Kraftmesser

Welchen Kraftmesser benötigen Sie / Entscheidungshilfe beim Kauf
Grundsätzlich können Sie als Kunde immer die technische Beratungs-Hotline von PCE Instruments anrufen 02903 - 976 99 - 50. Die Kollegen werden Ihnen gezielte Fragen zu Ihrer Applikation stellen und Ihnen die bestgeeigneten Produkte zur Lösung Ihre Messaufgabe vorschlagen.

Folgend sehen Sie auch noch einige Hinweise, die Sie bei der Auswahl bzw. beim Kauf eines Kraftmessers berücksichtigen sollten.

Sollte ein Standard Kraftmesser nicht zu Ihren Anforderungen passen, können wir auch zusammen eine individuelle Lösung erarbeiten. Das betrifft sowohl die Bauform, sowie eine Softwareanpassung mit besonderen Funktionen. Sprechen Sie uns einfach an.

Dazu sollten vorab ein paar Fragen geklärt werden, sowie die Priorität der Anforderungen festgelegt werden.
- Genauigkeit / Wiederholbarkeit
- Welche Kräfte sollen gemessen werden? (Druck / Zug / Dreh …)
- Was ist das Ziel der Messung? (Funktionen / Zubehör)
- Welche Kräfte werden bei der Messaufgabe auftreten? (Max.)
- Welche Genauigkeit wird angestrebt? (Auflösung / Wiederholbarkeit / Genauigkeit)
- Welche Preisgrenze liegt vor?
- Service / Support

Welche Kräfte sollen gemessen werden? (Druck / Zug / Dreh …)
In Abhängigkeit der Messaufgabe muss ein Kraftmesser mit den passenden Sensoren zum Einsatz kommen, um den gewünschten Messerfolg zu erzielen. Dabei müssen diese Sensoren ohne Beschädigungen und Gefahren für die Umgebung diese Messaufgabe zuverlässig absolvieren.

Möchte der Prüfer also eine Zugkraftmessung durchführen darf für diese Kraftmessung nur ein Kraftmesser mit einem Sensor zum Einsatz kommen der für Zugkräfte ausgelegt ist.

Für welche Kräfte der jeweilige Sensor ausgelegt ist, wird in den technischen Daten des Sensors angegeben.

Die erste Frage die der Nutzer also beantworten muss, ist die Krafteinleitung. Damit kann zumindest die Suche des Kraftmessgerätes eingegrenzt werden zwischen:

- Kraftmesser für Zugkräfte
- Kraftmesser für Druckkräfte
- Kraftmesser für Zug- und Druckkräfte
- Kraftmesser für Drehmoment

Nachdem der Prüfer nun die Krafteinleitung definiert hat, sollte er das Ziel der Messung definieren.

Erst dann kann er die Auswahl des passenden Sensors treffen. Dabei gibt es nicht nur Unterschiede in der Bauform, sondern auch noch im Messprinzip und der damit verbundenen Vor- und Nachteile die abgewogen werden sollten.

Dabei sollten Fragen geklärt sein wie z.B. von wo wird die Kraft eingeleitet, wieviel Platz steht bei der Messung zur Verfügung, welche Umgebungsbedingungen herrschen vor Ort (Temperatur / Feuchtigkeit / Explosionsgefahr usw.) sowie die Möglichkeit bzw. Notwendigkeit die Sensoren zu befestigen.

Eine wichtige Sache die jedoch oft vernachlässigt wird, ist die Frage nach der Sicherheit. Gefahren, die bei der Kraftmessung entstehen können, sollten entsprechend ermittelt und eliminiert werden. Beispiel: Besteht bei der Zugmessung die Gefahr dass sich das Probematerial verdreht, muss der Kraftmesser mit Hilfe eines Wirbels vor dem Verdrehen gesichert werden.

Ein einfacher und kostengünstiger Kraftmesser bis zu einem Messbereich von 500N (50 kg) ist unser Federdynamometer. Der Kraftmesser ist auch als Federwaage bekannt und kommt überwiegend bei Orientierungsmessungen zum Einsatz. Bei der Messung wird die im Kraftmesser eingebaute Feder, gestaucht oder gezogen. Die definierte Feder kann nur unter der Wirkung entsprechender Kräfte einen definierten Weg zurücklegen. Diesen Weg zeigt der Kraftmesser dann dem Nutzer umgerechnet in Newton an.

Ein weiteres Modell mit einem mechanischen Messprinzip ist ein Kraftmesser, welches mit Hilfe einer Hydraulikflüssigkeit die wirkenden Kräfte messen und darstellen kann. Dabei sind die hydraulischen Kraftsensoren für größere Messbereiche ausgelegt als die Federdynamometer.

Wenn es also bei der Messung eine günstige oder komplett autarke und robuste Lösung im Fokus steht, ist ein Kraftmesser mit einem mechanischen Kraftsensor die richtige Wahl.

Der Nachteil bei dem Kraftmesser ist jedoch die ungenaue Messauflösung, größerer Messfehler, sowie die fehlende Nachvollziehbarkeit der verlaufenden Messung.

Deshalb kommt heutzutage in ca. 95% der Fälle ein digitaler Kraftmesser zum Einsatz. Dabei besteht der Kraftmesser aus zwei wichtigen Einheiten.

Sensor und Auswerteinheit.

Anders als bei dem mechanischen Kraftmesser können die beiden Komponenten bei dem digitalen Kraftmesser einfach getrennt werden.

Bei den unteren Messbereichen wird überwiegend ein Kraftmesser mit einem intern verbauten Sensor eingesetzt. Bei dieser Lösung ist der Anwender trotz der geringen Sensorabmessungen an die Abmessungen des kompletten Gerätes gebunden. Bei größeren Messbereichen wird ein externer Sensor an die Auswerteeinheit angeschlossen.

Die Bauform der Sensoren ist sehr vielfältig und kann fast jeden Anwendungsfall abdecken. Dabei können Sensoren auch mehrere Kraftrichtungen abdecken wie z.B. Zug / Druck / Zug und Druck sowie sogar triachsiale Kraftmessungen.

Einen einzigen Sensor für alle Messaufgaben gibt es nicht. Es gibt jedoch die Möglichkeit ein Kraftmesser für unterschiedliche Sensoren auszurichten. Je nach Messaufgabe wird dann der Sensor gewechselt und der Kraftmesser somit an die Anforderungen angepasst.

Ein flexibler Kraftmesser ist teurer als ein Kraftmessgerät, welches nur für einen einzigen Sensor ausgelegt ist. Deshalb sollte der Anwender weitere Einsatzmöglichkeiten überdenken damit ggf. den teureren Kraftmesser im Endeffekt die bequemere und günstigere Lösung ist.

Ein wichtiger Parameter bei einem digitalen Kraftmesser ist die maximale mögliche Abtastrate. Dabei wird das Signal des Sensors (mögliche Kraftänderung) abgefragt und dem Nutzer dargestellt.

Günstige Kraftmesser haben z.B. eine Abtastrate von 4 Hz. Dies bedeutet, dass die Messdaten 4x in der Sekunde aktualisiert werden. Je nachdem wo der Kraftmesser zum Einsatz kommt werden Abtastraten von mehreren kHz benötigt.

Das rechte Bild soll Ihnen zwei Kraftmesser mit unterschiedlichen Abtastraten darstellen. Der PCE-FM Kraftmesser hat eine Abtastrate von 4 Hz und wird mit der roten Linie dargestellt. Der PCE-FB Kraftmesser hat eine Abtastrate von 40 Hz und wird in grün dargestellt. Es ist besonders gut zu sehen welche Kräfte das PCE-FM Kraftmesser nicht registrieren würde weil es zu langsam bei der Anwendung ist.

Dabei sollte auch unbedingt beachtet werden, ob die Messdaten 1 zu 1 registriert und verarbeitet werden können oder ob der Kraftmesser aus einer gewissen Anzahl dieser Messwerte einen Mittelwert bildet.

Beispiel: Ein Kraftmesser wird mit 100 Hz Abtastrate beworben. Wenn Sie jedoch die Messdaten betrachten, sehen Sie das der Messwert im Display mit 4 Hz dargestellt wird, da sonst der Betrachter keinen Messwert ablesen kann. Will der Nutzer nun das Kraftmessgerät mit einem PC verbinden um die Messdaten aufzuzeichnen, werden die Messdaten mit maximal 10 Hz übertragen.

Ein digitaler Kraftmessert bietet aber auch noch weitere interessante Möglichkeiten.

Möglichkeiten wie z.B. den höhst gemessenen Messwert im Display festhalten (PEAK Hold Funktion), eine Statistikfunktion, bei der aus mehreren Messwerten MIN / MAX und Ø Kräfte im Display dargestellt werden können, Kraftmesser mit einer PC Software nutzen, interner Datenspeicher, um die Daten später an einen PC übergeben zu können, Alarmgrenzen setzten, Schaltkontakte usw.

Erst wenn die Anforderungen an den Kraftmesser konkretisiert wurden, muss dann für den Kraftmesser der passende Sensor gefunden werden. Deshalb sprechen wir bei PCE Instruments von Serien die vom Grundgerät identisch sind, jedoch unterschiedliche Sensoren verbaut haben.

Welche Kräfte werden bei der Messaufgabe auftreten? (Max.)
Die Antwort auf diese Frage soll den passenden Sensor zum Kraftmesser filtern. Nachdem der Nutzer vorab die Bauform / Messmethode und die Anforderungen an den Kraftmesser festgelegt hat, bleibt nur noch den passenden Messbereich zu berücksichtigen. Dabei sollte ggf. ein Puffer mit berücksichtigt werden, wenn die geforderte Messgenauigkeit es zulässt.

Welche Genauigkeit wird angestrebt? (Auflösung / Wiederholbarkeit / Genauigkeit)
Je höher die Maximallast des Sensors, desto niedriger ist die Messgenauigkeit des Sensors. Somit ist hier ggf. ein Kompromiss zu schließen. Ist ein Kompromiss der beiden Parameter ausgeschlossen, so kann ggf. durch die Auswahl einer anderen Bauart des Sensors eine bessere Messgenauigkeit erreicht werden.

Welche Preisgrenze liegt vor?
Wenn der Anwender nun seine Anforderungen festgelegt hat, muss er noch die mögliche Investitionsgröße wissen. Dieser Wert kann unter Umständen einige Kraftmessgeräte ausfiltern. Aus den übrigen Kraftmessgeräten kann der Messtechniker nun das bestmögliche Kraftmessgerät für seine Anwendung wählen. Sollte jedoch das benötigte Kraftmessgerät nicht mehr in der Auswahl vorhanden sein, müssen die Anforderungen oder die Investitionsgröße überdacht werden.

Service / Support
Ein ebenfalls zu beachtender Punkt. Natürlich können Sie von Aussen die Leistungsfähigkeit einer Firma nicht einfach einschätzen. Sie müssen sich schließlich die Frage stellen, ob Sie in einigen Jahren auch noch Support erhalten oder Kraftmesser Ersatzteile bestellen können. Rufen Sie bei PCE Instruments an, sprechen Sie mit einem der Techniker und der Bestellannahme, überzeugen Sie sich von der Qualität der Beratung und vertrauen Sie auf das weltweite Firmennetzwerk von PCE Instruments (seit 1999).

Die Ermittlung von Zug- und Druckkräften beginntbei 0,1 N und endet bei den Standardgeräten bei 200.000 N, in Sonderfällen noch darüber hinaus. Kraftmesser können mit internen oder externen Kraftmesssonden ausgestattet sein und über integrierte Schnittstellen können Daten zum PC übertragen werden. Qualitätsprüfungen in den unterschiedlichsten Einsatzbereichen wie z. B. in der Forschung, in der Automobilbranche oder in Maschinen- und Anlagenbau können mit Kraftmessgeräten durchgeführt werden. In der Pharmaindustrie kann beispielsweise das Durchbruchverhalten von verschiedenen Tabletten getestet werden oder die Öffnungs- und Schließkräfte von Maschinen. Neben den Kalibrierscheinen bieten wir natürlich auch immer entsprechendes Zubehör für unsere Kraftmesser an: Teststände, Adapter, Klemmen, Software, Datenkabel ... Ebenfalls können wir spezielle Adaptionen vornehmen. Sollte dies der Fall sein, oder wenn Sie eine spezifische Messaufgabe oder ein Messproblem haben, dann kontaktieren Sie uns telefonisch. Natürlich beantworten wir auch gerne Ihre Fragen per Email. Zusammen mit unseren Ingenieuren / Technikern können Sie gemeinsam eine Lösung finden, die Sie bestimmt zufrieden stellen wird.

Kraftmesser zur Prüfung von Federkräften
Technische Federn sind elastische Bauteile, die sich unter Belastung verformen und bei Wegfall der Belastung wieder in ihre Ausgangsform annehmen. Zu den bekanntesten Formen gehören die aus spiralförmigem Federdraht geformten Zug-, Druck und Drehfedern aber auch Flachfedern und Federclips. Federn werden für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Dabei können Abmessungen, Form und Belastbarkeit der Feder genau an die Anforderungen des Einsatzzweckes angepasst werden.

Mit einem Kraftmesser zur Prüfung von Federkräften kann zum einen festgestellt werden, welche Kraft notwendig ist, um eine beabsichtigte Verformung der Feder zu erreichen. Zum anderen lässt sich mit einem geeigneten Kraftmesser aber auch bestimmen, in welchem Bereich sich die Verformung proportional zur aufgebrachten Kraft verändert. Innerhalb dieses Bereiches können die Federn auch selbst zur Messung von Kräften verwendet werden. Mit der aus Kraft und Weg ermittelten Federkonstante bzw. Federhärte kann für jede Verformung der Feder die aufgebrachte Kraft errechnet oder auf einer passenden Skala angezeigt werden.

Oft ist das Kraftmesser zur Messung von Federkräften in eine Vorrichtung integriert, mit der wiederholbare Prüfbedingungen sichergestellt werden können. Einige dieser Lastprüfstände ermöglichen auch Lastwechseldauertests an sicherheitsrelevanten Federn, deren Versagen erhebliche Auswirkungen hätte. Ob an Maschinen, Fahrzeugen oder Geräten, richtig dimensionierte und lange haltbare Federn sind an vielen Stellen Voraussetzung für das reibungslose Funktionieren oder einfache Bedienen z.B. bei Druckschaltern, Pedalen und Sicherheitsgurten.

Kraftmesser für "Peeling Tests"
Der Begriff Peeling steht für Schälen oder Pellen und damit für das flächige Abziehen dünner Schichten. Bei einem Peel Test oder Peeling Test wird mit einem Kraftmesser unter festgelegten Bedingungen geprüft, welcher Kraftaufwand erforderlich ist, um eine Folie oder andere dünne Deckschicht vom Untergrund zu lösen. Dabei gibt es unterschiedliche Methoden, Voraussetzung für einen Peel Test ist aber immer, dass das Deckmaterial ausreichend flexibel auf Biegung reagiert und sich als Schicht abheben lässt.

Bei Peeling Tests an Verpackungen geht es oft darum, dass die Verpackungen z.B. für verderbliche Lebensmittel, Medikamente und sterilisierte Medizinprodukte zwar dicht verschlossen aber auch mit vertretbarem Aufwand wieder zu öffnen sind. Bei langlebigen Materialien sollen die Deckschichten hingegen möglichst dauerhaft fest auf dem Untergrund haften zum Beispiel bei Fußbodenbelägen, Türen oder Möbeln. Bei einigen Sicherungs- und Schutzfolien oder Klebebändern geht es auch darum, dass sie sich trotz guter Haftung leicht und rückstandsfrei vom Untergrund lösen lassen.

Viele Verbundmaterialien, aber auch die Haftung der Deckel auf Lebensmittelverpackungen wie Joghurtbechern, werden geprüft indem die Probe fixiert und die Deckschicht im Winkel von 90 Grad, 180 Grad oder 45 Grad zum Untergrund abgehoben wird. Dagegen wird die Haftkraft von zwei aufeinander liegenden dünnen Schichten, wie zum Beispiel bei Stretchfolien oder bei gepressten, geschweißten oder geklebten Versiegelungen, im sogenannten T-Peeltest ermittelt. In diesem T-Peeltest werden die beiden Folien gleichmäßig in gegensätzliche Richtungen gezogen. Ein für die Peeling Tests geeignetes Kraftmesser lässt sich meist in Kraftmessstände oder Vorrichtungen einspannen, bei denen gewährleistet ist, dass die Geschwindigkeit und die Zugrichtung eingehalten werden. Das Kraftmesser soll in den meisten Prüffällen nicht nur die Maximalkraft anzeigen, sondern auch den Kräfteverlauf über die Zeitdauer des Versuchs. Bei Produkttests kann dadurch auch die Gleichmäßigkeit von Verklebungen und Versiegelungen festgestellt werden.