Mehrkomponenten-Kraftsensor

Was ist ein Mehrkomponenten-Kraftsensor?

Piezoelektrische Mehrkomponenten-Kraftsensoren messen Kräfte und/oder Momente entlang einer oder mehreren orthogonalen Achsen im Raum. Üblicherweise unterscheidet man drei verschiedene Bauweisen:

Zwei-Komponenten Sensoren messen Druck- und Zugkräfte (+/- Fz) sowie das um diese Raumachse wirkende Drehmoment Mz.
Drei-Komponenten Sensoren erfassen alle Kräfte entlang den drei räumlichen Achsen x, y und z: Druck- und Zugkräfte (+/- Fz) sowie Schub- und Scherkräfte (+/- Fx, Fy)
Der sechs-Komponenten Sensor messen alle Kräfte (+/- Fz, Fx, Fy) plus alle Momente (Mz, Mx, My) entlang jeder beliebigen Raumachse.

Umgangssprachlich werden Mehrkomponenten Sensoren auch als mehr-„achsig“ bezeichnet, nicht zuletzt durch den Einfluss aus dem englischen Sprachraum.

Mehrkomponenten-Kraftsensoren messen dynamischen Kräfte und Momente, die im Windkanal auf Flugtragzeugtragflächen einwirken.

Piezoelektrische Mehrkomponenten-Kraftsensoren, hier ein sechsachsiger Kraft-/Momenten-Sensor, finden in Windkanaltests Anwendung, um das Verhalten von Flugzeugtragflächen unter kritischen aerodynamischen Lasten zu ermitteln. Eingebaut in modellhafte Versuchsaufbauten, messen die Sensoren die dynamischen Kräfte und Momente, die unter verschiedenen Umströmungsbedingungen auf diese einwirken.

So misst ein Zwei-Achsen Sensor nicht zwingend die Kräfte in zwei orthogonalen Richtungen, sondern gegebenenfalls zwei unterschiedliche Messgrössen (Kraft und Moment) entlang derselben räumlichen Achse erfassen.

Wie werden Mehrkomponenten-Kraftsensoren eingesetzt?

Zwei- und vor allem Sechs-Komponenten Sensoren werden einzeln verbaut, nur so sind sie voll funktionstüchtig und spielen den Vorteil ihrer kompakten Bauweise aus. Auch Drei-Komponenten Kraftsensoren werden oft einzeln eingesetzt. Werden aber die zu messenden Kräfte z.B. durch lange Hebel von zusätzlichen Momenten überlagert, setzt man aus Stabilitätsgründen 3 oder mehr Sensoren zusammen ein. Ein vorteilhafter Nebeneffekt einer solchen Kraftmessplattform resp. eines solchen Dynamometers ist dabei, dass die wirkenden Momente rechnerisch ebenfalls erfasst werden können.

Welche Vorteile bieten Mehrkomponenten-Kraftsensoren?

Komplexe Messungen entlang mehrerer Kraftachsen
Hohe Steifigkeit, dadurch hohe Eigenfrequenz
Dauerfestigkeit
Hohe Belastbarkeit
Kompakte Bauform

Wie wird ein piezoelektrischer 2-Komponenten-Kraft-/Moment-Sensor eingesetzt?

Ein piezoelektrischer zweiachsiger Kraft-/Moment-Sensor (Miniatur) dient zum Beispiel dem:

Messen von Vorschubkraft- und Momenten beim Bohren, Gewindeschneiden usw.
Überwachen von Schraubvorgängen und Prüfen von Schraubverbindungen
Prüfen von Federn (Torsion)
Durchführen von Messungen an kleinen Drucklagern, Rutschkupplungen usw.
Messen von Anlaufmomenten, Gleichlaufschwankungen und Torsionsvibrationen an Kleinservo- und Schrittmotoren
Prüfen von Drehschaltern und Schraubverschlüssen