geringe elastische Verformungen eines Sensorkörpers wird dabei auf ein Messgitter übertragen, wodurch dessen Leitungs-Querschnitt durch die Dehnung- und/oder Stauchung verändert wird. Diese Querschnittsänderung verursacht eine Änderung des elektrischen Widerstands, der in der Messelektronik ausgewertet wird. Im Prinzip findet auch hier das Hook'sche Gesetz im übertragenen Sinn Anwendung, allerdings wird die Proportionalität durch konstruktive Massnahmen am Kraftaufnehmer und Algorithmen in der Elektronik hergestellt. 

Prinzipskizze: Dehnungsmessstreifen (DMS) zur Kraftmessung

Der Vorteil eines digitalen Kraftmessers liegt im sehr geringen Nennmessweg von 0,1 bis 0,3 mm, bei hoher Auflösung und Genaugkeit. Parasitäte Krafteinflüsse aus der Krafteinleitung oder der Lage des Kraftmessgerätes im Raum sind wesentlich geringer und es läßt sich daher eine bedeutend bessere Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse erzielen.

 

Besondere Eigenschaften der Alluris® Kraftmessgeräte

Ein hervorragendes Preis-/Leistungsverhältnis und die qualitativ hochwertige Ausführung "MADE IN GERMANY" zeichnen unsere digitalen Kraftmessgeräte aus. Seit Gründung des Unternehmens erweitern wir die Produktpalette für die Kraftmessung kontinuierlich und können Ihnen so maßgeschneiderte Lösungen und das richtige Kraftmessgerät für Ihre Messaufgaben bieten.

Robuste Gehäuse

Da ausschließlich das Sensorelement und nicht das Gehäuse oder die Krafteinleitung zur Ermittlung der Kraft verformt werden soll, sind alle Alluris Kraftmessgeräte mit integrierter Messzelle mit einem einteiligen, robusten und extrem steif konstruierten Metallgehäuse gebaut, bei Messbereichen bis 1000 N in Alu-Druckguss, bei höheren Kraftbereichen aus Stahlguss.

Zuverlässige Kraftmesstechnik

Anstelle einer einfachen Wägezelle setzten wir in den digitalen Kraftmessgeräten der Baureihen FMI-B und FMI-S ausschließlich eigengefertigte Kraftaufnehmer ein. Dadurch ist es möglich, die Kraftsensoren, die Auswerteelektronik und die Gehäuse für jeden Kraftmessbereich speziell abzustimmen. Die konstruktive Einheit von Kraftsensor und umgebendem Gehäuse bei den beiden FMI-B/S Baureihen, führt zu um 90% reduzierten Schäden durch Überlastung der Messzelle. Lotrechte, reibungsfreie Krafteinleitung und eine möglichst geringe Masse bei gleichzeitig hoher Biegesteifigkeit zeichnen gute digitale Kraftmessgeräte aus.

Energiespartechnik

Ein Kraftmessgerät der Serie Alluris® FMI-S ist immer betriebsbereit durch die unabhängige Energieversorgung mit Photovoltaik. Einzigartig bei diesem innovativen Konzept ist der für ein Kraftmessgerät extrem niederige Energiebedarf. Die Alluris® Kraftmessgeräte der Serie FMI-B nutzen ebenfalls diese innovative Energiespartechnik. Dadurch werden bis zu 150 Stunden Betriebsdauer ohne Aufladen erreicht und der LiPo-Akku behält aufgrund der seltenen Ladevorgänge auch noch nach Jahren intensiver Nutzung des Kraftmessgerätes seine volle Kapazität.

Kalibrierung, Service und Garantie

Sowohl die digitalen Alluris Kraftmessgeräte als auch die mechanischen Kraftmesser, die das Vertriebsprogramm ergänzen, können in unserem zertifizierten Labor kalibriert werden. Zu unserer Kalibrierdienstleistung gehört auch, wenn notwendig, eine Justierung und ein Update auf die neuste Firmwareversion. Für registrierte Geräte der Baureihen FMI-B und FMI-S gewähren wir bei regelmäßiger Kalibrierung und Service eine Gerantieverlängerung.

 

Normative Verweise

 

DAKKS DKD-R 3-3 Kalibrierung von Kraftmessgeräten (kostenfrei zu beziehen bei: Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS))

VDI/VDE 2624 2.1 Messen mechanischer Größen - Anweisung zum Kalibrieren von Handkraftmessgeräten (zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH)


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