Die erdrückende Realität von Stoßbelastungen

Wir bei Interface wissen, wie vielfältig Wägezellen in der Industrie eingesetzt werden – vom Präzisionswägen bis hin zur Kraftmessung in anspruchsvollen industriellen Umgebungen.

Obwohl unsere Wägezellen auf Langlebigkeit und hohe Genauigkeit ausgelegt sind, gibt es eine stille Bedrohung, die ihre Leistung beeinträchtigen und sogar zu einem katastrophalen Ausfall führen kann: Stoßbelastungen. Unsere Ingenieure beleuchten diese Gefahr in unserem Load Cell Field Guide, ihr zerstörerisches Potenzial und die entscheidenden Schritte, die Sie unternehmen können, um Ihre Investition in Interface-Wägezellen zu schützen.

Jenseits der Statik: Die dynamische Herausforderung der Wirkung

Wir denken bei Wägezellen oft an statische Lasten – ein konstantes Gewicht oder eine konstante Kraft. Aber was passiert, wenn eine Kraft plötzlich einwirkt, z. B. durch ein fallengelassenes Objekt oder einen plötzlichen Stoß? Hier kommt das Konzept der Stoßbelastung ins Spiel, und das ist der Grund, warum es eine entscheidende Neuerung darstellt.

Im Gegensatz zu statischen Belastungen führen Stoßbelastungen ein dynamisches Element ein, das die von der Wägezelle aufgenommene Kraft erheblich verstärkt. Der Hauptunterschied besteht in der Geschwindigkeit der Kraftanwendung. Eine statische Last nimmt allmählich zu, so dass die Wägezelle Zeit hat, zu reagieren. Bei einer Stoßbelastung wird die Kraft sofort aufgebracht, wodurch sich die Energie konzentriert und die Kapazität der Wägezelle möglicherweise überschritten wird, selbst wenn das Gewicht gering erscheint.

Die Auswirkungen verstehen

Lassen Sie uns dies anhand eines einfachen Beispiels veranschaulichen. Stellen Sie sich eine Stahlkugel vor, die auf eine Wägezelle der Schnittstelle fällt. Wenn die Kugel fällt, wird ihre potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Beim Aufprall muss diese kinetische Energie abgebaut werden. Im Idealfall misst die Wägezelle die Kraft des Aufpralls. Die schnelle Abbremsung der Kugel erzeugt jedoch eine viel höhere Kraft, als das Gewicht der Kugel allein anzeigen würde.

Hier ein genauerer Blick auf die physikalischen Zusammenhänge:

• Impuls und Momentum: Der Aufprall ist mit dem Impuls verbunden, der Änderung des Impulses eines Objekts (Masse x Geschwindigkeit). Das Impuls-Moment-Theorem besagt, dass der Impuls gleich der Änderung des Impulses ist. In unserem Ballbeispiel ändert sich der Impuls sehr schnell von „mv“ auf Null, was zu einer großen Kraft führt.
• Kraft und Zeit: Die durchschnittliche Kraft während des Aufpralls wird durch die Gleichung mit dem Impuls verbunden: Impuls = Kraft x Zeit. Da die Aufprallzeit so kurz ist, wird die Kraft groß, um den gleichen Impuls zu liefern.
• Energiedissipation: Die kinetische Energie des aufprallenden Objekts muss irgendwo hingehen. Im Idealfall wird sie von der Wägezelle gemessen. Ein großer Teil kann jedoch in Form von Spannungswellen auf die Struktur der Wägezelle übertragen werden, was zu Schäden auch weit entfernt vom Aufprallpunkt führen kann, wenn sie über ihre Kapazität hinaus überlastet wird.
• Steifigkeit: Eine steifere Wägezelle erfährt bei einem Aufprall eine höhere Spitzenkraft als eine weniger steife, selbst bei gleicher Aufprallenergie. Die steifere Zelle widersteht der Verformung stärker, was zu einer schnelleren Abbremsung und einer höheren Kraft führt. READ: https://www.interfaceforce.com/load-cell-stiffness-101/

Sechs Vorsichtsmaßnahmen und Vorbeugungsmaßnahmen

Der Schutz Ihrer Interface-Wägezellen ist angesichts des zerstörerischen Potenzials von Stoßbelastungen von größter Bedeutung. Hier sind einige wichtige Vorsichtsmaßnahmen:

#Nr. 1 – Analysieren Sie Ihre Anwendung auf potenzielle Aufprallszenarien, einschließlich fallengelassener Gegenstände, plötzlicher Starts und Stopps und Vibrationen. Bei der Verwendung von Wägezellen in Fördersystemen zur Qualitätskontrolle und Sicherheit können beispielsweise abrupte Bewegungsänderungen auftreten, die erhebliche Stoßkräfte erzeugen können. Selbst scheinbar sanfte Vorgänge, wie das Ablegen schwerer Gegenstände auf einer Plattformwaage, können Stoßbelastungen verursachen, wenn sie nicht sorgfältig ausgeführt werden. Auch externe Faktoren wie Windböen, seismische Aktivitäten oder zufällige Zusammenstöße können Stöße verursachen.

#Nr. 2 – Bewerten Sie die Sensorfunktionen, die einen Überlastungsschutz umfassen. Interface bietet verschiedene Wägezellen und Drehmomentaufnehmer mit Überlastschutz in unterschiedlichen Kapazitäten und Konfigurationen an. Diese verfügen über Mechanismen, die in die Konstruktion des Sensors eingebaut sind, um Überlastungen zu absorbieren, die durch Stöße entstehen können. Unsere überlastgeschützte S-Typ-Kraftmessdose SMT verfügt beispielsweise über interne mechanische Anschläge, die Überlastungen bis zum 10-fachen der Nennkapazität verhindern. Unser überlastgeschützter MRTP-Miniatur-Reaktionsdrehmomentaufnehmer in Flanschbauweise bietet eine 7-fache sichere Überlast bei einer Kapazität von 0,2 Nm (1,77 lbf-in). Das Flanschdesign ermöglicht eine einfache Montage. Dieses Produkt hat eine geringe Durchbiegung und eine hohe Torsionssteifigkeit, was es zu einer ausgezeichneten Wahl für hin- und hergehende Messungen macht. READ: Wie funktioniert die Überlasterkennung von Wägezellen?

#Nr. 3 – Ziehen Sie Kraftmessdosen mit einer deutlich höheren Kapazität als für statische Lasten erforderlich in Betracht, um eine Sicherheitsmarge zu schaffen. Wenn Ihre Prüfanforderung einen maximalen Kapazitätsbereich vorsieht, stellen Sie sicher, dass das Kraftmessgerät über eine höhere Kapazität verfügt, um potenzielle Überlastungsrisiken aufzufangen. Ermitteln Sie den Spielraum und planen Sie, indem Sie die Kapazitäten für das ausgewählte Modell überprüfen. Ziehen Sie eine Kraftmessdose mit einer Kapazität in Betracht, die höher ist als die erwartete maximale Aufprallkraft. Dies ist besonders wichtig, wenn Ihre Prüfprojekte variieren.

TIPP: Unsere Anwendungsingenieure können Ihnen helfen, die geeignete Kapazität für Ihre spezifischen Anforderungen zu bestimmen, wobei Faktoren wie Masse und Geschwindigkeit des auftreffenden Objekts, die Steifigkeit des Systems und der gewünschte Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden.

#Nr. 4 – Befestigen Sie Ihre Interface-Wägezelle auf einer starren Unterlage. Eine flexible Befestigung kann Stöße verstärken. Verwenden Sie robuste Befestigungselemente und stellen Sie sicher, dass diese ordnungsgemäß angezogen sind. Bei Drehmomentaufnehmern sind die für den Sensor entwickelten Kupplungen ein wertvolles Zubehör. Für unsere Lastmessbolzen gibt es Optionen für Halterungen und Montageplatten. Erfahren Sie mehr darüber, indem Sie sich den Abschnitt Wägezellenmontage 101 ansehen. Interface bietet eine Reihe von Videos an, die Tipps zur Installation und Montage geben.