Kraft-/Drehmomentsensor

Der Kraft-/Drehmomentsensor ist eine Komponente in der Maschinen- und Anlagenbauindustrie, die sowohl lineare Kräfte als auch rotatorische Drehmomente misst, die auf ihn einwirken. Er liefert Echtzeit-Feedback für Regelkreise, Qualitätssicherung und Sicherheitsüberwachung in automatisierten Prozessen. Der Sensor verwendet typischerweise Dehnungsmessstreifen oder piezoelektrische Elemente, die sich unter Belastung verformen und dadurch Änderungen des elektrischen Widerstands oder der Ladung verursachen. Diese Änderungen werden über Wheatstone-Brückenschaltungen oder Ladungsverstärker in proportionale Spannungssignale umgewandelt. Der Sensor ist in verschiedenen Nennkapazitäten erhältlich: Kraft von 0,5 bis 1000 kN und Drehmoment von 5 bis 5000 N·m. Die Genauigkeitsklasse liegt zwischen 0,1 und 0,5 % vom Messbereich (FS) gemäß ISO 7500-1. Die Nichtlinearität beträgt ±0,05 bis ±0,2 % FS, die Hysterese ±0,05 bis ±0,1 % FS, die Wiederholbarkeit ±0,02 bis ±0,05 % FS und das Kriechen (30 min) ±0,03 bis ±0,1 % FS. Die Speisespannung beträgt typischerweise 5–12 V DC, das Ausgangssignal 1–2 mV/V und der Brückenwiderstand 350–700 Ω. Der Betriebstemperaturbereich liegt bei -10 bis 60 °C, der Temperatureinfluss auf den Nullpunkt bei ±0,005 bis ±0,02 % FS/°C. Die Schutzart ist IP54 bis IP67 gemäß IEC 60529. Zu den Materialien gehören Edelstahl (z. B. 17-4PH nach ASTM A693), Aluminiumlegierung, Dehnungsmessstreifenfolie und piezoelektrische Kristalle. Die Auswahl sollte die maximal erwartete Kraft und das Drehmoment, Genauigkeitsanforderungen, Umgebungsbedingungen und Materialkompatibilität berücksichtigen. Bitte verifizieren Sie modellspezifische Werte und Normen mit dem Hersteller oder Lieferanten.

Der Sensor arbeitet nach dem Prinzip der Dehnungsmessung. Dehnungsmessstreifen werden auf ein verformbares Element geklebt, typischerweise aus Edelstahl oder Aluminiumlegierung. Wenn Kraft oder Drehmoment aufgebracht wird, verformt sich das Element, wodurch sich der elektrische Widerstand der Dehnungsmessstreifen ändert. Diese Streifen sind in einer Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet, um Widerstandsänderungen in ein Spannungssignal umzuwandeln, das proportional zur aufgebrachten Last ist. Alternativ erzeugen piezoelektrische Kristalle bei mechanischer Beanspruchung eine elektrische Ladung, die dann von einem Ladungsverstärker verstärkt wird. Das Ausgangssignal beträgt typischerweise 1–2 mV/V der Speisespannung. Der Sensor muss korrekt montiert und kalibriert werden, um genaue Messungen zu gewährleisten.