Sieben wesentliche Begriffe der Kraft- und Drehmomentmessung

Ob Sie eine hochpräzise Testvorrichtung konstruieren oder einfach nur eine Kontrollwaage an einer Produktionslinie einrichten – der Erfolg Ihres Projekts hängt davon ab, Kraft und Drehmoment präzise zu messen.

Begriffe wie Seitenlast, Moment und ultimative Überlast sind nicht nur technischer Fachjargon. Sie sind die kritischen Grenzen, die die Genauigkeit, Lebensdauer und Sicherheit Ihres Sensors bestimmen. Selbst ein Missverständnis eines einzigen dieser Konzepte kann zu einem katastrophalen Ausfall oder, noch schlimmer, zu jahrelang unzuverlässigen Daten führen.

Die Kraft- und Drehmomentmessung basiert auf präzisem technischem Fachvokabular. Das Verständnis dieser Begriffe ist entscheidend für die Auswahl, Installation und korrekte Interpretation von Daten aus Wägezellen und Drehmomentsensoren. In jeder Begriffsdefinition haben wir ein Test- und Messbeispiel zur besseren Veranschaulichung eingefügt.

Last- und Kapazitätsbegriffe

#1 – Last ist die grundlegende zu messende Größe – entweder die aufgebrachte Kraft (Zug oder Druck) bei einer Wägezelle oder die aufgebrachte Drehkraft bei einem Drehmomentsensor. Beispielsweise ist bei einem Kranbetrieb die Last das Gewicht des angehobenen Stahlträgers, gemessen in Pfund oder Kilogramm durch die an der Anschlagvorrichtung befestigte Wägezelle.

#2 – Sichere Überlast (Safe Load) ist die maximale Last, die ein Sensor aushalten kann, ohne dass sich seine Leistung oder Spezifikationen dauerhaft ändern. Bei Überschreitung dieses Wertes funktioniert der Sensor möglicherweise noch, aber seine Genauigkeit, beispielsweise im Hinblick auf das Nullgleichgewicht, könnte dauerhaft beeinträchtigt werden. Eine für 1.000 lb ausgelegte Wägezelle hat eine sichere Überlast von 1.500 lbf (150% ihrer Nennlast). Zur Veranschaulichung: Wenn ein Labortechniker versehentlich 1.400 lbf aufbringt, überlebt der Sensor mit einer 150%-igen sicheren Überlastkapazität und behält seine ursprüngliche Kalibrierung für die zukünftige Verwendung bei. Lesen Sie mehr über wichtige Überlegungen zum Überlastschutz bei Wägezellen.

#3 – Ultimative Überlast (Ultimate Load) ist die absolute Höchstlast, die ein Sensor aushalten kann, bevor er einen katastrophalen mechanischen Ausfall erleidet, entweder durch Bruch oder Verformung. Bei Überschreitung dieses Wertes wird der Sensor wahrscheinlich zerstört und stellt ein Sicherheitsrisiko dar. Um das Beispiel fortzusetzen: Wenn derselbe 1.000 lbf-Sensor mit 3.000 lbf belastet wird und damit seine ultimative Überlast überschreitet, wird das interne Sensorelement wahrscheinlich nachgeben oder brechen, wodurch der Sensor dauerhaft unbrauchbar wird.

#4 – Maximale Axiallast (Spezifisch für Drehmomentsensoren) ist die maximale Kraft (Schieben oder Ziehen), die entlang der Rotationsachse eines Drehmomentsensors aufgebracht werden kann, ohne seine internen Komponenten zu beschädigen. Ein Motor-Dynamometer verwendet einen Drehmomentsensor zur Messung der Motorleistung. Um dies genauer zu erklären: Wenn die Mechaniker die Kupplungsschrauben überdrehen, könnte die resultierende Kraft, die entlang der Welle drückt (die maximale Axiallast), den Sensor beschädigen, selbst wenn das gemessene Rotationsdrehmoment durchaus innerhalb der Grenzen liegt.

Arten der aufgebrachten Kraft

Diese Begriffe beschreiben die verschiedenen Richtungen und Arten von Kräften, die auf einen Sensor wirken.

#5 – Drehmoment ist das rotatorische Äquivalent zur linearen Kraft. Es ist die Drehkraft oder Drehbewegung, die Drehmomentsensoren speziell messen sollen. Beispielsweise verwendet ein Montageband einen Schraubenschlüssel mit einem Inline-Drehmomentsensor, um sicherzustellen, dass jede Schraube an einem Flugzeugflügel auf eine präzise Spezifikation angezogen wird. Lesen Sie mehr in Drehmomentsensoren 101 und Drehmomentsensoren-Übersicht plus Glossar der Drehmomentbegriffe.

#6 – Moment (oder Biegemoment) bezieht sich im Zusammenhang mit Wägezellen auf eine Kraft, die außermittig oder in einem Winkel aufgebracht wird und das Messelement des Sensors auf unbeabsichtigte Weise biegt oder verdreht. Dies ist eine primäre Quelle für Messfehler. Nehmen wir beispielsweise an, eine Plattformwaage verwendet vier Wägezellen. Wenn ein schwerer Gegenstand nur in einer Ecke platziert wird, erzeugt die resultierende außermittige Kraft ein erhebliches Moment auf die nächstgelegene Wägezelle, was dazu führt, dass sie im Vergleich zu einer mittig darauf platzierten Last ungenau misst. Lesen Sie: Was ist Momentkompensation?

#7 – Seitenlast, auch bekannt als Off-Axis-Last, ist eine Kraft, die senkrecht zur primären Messachse des Sensors aufgebracht wird. Sie führt zu Scherbeanspruchung und Biegung, die die Genauigkeit erheblich reduzieren und den Sensor beschädigen können. Zur klareren Veranschaulichung: Ein mit Wägezellen ausgestatteter Prozesstank wird zum Mischen einer dicken Aufschlämmung verwendet. Die Mischwirkung drückt horizontal gegen die Tankwände und erzeugt eine Seitenlast auf die vertikal ausgerichteten Wägezellen. Um diesen Effekt zu mindern, muss geeignete Befestigungshardware verwendet werden. Seitenlast-Empfindlichkeit 101 bietet weitere Informationen.

TIPP: Interface hat eine technische Begriffsbibliothek zusammen mit Sensor-Spickzetteln für Ressourcen sowie andere relevante Referenzen erstellt. Sie können darauf in unserem ForceEDU Resource Center zugreifen.

Technische Präzision

Das Verständnis dieser kritischen Begriffe geht nicht nur darum, ein Datenblatt zu lesen; es geht darum, die zugrunde liegenden Konzepte zu verstehen. Es geht letztendlich darum, die Integrität und Zuverlässigkeit Ihres gesamten Messsystems zu gewährleisten, unabhängig vom Maßstab.

Ob Sie sich auf Jumbo-Wägezellen in einer Strukturprüfanlage für ein Raumfahrzeug-Trägerraketen verlassen, wo ein ultimativer Überlastausfall keine Option ist, oder ob Sie die Leistung einer Miniatur-Biegebalken-Wägezelle in einem lebensrettenden medizinischen Gerät überwachen – die Präzision hängt von diesen Spezifikationen ab.

Indem Sie den Unterschied zwischen der tatsächlich gemessenen Last und der sicheren Überlastgrenze erkennen, schützen Sie Ihre Investition. Indem Sie Montagesysteme sorgfältig entwerfen, um parasitäre Kräfte wie Seitenlast und Moment zu minimieren, stellen Sie die Messgenauigkeit sicher. Und indem Sie die maximale Axiallast Ihrer Drehmomentsensoren überprüfen, verhindern Sie vorzeitigen mechanischen Verschleiß.

Die Beherrschung dieses Vokabulars stellt sicher, dass Sie den richtigen Sensor für die Aufgabe auswählen, seine Lebensdauer maximieren und, am wichtigsten, den Daten vertrauen, die Ihre kritischsten technischen Entscheidungen vorantreiben.

ERINNERUNG! Die ultimative Ressource für technische Begriffe und das Verständnis der Kraftmessung ist unser Interface Load Cell Guide. Sie können hier eine kostenlose Kopie des Online-Buchs erhalten.

Sie können auch weitere Details in unserem Auszug aus dem Webinar „Demystifying Specifications“ unten erkunden.