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Piezoelektrische Sensoren

Dynamisches Messen direkt in der Fertigung

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Quarzsensoren können dynamische Kräfte direkt und indirekt messen

Mit der von Kistler seit den Fünfzigerjahren entwickelten Quarzsensortechnik lassen sich dynamische Kräfte sowohl direkt als auch indirekt messen. Bei der direkten Messung liegt der Sensor voll im Kraftfluss (1) und misst die ganze Kraft. Das ergibt eine hohe Messgenauigkeit, die nahezu unabhängig vom Angriffspunkt der Kraft ist. Kann der Sensor nicht direkt in den Kraftfluss platziert werden, misst der Sensor nur einen Teil der Kraft (3) und der Rest fließt über die Einbaustruktur, den sogenannten Kraftnebenschluss, ab. Bei indirekter Kraftmessung wird mit Dehnungssensoren die Prozesskraft indirekt über die Strukturdehnung (2) gemessen.

Außer den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sind auch die Einbaubedingungen zunehmend entscheidend. Die Abmessungen sind häufig ein entscheidender Punkt bei der Auswahl eines Kraftaufnehmers. Quarzsensoren sind außerordentlich stabil, robust und kompakt und erlauben oftmals den Einbau an Messpunkten, wo andere Technologien gar nicht eingesetzt werden können. Daher sind sie nicht mehr nur in der Forschung und Entwicklung, sondern zunehmend auch in Produktionsbereichen und industrieller Prüftechnik weit verbreitet.

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Eine langzeitstabile, dynamische Kraftmessung ist beispielsweise bei den Alterungs- und Belastungsuntersuchungen an Kraftfahrzeugkomponenten erforderlich – also unter anderem bei Druck-, Zug-, Aufprall- sowie Daueruntersuchungen an Schlössern, Türen, Motorhauben, Kofferraumdeckeln, Sitzen, Federn. Quarz-Kraftaufnehmer sind in dieser Hinsicht anderen Aufnehmern überlegen, weil Quarz keine Alterserscheinungen zeigt und damit auch die Kalibrierungen vorwiegend auf Zyklen beschränkt werden können, wie sie in Qualitätssicherungssystemen wie der DIN EN ISO 9001:2015 geregelt sind.

Diese Umstände schlagen sich zeit- und kostensparend in der Gesamtrechnung nieder. Quarz-Kraftaufnehmer bieten demnach bei gewissen Anwendungen sowohl diverse technische Vorteile als auch den Vorteil von markanten Kosteneinsparungen dank ihrer tieferen Lebenszykluskosten.

Neben der dynamischen Kraftmessung, wie beim Stanzen von Blechteilen, finden piezoelektrische Kraftsensoren auch ihre Anwendung bei quasistatischen Vorgängen, zum Beispiel beim Einpressen von Lagern in Motorblöcken, wo die Prozesskräfte zuverlässig aufgelöst werden können. Treten Kraftspitzen auf, die herkömmliche Messsysteme dauerhaft zerstören können, zeigen piezoelektrische Messysteme keine Beschädigung auf.

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