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.

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

Wie werden piezoelektrische 3-Komponenten-Kraftsensoren eingesetzt?

Piezoelektrische 3-Komponenten-Kraftsensoren aus Quarz messen einfach, direkt und genau. Sie finden ihre Anwendung in der Messung von:

• Zerspankräften bei spanabhebenden Prozessen
• Aufprallkräften bei Crashtests
• Rückstoßkräften von Raketenmotoren
• Vibrations- und Reibungskräften
• Bodenreaktionskräften in der Biomechanik
• Fahrzeugkräften auf Straße und Prüfstand
• Kräften an Windkanalwaagen

Wie werden sechsachsige Kraft-/Momenten-Sensoren angewendet?

Ein sechsachsiger Kraft-/Momenten-Sensor misst zum Beispiel:

• Kräfte und Momente bei der Prüfung von Federn und Dämpfungselementen
• Dynamische Kräfte und Momente bei der Prüfung von Prothesen 
• Kräfte und Momente bei der Produktprüfung 
• Dynamische Kräfte und Momente an Objekten im Windkanal 
• Kräfte und Momente bei Montagevorgängen mit Robotern