Edelstahl-Kraftaufnehmer: Vorteile und Auswahl

Kraftaufnehmer erfassen Kräfte, indem sie die mikroskopisch kleine Verformung eines metallischen Federkörpers präzise messen. In sauberen Laborumgebungen arbeiten Standard-Legierungsstahl und leichtes Aluminium zuverlässig.

Sind Prüfstände, automatisierte Maschinen, Systeme zur Bauwerksüberwachung oder Anlagen im Außenbereich jedoch Feuchtigkeit, extremen Temperaturen oder aggressiven Chemikalien ausgesetzt, wird der Grundwerkstoff des Federkörpers zur wichtigsten konstruktiven Entscheidung.

Ein Federkörper eines Kraftaufnehmers ist so ausgelegt, dass er sich unter Nennlast nur um Tausendstel Zoll verformt. In dieser Größenordnung lässt selbst leichte Oberflächenkorrosion die Oberfläche nicht nur unansehnlich werden – sie greift tragende Querschnitte an, erzeugt Spannungsspitzen und führt zu Nullpunktdrift, Kalibrierverschiebungen und vorzeitigem Ermüdungsbruch. Deshalb ist Edelstahl die erste Wahl für Kraftmessungen unter rauen Bedingungen und in explosionsgefährdeten Bereichen.

Warum Edelstahl?

Interface empfiehlt Edelstahl, wenn Messdaten eines Kraftaufnehmers in explosionsgefährdeten Bereichen oder unter rauen Bedingungen erfasst werden sollen. Interface bietet Edelstahlsensoren als Teil seiner hermetisch dichten, robusten Kraftaufnehmer-Produktlinien an. Wir fertigen Edelstahl-Kraftaufnehmer in zahlreichen Modellen, Bauformen und Messbereichen.

Nr. 1 – Natürliche Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse

Anders als Standardstähle, die auf Vernickelung, Lackierung oder chemische Passivierung angewiesen sind, bildet Edelstahl eine dauerhafte, sich selbst erneuernde Chromoxidschicht. Galvanische Beschichtungen können mit der Zeit beschädigt werden, abplatzen oder Lochfraß bilden – dann liegt das Grundmaterial ungeschützt frei und rostet. Edelstahl schützt gleichmäßig über die gesamte Struktur und widersteht Reinigungsmitteln, Salzwasser, Kühlschmierstoffen und ätzenden Prozesschemikalien.

Nr. 2 – Echte hermetische Abdichtung

Die meisten vorzeitigen Ausfälle von Kraftaufnehmern gehen auf eindringende Umgebungsmedien zurück. Gelangen Luftfeuchtigkeit, Reinigungswasser oder Chemikalien aus der Luft in den Sensorinnenraum, verschlechtern sie die Isolation der Messbrücke und machen das Ausgangssignal instabil. Edelstahl ermöglicht vollständig verschweißte Glas-Metall-Durchführungen, die die innenliegenden Dehnungsmessstreifen und die empfindliche Verdrahtung besser von der Außenatmosphäre abschirmen als Elastomerdichtungen oder Vergussmassen.

Nr. 3 – Sicherheit in explosionsgefährdeten Bereichen und exponierten Umgebungen

Bei Kraftmessungen in explosionsgefährdeten Bereichen treten häufig flüchtige Gase, Erdöldämpfe oder brennbare Staubwolken auf. Mechanische Kapselung und Funkenvermeidung sind hier unverzichtbar. Ein Edelstahlgehäuse bietet die Festigkeit und thermische Kapselung, die für strenge Eigensicherheits- und Explosionsschutznormen erforderlich sind – und schützt so Messdaten wie Bedienpersonal.

Das Edelstahl-Sortiment von Interface

Wer Edelstahl wählt, muss auf mechanische Vielseitigkeit nicht verzichten. Interface fertigt mehr als 50 verschiedene Edelstahl-Kraftsensoren für nahezu jeden Prüfaufbau und jede Einbausituation.

Universal-, LowProfile-, Montage- und Kanister-Kraftaufnehmer

Modelle: 2400 High-Capacity, 2400 Low-Capacity, 2404 Amplified, 3200, 3201, SSLP, WSSCLC, A4600

Die LowProfile-Reihe umfasst Universal-Kraftaufnehmer in Standard- und Präzisionsausführung, reine Druckkraftaufnehmer wie den 3201 und den WSSCLC sowie die SSLP-Serie. Der 2404 integriert eine verstärkende Zweileiter-Elektronik direkt im Edelstahlgehäuse und verhindert so Signalverluste über lange Kabelwege in der Industrie. Für die Lagerung von Tanks und Behältern verbinden die Baugruppen WSSCLC-MOUNT und A4600 WeighCheck die Montageteile direkt mit Federkörpern aus edelstahlbeschichtetem bzw. massivem Edelstahl.

Eigensichere, ATEX- und Ex-Bereich-Aufnehmer

Modelle: 3410, 3411, 3416, 3420, 3430, 3450, ICPA Hazardous, ITCA Hazardous

Speziell entwickelt für explosionsfähige Atmosphären, Bereiche mit flüchtigen Dämpfen und den Einsatz auf Ölfeldern. Zu dieser Gruppe gehören eigensichere LowProfile-Modelle (3410 universal und 3411 nur Druck), spezielle Universal-Kraftaufnehmer für Coiled Tubing (3416, 3420, 3430) sowie der abgedichtete Säulen-Kraftaufnehmer 3450 mit festem Kabel. Hinzu kommen die für explosionsgefährdete Umgebungen zertifizierten ICPA-Druckkraftaufnehmer in Kanisterbauform und die ITCA-Zug-/Druckglieder.

Miniatur-, Kraftmessknopf-, Gelenkkopf- und Zugkraftsensoren

Modelle: LBM, LBMU, LBMP, WMC, WMCF, WMCFP, WMCP

Entwickelt für beengte Prüfvorrichtungen, Automatisierungswerkzeuge und Verpackungsmaschinen in der Medizintechnik. Die LBM-Serie umfasst Standard-Kraftmessknöpfe für Druck, der LBMU bietet höchste Präzision, und der LBMP verfügt über einen mechanischen Überlastschutz. Die WMC-Miniaturfamilie bietet abgedichtete Edelstahlausführungen in Standard- und Hochlastvarianten, dazu Gelenkkopf-Modelle, kompakte WMCF-Aufnehmer sowie überlastgeschützte Varianten mit Innen- oder Außengewinde (WMCFP und WMCP).

Mini-Biegebalken und S-Kraftaufnehmer

Modelle: IBBL, IBBL-MOUNT, WSSB, SuperSC

Entwickelt für hängende Trichter, Dosierbehälter und Konstruktionswaagen, die Reinigungswasser oder korrosiver Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Der WSSB besitzt einen vollständig verschweißten S-Federkörper aus Edelstahl mit Schutzart IP68; ergänzt wird er durch die S-Kraftaufnehmer der SuperSC-Serie (ab 100 lbf). Für Scherbalken-Anwendungen bieten der Biegebalken IBBL und die Wägebaugruppe IBBL-MOUNT eine steife, korrosionsbeständige Lagerung.

Kraftmessscheiben

Modelle: LW, LWCF, LWHP14, LWHP18

Zur Messung der Klemmkraft im Durchgangsloch an Konstruktionsschrauben, Verbindungselementen und Spanngliedern. Das Sortiment umfasst die universelle LW, die kompakte Klemmkraftscheibe LWCF sowie die hochpräzise LWHP14 und die Hochlastserie LWHP18 – gebaut für dauerhafte mechanische Vorspannung, Vibrationen und den Kontakt mit Flüssigkeiten.

Messbolzen, Messschäkel und Zugglieder

Modelle: LP, ILPW, WTSLP, ILMP, ISHK-B, ISHK-D, ITL, WTSTL, ICPW

Zur direkten Integration in mechanische Verbindungen, Anschlagmittel und schwere Maschinen, ohne die vorhandene Hardware umkonstruieren zu müssen. Der kundenspezifische Standard-Messbolzen LP, der kabellose LPW sowie die Ex-Bereich-Ausführungen von LP und WTSLP ersetzen herkömmliche Scherbolzen und Gabelbolzen. Für die Zugkraftüberwachung bei schweren Hebevorgängen gibt es Messschäkel mit Kabel auf Crosby-Basis in Bügelform (ISHK-B) und D-Form (ISHK-D) – in Standard- und Ex-zertifizierter Ausführung –, außerdem ITL-Zugglieder, kabellose WTSTL-Zugglieder und kabellose ICPW-Druckkraftaufnehmer in Kanisterbauform.

Anwendungsbeispiele für Edelstahlsensoren

Schifffahrt, Offshore und Überwachung von Gabelgelenken – Festmacherleinen, Winden und Seilscheiben von Kranen sind ständig Salzsprühnebel und – unter Wasser – Feuchtigkeit ausgesetzt. Galvanisch beschichtete Standardstähle leiden mit der Zeit unter Kontaktkorrosion und Lochfraß, was zum Versagen der Dichtungen und zur Verunreinigung der Dehnungsmessstreifen führt. Edelstahl-Messbolzen (LP, LPW und WTSLP) und Messschäkel mit Kabel (ISHK-B, ISHK-D) ersetzen vorhandene Konstruktions- und Lagerbolzen in Gabelgelenken und messen Seilzugkräfte und Hublasten – ohne mechanischen Umbau und ohne Schäden durch Umwelteinflüsse.

Ex-Prozesse und Tankverwiegung – Chemieanlagen, Raffinerien und Getreideumschlagbetriebe unterliegen behördlichen Zoneneinteilungen für explosionsfähige Dämpfe und brennbare Stäube. Hermetisch dichte Edelstahlaufnehmer, darunter eigensichere Modelle (3410, 3411) sowie Ex-zertifizierte ICPA- und ITCA-Aufnehmer, trennen die elektrische Speisung von der entzündlichen Atmosphäre und halten zugleich ätzenden Chemikaliendämpfen und Reinigungslösungsmitteln bei der Chargendosierung und der Füllstandsüberwachung von Tanks stand.

Bohrloch- und Coiled-Tubing-Einsätze – Bohrlochbehandlungen und das Einführen von Coiled Tubing erfordern eine kontinuierliche Kraftrückmeldung bei extremen Stößen, Vibrationen und dem Kontakt mit Bohrspülung. Die eigensicheren Kraftaufnehmer 3416, 3420 und 3430 werden direkt in die Injektorköpfe eingebaut. Sie überwachen das Gewicht des Rohrstrangs, Zugkräfte und den Schubwiderstand im Bohrloch – und verhindern so ein Ausknicken des Strangs oder einen Rohrabriss in der explosionsgefährdeten Umgebung des Bohrlochkopfs.

Untertagebau und Bergbau – In den Schächten des Bergbaus sind Anlagen dynamischen Stoßbelastungen, saurem Grundwasser und abrasivem Schlamm ausgesetzt. Kompakte Edelstahlsensoren – etwa der Miniatur-Kraftaufnehmer WMC, der abgedichtete Säulen-Kraftaufnehmer 3450 und der S-Kraftaufnehmer WSSB – messen kontinuierlich hydraulische Stempeldrücke, Förderbandspannungen und Ankerkräfte im Firstausbau, ohne dass das Gehäuse oxidiert oder Feuchtigkeit eindringt.

Klemmkraft von Verbindungselementen und Validierung hochbelasteter Verbindungen – Motorprüfstände, Fahrwerksprüfungen und schwere Konstruktionsverbindungen müssen unter starkem Flüssigkeitskontakt und hohen Vibrationen validiert werden. Die Präzisions-Kraftmessscheiben LW, LWCF und LWHP werden direkt mit den Schrauben verbaut und messen den Erhalt der Klemmkraft über große Temperaturschwankungen hinweg – beständig gegen Öle, Kraftstoffe und Kühlmittel während kontinuierlicher Prüfzyklen.

Wann Edelstahl die richtige Wahl ist

Edelstahl ist die erste Wahl für extreme Bedingungen und explosionsgefährdete Bereiche. Der Vergleich mit Aluminium und Legierungsstahl macht die konstruktiven Abwägungen deutlich:

• Aluminium eignet sich für Anwendungen, bei denen geringes Gewicht, kleines Bauvolumen und niedrige Materialkosten im Vordergrund stehen. Es lässt sich ohne Wärmebehandlung gut bearbeiten und weist die geringste Hysterese auf. Seine niedrigere Streckgrenze begrenzt jedoch die zulässige Spannung und das Ausgangssignal, und es ist anfällig für chemische Angriffe und mechanische Beschädigungen.
• Legierungsstahl bietet die höchste Streckgrenze, das größte Ausgangssignal und ein minimales Risiko mechanischer Überlastung in unkritischen Umgebungen. Er erfordert zwar eine mehrstufige Wärmebehandlung und hat eine etwas höhere Hysterese als Aluminium, bietet aber ein hervorragendes mechanisches Preis-Leistungs-Verhältnis. Beim Umgebungsschutz ist er allerdings vollständig auf zusätzliche Beschichtungen angewiesen, die in aggressiven Medien nachlassen können.
• Edelstahl schließt die Lücke zwischen diesen Alternativen. Sein Ausgangssignal liegt genau zwischen Legierungsstahl und Aluminium. Hysterese und Materialkosten sind zwar höher, doch er benötigt nur eine einfache Wärmebehandlung und schließt die Ausfallursachen beschichteter Oberflächen aus.

TIPP: Lesen Sie Kraftaufnehmer aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium – worauf es ankommt

Mit mehr als 50 Standard- und Ex-Bereich-Modellen aus Edelstahl – von Miniatur- und LowProfile-Kraftaufnehmern über Messbolzen und Zugglieder bis zu Biegebalken – bieten diese Sensoren die langfristige strukturelle Integrität und Messzuverlässigkeit, die anspruchsvolle Einsatzbedingungen verlangen. Weitere Informationen zu diesem Sensortyp und seinen Anwendungen finden Sie in unserer Zusammenfassung des Webinars „Ruggedized Test and Measurement Solutions“.