Mehrachsige Kraftsensoren und Kraft-Momenten-Sensoren

Die mehrachsigen Kraftsensoren und Kraft-Momenten-Sensoren von octogon erfassen Kräfte in zwei oder drei Raumrichtungen, je nach Bauform zusätzlich die Momente um diese Achsen. Nennkräfte von 50 N bis 1.000 kN je Achse, Edelstahl oder Aluminium, Schutzart bis IP68. Jede Achse wird einzeln kalibriert, das Übersprechen ist im Kalibrierprotokoll dokumentiert. Kundenspezifische Kraftaufnehmer sind auf Anfrage selbstverständlich verfügbar.

Kräfte und Momente in mehreren Achsen mit einem Aufnehmer

Ein einachsiger Aufnehmer misst nur in seiner Messrichtung. Wirkt die Kraft schräg, oder wirken Querkräfte und Momente mit, verfälschen diese die Messung oder belasten den Sensor über seine Grenzwerte hinaus. Ein mehrachsiger Kraftsensor löst die Belastung stattdessen in ihre Komponenten auf: Fx, Fy und Fz für die Kräfte, Mx, My und Mz für die Momente. Sie erhalten damit nicht nur den Betrag, sondern auch Richtung und Angriffspunkt der Last.

Gebräuchlich sind für dieselbe Bauteilfamilie mehrere Bezeichnungen: Mehrkomponentenaufnehmer, Kraft-Momenten-Sensor, mehrachsige Wägezelle, mehrdimensionaler Kraftaufnehmer oder kurz 2K-, 3K- und 6K-Sensor. Gemeint ist immer derselbe Aufbau, mehrere DMS-Vollbrücken in einem Grundkörper, die unabhängig voneinander ausgewertet werden.

2, 3 oder 6 Komponenten: welche Ausführung passt

• 2-Achsen-Kraftsensoren (Fx, Fy oder Fz und eine Querkomponente) genügen, wenn die Last in einer Ebene wirkt, etwa bei Bandzug mit veränderlichem Umschlingungswinkel oder bei Führungskräften an Linearachsen.
• 3-Achsen-Kraftsensoren (Fx, Fy, Fz) sind die häufigste Wahl, wenn die Kraftrichtung im Raum unbekannt oder veränderlich ist: Kontaktkräfte an Werkzeugen, Fußkräfte, Schnittkräfte an der Spindel.
• 6-Achsen-Kraft-Momenten-Sensoren (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) brauchen Sie, sobald zusätzlich der Angriffspunkt oder eine Verkippung interessiert. Typisch am Roboterflansch, bei Fügeprozessen und in der Fahrwerks- und Bauteilprüfung.

Als Auswahlgröße zählt die Nennkraft je Achse, nicht die Summe. In vielen Bauformen ist Fz deutlich höher belastbar als Fx und Fy. Prüfen Sie deshalb die schwächste Achse gegen Ihren größten Lastfall, inklusive der Momente, die durch den Abstand Ihrer Krafteinleitung zur Sensormitte entstehen.

Übersprechen und Kalibriermatrix

Kein mehrachsiger Aufnehmer ist vollständig entkoppelt. Eine Kraft in x erzeugt immer auch ein kleines Signal in den anderen Kanälen. Dieses Übersprechen wird bei uns messtechnisch erfasst und als Matrix mitgeliefert: Ihre Auswertung rechnet die Rohsignale damit in die tatsächlichen Komponenten um. Ohne diese Matrix bleibt bei mehrachsigen Messungen ein systematischer Fehler, der je nach Bauform mehrere Prozent erreicht. Auf Wunsch kalibrieren wir nach ISO 17025 im eigenen Labor, auch achsweise für Ihren konkreten Lastfall.

Typische Anwendungen

Roboter- und Cobot-Endeffektoren für Kraftregelung, Montage und Fügen; Prüfstände mit mehrachsiger Lasteinleitung; Schnittkraftmessung an Werkzeugmaschinen; Biomechanik, Kraftmessplatten und Orthopädie; Fahrwerks-, Reifen- und Komponentenprüfung; Windkanal- und Strömungsmessung; Griff- und Bedienkraftanalyse in der Ergonomie.

Auswertung

Jede Achse benötigt einen eigenen Messkanal. Für den Anschluss eignen sich unsere mehrkanaligen DMS-Messverstärker, aus dem übrigen Programm der Messelektronik lassen sich die Signale auf 4…20 mA, 0…10 V, IO-Link oder Feldbus umsetzen. Achten Sie bei dynamischen Messungen auf synchrone Abtastung aller Kanäle, sonst verzerrt der zeitliche Versatz den berechneten Kraftvektor.

Abgrenzung zu einachsigen Aufnehmern

Wenn die Kraftrichtung konstruktiv festgelegt ist, ist ein einachsiger Aufnehmer genauer und günstiger. Sehen Sie sich dafür die Zug- und Druck-Kraftaufnehmer an, für reine Momente die Drehmomentsensoren. Passt keine Standardbauform zu Ihrem Einbauraum oder Ihrer Achsenkombination, entwickeln wir kundenspezifische Kraftaufnehmer auf Basis unserer Grundkörper.

Datenblatt und 3D-Daten stehen bei jedem Artikel zum Download bereit. Bei der Auslegung der Krafteinleitung und der Kanalzuordnung beraten unsere Ingenieure Sie direkt.