Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 10:18 Uhr

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			[[Kategorie:Steifigkeit Nachgiebigkeit]]

Loeffler-Kamann am 8. Oktober 2024 um 08:29 Uhr

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			==Siehe auch==
			*[[Dehnmessstreifen]]
			*[[Materialprüfmaschine]]
			*[[Zugversuch#Zugversuch, Kraftmesstechnik\|Zugversuch, Kraftmesstechnik]]
			*[[Piezoelektrischer Kraftaufnehmer#Bauarten von Kraftmessdosen\|Piezoelektrischer Kraftaufnehmer – Bauarten von Kraftmessdosen]]

Oluschinski am 23. März 2023 um 10:46 Uhr

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	\|Laible, M., Müller, R. K., Bill, B., Gehrke, K.: Mechanische Größen elektrisch gemessen – Grundlagen und Beispiele zur technischen Ausführung. Expert Verlag, Renningen (2009) 7. Auflage (ISBN: 978-3-8169-2892-8)		\|Laible, M., Müller, R. K., Bill, B., Gehrke, K.: Mechanische Größen elektrisch gemessen – Grundlagen und Beispiele zur technischen Ausführung. Expert Verlag, Renningen (2009) 7. Auflage (ISBN 978-3-8169-2892-8)
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	[[Kategorie:Zugversuch]]		[[Kategorie:Zugversuch]]

Reincke am 16. Februar 2018 um 13:58 Uhr

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	Durch Geometrieänderung (Querschnitt A<sub>0</sub>) können über die [[~~Zugversuch Nachgiebigkeit~~\|Zug- oder Drucksteifigkeit]] E⋅A<sub>0</sub> des Federkörpers Kraftmessdosen für unterschiedliche Kraftmessbereiche (z. B. 0,5 N bis 1000 kN) realisiert werden. Durch die Verformung wird eine Widerstandsänderung der als WHEATSTONE'sche Brücke geschalteten DMS hervorgerufen, die wiederum zu einer Spannungsänderung führt (Gl. 2).		Durch Geometrieänderung (Querschnitt A<sub>0</sub>) können über die [[Steifigkeit#Zugsteifigkeit\|Zug]]- oder [[Steifigkeit#Druck-_und_Knicksteifigkeit\|Drucksteifigkeit]] E⋅A<sub>0</sub> des Federkörpers Kraftmessdosen für unterschiedliche Kraftmessbereiche (z. B. 0,5 N bis 1000 kN) realisiert werden. Durch die Verformung wird eine Widerstandsänderung der als WHEATSTONE'sche Brücke geschalteten DMS hervorgerufen, die wiederum zu einer Spannungsänderung führt (Gl. 2).

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	==Ausführungsvarianten von Kraftmesssystemen==		==Ausführungsvarianten von Kraftmesssystemen==

	Unter Belastung tritt bei dieser Art von Kraftmessdosen immer eine [[Deformation]] auf, die deutlicher größer als die des [[Piezokeramischer Schwinger\|piezoelektrischen Aufnehmers]] ist, und im Sinne der [[Maschinennachgiebigkeit]] nicht mehr vernachlässigbar ist. Moderne Prüfsysteme erlauben deshalb die Aufnahme von Korrekturkurven, die derartige Messeinflüsse der Compliance kompensieren können. Auf Dehnungsmessstreifen basierende Sensoren arbeiten weitestgehend driftfrei und sind deshalb für [[quasistatische Prüfverfahren\|quasistatische und statische Prüfaufgaben]] besonders gut geeignet. Das sogenannte [[Kriechen Kunststoffe\|Kriechen]], d. h. die zeitabhängige, aber reversible Änderung des Ausgangssignals bei konstant einwirkender Kraft, ist außerordentlich gering, da es sich über die Auswahl des Layouts und der Anordnung der [[Dehnmessstreifen]] minimieren lässt. DMS-basierte Kraftmesssysteme erreichen immer dann höhere Grenzfrequenzen, wenn die Nennlast der Aufnehmer groß ist. Kraftmessdosen für kleine Kräfte haben prinzipiell weiche Federkörper mit großen Verformungen und entsprechend niedriger Resonanzfrequenz des Aufnehmers. In der Prüftechnik existieren verschiedene Varianten dieser elektro-mechanischen Kraftmessdosen. Das sind z. B. Biegebalkenaufnehmer, mit der Biegesteifigkeit E I<sub>y</sub> ('''Bild 2a''') und der S-förmige Kraftaufnehmer ('''Bild 2b'''), wobei eine Überlastung generell zur Ablösung des DMS oder zur [[Deformation#Plastische_Deformation\|plastischen Deformation]] des Verformungskörpers ('''Bild 2c''') und damit zur Zerstörung der Kraftmessdose führt [1].		Unter Belastung tritt bei dieser Art von Kraftmessdosen immer eine [[Deformation]] auf, die deutlicher größer als die des [[Piezokeramischer Schwinger\|piezoelektrischen Aufnehmers]] ist, und im Sinne der [[Maschinennachgiebigkeit]] nicht mehr vernachlässigbar ist. Moderne Prüfsysteme erlauben deshalb die Aufnahme von Korrekturkurven, die derartige Messeinflüsse der Compliance kompensieren können. Auf Dehnungsmessstreifen basierende Sensoren arbeiten weitestgehend driftfrei und sind deshalb für [[quasistatische Prüfverfahren\|quasistatische und statische Prüfaufgaben]] besonders gut geeignet. Das sogenannte [[Kriechen Kunststoffe\|Kriechen]], d. h. die zeitabhängige, aber reversible Änderung des Ausgangssignals bei konstant einwirkender Kraft, ist außerordentlich gering, da es sich über die Auswahl des Layouts und der Anordnung der [[Dehnmessstreifen]] minimieren lässt. DMS-basierte Kraftmesssysteme erreichen immer dann höhere Grenzfrequenzen, wenn die Nennlast der Aufnehmer groß ist. Kraftmessdosen für kleine Kräfte haben prinzipiell weiche Federkörper mit großen Verformungen und entsprechend niedriger Resonanzfrequenz des Aufnehmers. In der Prüftechnik existieren verschiedene Varianten dieser elektro-mechanischen Kraftmessdosen. Das sind z. B. Biegebalkenaufnehmer, mit der [[Steifigkeit#Biegesteifigkeit\|Biegesteifigkeit]] E I<sub>y</sub> ('''Bild 2a''') und der S-förmige Kraftaufnehmer ('''Bild 2b'''), wobei eine Überlastung generell zur Ablösung des DMS oder zur [[Deformation#Plastische_Deformation\|plastischen Deformation]] des Verformungskörpers ('''Bild 2c''') und damit zur Zerstörung der Kraftmessdose führt [1].

	[[Datei:elektromechanischerkraftaufnehmer2.jpg]]		[[Datei:elektromechanischerkraftaufnehmer2.jpg]]

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{{PSM_Infobox}}
Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer (Kraftmessdose)
__FORCETOC__
==Physikalisches Messprinzip==

Das physikalische Messprinzip der elektro-mechanischen Kraftmessdose, die auch als Federkörper-Kraftaufnehmer bezeichnet wird, beruht auf der [[Deformation#Elastische_Deformation|linear-elastischen]] Verformung eines geeigneten Deformationskörpers. Bei Anlegen einer Zug- oder Druckkraft entsteht eine elastische Verlängerung oder Kompression und eine dementsprechende Dehnung der auf dem Federkörper applizierten [[Dehnmessstreifen|Dehnmessstreifen (DMS)]]. Diese Verlängerung entspricht dem Verhältnis von angelegter Kraft und der Federkonstanten des Deformationskörpers ('''Bild 1''').

[[Datei:elektromechanischerkraftaufnehmer1.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Schema und Funktionsprinzip der elektro-mechanischen Kraftmessdose
|}

Im Fall des Festkörpers entspricht die Federkonstante dem [[Elastizitätsmodul]] des Federwerkstoffes (Gl. 1).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> \Delta L_{mech} = \frac{F\ L}{E\ A_{0}}</math>
|(1)
|}

Durch Geometrieänderung (Querschnitt A0) können über die [[Zugversuch Nachgiebigkeit|Zug- oder Drucksteifigkeit]] E⋅A0 des Federkörpers Kraftmessdosen für unterschiedliche Kraftmessbereiche (z. B. 0,5 N bis 1000 kN) realisiert werden. Durch die Verformung wird eine Widerstandsänderung der als WHEATSTONE'sche Brücke geschalteten DMS hervorgerufen, die wiederum zu einer Spannungsänderung führt (Gl. 2).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> \frac{dR}{R_{0}}=\epsilon \ (1+2\mu)+\frac{d\rho }{\rho_{0}}</math>
|(2)
|}

mit
{|
|-
|R
|width="15px" |
|elektrischer Widerstand 
|-
|μ
|
|[[Querkontraktion|Poissonzahl]] 
|-
|ρ
|
|Spezifischer Widerstand 
|-
|ε
|
|Dehnung des [[Dehnmessstreifen|DMS]] 
|}

Mit der Proportionalität von elektrischer Spannung und Dehnung der Kraftmessdose kann bei elastischer reversibler [[Deformation]] eine [[Kalibrierung]] in der Krafteinheit vorgenommen werden. Bei Nutzung derartiger Kraftmessdosen in Temperierkammern muss eine Kompensation der thermischen Ausdehnung ΔLther vorgenommen werden (Gl. 3).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> \Delta L_{ther} = \Delta T L_{0} \ \alpha_{ther}</math>
|(3)
|}

mit
{|
|-
|L0
|width="15px" |
|Länge des Verformungselements 
|-
|αther
|
|[[thermischer Ausdehnungskoeffizient]] 
|}

==Ausführungsvarianten von Kraftmesssystemen==

Unter Belastung tritt bei dieser Art von Kraftmessdosen immer eine [[Deformation]] auf, die deutlicher größer als die des [[Piezokeramischer Schwinger|piezoelektrischen Aufnehmers]] ist, und im Sinne der [[Maschinennachgiebigkeit]] nicht mehr vernachlässigbar ist. Moderne Prüfsysteme erlauben deshalb die Aufnahme von Korrekturkurven, die derartige Messeinflüsse der Compliance kompensieren können. Auf Dehnungsmessstreifen basierende Sensoren arbeiten weitestgehend driftfrei und sind deshalb für [[quasistatische Prüfverfahren|quasistatische und statische Prüfaufgaben]] besonders gut geeignet. Das sogenannte [[Kriechen Kunststoffe|Kriechen]], d. h. die zeitabhängige, aber reversible Änderung des Ausgangssignals bei konstant einwirkender Kraft, ist außerordentlich gering, da es sich über die Auswahl des Layouts und der Anordnung der [[Dehnmessstreifen]] minimieren lässt. DMS-basierte Kraftmesssysteme erreichen immer dann höhere Grenzfrequenzen, wenn die Nennlast der Aufnehmer groß ist. Kraftmessdosen für kleine Kräfte haben prinzipiell weiche Federkörper mit großen Verformungen und entsprechend niedriger Resonanzfrequenz des Aufnehmers. In der Prüftechnik existieren verschiedene Varianten dieser elektro-mechanischen Kraftmessdosen. Das sind z. B. Biegebalkenaufnehmer, mit der Biegesteifigkeit E Iy ('''Bild 2a''') und der S-förmige Kraftaufnehmer ('''Bild 2b'''), wobei eine Überlastung generell zur Ablösung des DMS oder zur [[Deformation#Plastische_Deformation|plastischen Deformation]] des Verformungskörpers ('''Bild 2c''') und damit zur Zerstörung der Kraftmessdose führt [1].

[[Datei:elektromechanischerkraftaufnehmer2.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Ausführungsvarianten von elektro-mechanischen Kraftmessdosen a) Biegebalken, S-Messdose b) und Überlastung von Kraftmessdosen c)
|}

'''Literaturhinweis'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Laible, M., Müller, R. K., Bill, B., Gehrke, K.: Mechanische Größen elektrisch gemessen – Grundlagen und Beispiele zur technischen Ausführung. Expert Verlag, Renningen (2009) 7. Auflage (ISBN: 978-3-8169-2892-8)
|}

[[Kategorie:Zugversuch]]

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