Was ist der Unterschied zwischen einem Kraftaufnehmer und einer Wägezelle?

Kraftaufnehmer und Wägezellen basieren auf demselben Messprinzip – dem Dehnungsmessstreifen (DMS) – und wandeln mechanische Kräfte in elektrische Signale um. Der Begriff Wägezelle wird überwiegend in der Wäge- und Prozesstechnik verwendet, während Kraftaufnehmer das breitere Spektrum der Kraft- und Drehmomentmesstechnik abdecken: von Prüfständen in der Luft- und Raumfahrt bis zur Materialprüfung. interfaceforce® e.K. vertreibt beide Varianten in Messbereichen von 0,5 Newton bis 30 Meganewton.

Welche Bauformen von Kraftaufnehmern bietet interfaceforce® e.K. an?

Das Portfolio umfasst Flachprofilkraftaufnehmer (LowProfile), S-Form-Kraftaufnehmer, Miniaturkraftaufnehmer, Messbolzen, Kraftmessringe, Biegebalken-Wägezellen, zylindrische Hochlastsensoren sowie Mehrkomponentenaufnehmer für bis zu 6 Freiheitsgrade (6DoF). Alle Standardmodelle sind auf Dehnungsmessstreifen-Basis (DMS) gefertigt und werden mit Kalibrierzertifikat geliefert. Sonderbauformen werden nach Kundenspezifikation entwickelt.

Welche Drehmomentaufnehmer sind für rotierende Anwendungen geeignet?

Für rotierende Wellen stehen Drehmomentmesswellen (z. B. T2, T4, T6, T8, T11, T22, T25) bereit, die berührungslos und ohne Schleifringe arbeiten. Die Messbereiche reichen bis 10 kN·m. Für statische oder reaktive Applikationen – etwa in Prüfständen oder bei der Schrauben-Vorspannkraftmessung – werden Reaktions-Drehmomentaufnehmer eingesetzt. Beide Varianten liefern Signale auf DMS-Basis und sind mit den Messverstärkern von interfaceforce® e.K. kompatibel.

Wie funktioniert das XSENSOR Druckverteilungssystem und wofür wird es eingesetzt?

XSENSOR-Systeme messen die flächige Druckverteilung mit ultraflexiblen Sensormatten in unterschiedlichen Geometrien und Auflösungen. Die bildgebenden Systeme liefern präzise, reproduzierbare Ergebnisse und werden in der Automobil- und Medizintechnik, der Biomechanik sowie im Point-of-Sale-Bereich eingesetzt – zum Beispiel für Sitzdruckanalysen, Reifenaufstandsflächenmessung, Matratzendiagnose und Wischer-Prüfung. Das XSENSOR-Labor ist nach ISO/IEC 17025 (A2LA) akkreditiert.

Welche Messgenauigkeit erreichen die Kraftaufnehmer von interfaceforce® e.K.?

Die LowProfile-Kraftaufnehmer der Interface-Serien (z. B. 1200, 1201, 3200) erreichen typischerweise eine Gesamtfehlergrenze (Static Error Band) von ≤ 0,02 % des Nennwerts (Full Scale Output). Die Gold Standard®- und Platinum Standard®-Referenzkraftaufnehmer sind für Kalibrieraufgaben nach ISO 376 Klasse 0,5 geeignet. Alle Sensoren werden ab Werk mit einem Kalibrierzertifikat geliefert; A2LA-akkreditierte Zertifikate nach ISO/IEC 17025 sind auf Anfrage erhältlich.

Führt interfaceforce® e.K. auch Kalibrierungen von Fremdhersteller-Sensoren durch?

Ja. Das Kalibrierlabor von interfaceforce® e.K. ist ISO/IEC 17025-akkreditiert (A2LA und DAkkS gegenseitig anerkannt im Rahmen der ILAC MRA) und kalibriert Kraftmessgeräte herstellerunabhängig. Unterstützte Normen: ISO 376, DKD-R 3-3, ASTM E74, VDI/VDE 2624 sowie freie Kalibrierabläufe. Kraftmessbereiche: 0,5 N bis 250 kN (Zug und Druck). Für die Einsendung wird vorab eine RMA-Nummer vergeben; die Lieferadresse für Kalibrierungen und Reparaturen ist c/o SETFLEX, Oppelner Str. 23, 41199 Mönchengladbach.

Wie läuft eine Kalibrierung ab und wie lange dauert sie?

Der Ablauf beginnt mit der Anfrage per Kontaktformular oder E-Mail; interfaceforce® e.K. vergibt umgehend eine RMA-Nummer. Nach Eingang des Geräts erfolgt die Kalibrierung im ISO-17025-akkreditierten Labor durch statische Zug- und/oder Druckkraftmessungen mit rückgeführten Transfernormalen (DAkkS, NIST oder PTB). Kalibrierungen nach ISO 376 oder DKD-R 3-3 umfassen mehrere Laststufen in verschiedenen Einbaulagen. Die Durchlaufzeiten sind kurz – genaue Angaben werden auf Anfrage genannt. Das fertige Kalibrierzertifikat ist international anerkannt.

Welche Kraftaufnehmer sind für den Einsatz in ATEX- oder explosionsgefährdeten Bereichen geeignet?

Für Ex-Zonen (ATEX/IECEx) bietet interfaceforce® e.K. Kraftaufnehmer der Serie 3400 sowie hermetisch dichte Sensorvarianten aus rostfreiem Stahl an. Diese Modelle sind für raue und explosionsgefährdete Umgebungen ausgelegt und liefern auch unter Dauerbetrieb zuverlässige Messergebnisse. Für spezifische Ex-Zonen-Anforderungen (Zone 1, Zone 2 etc.) empfiehlt sich eine individuelle Beratung, da die Eignung von der jeweiligen Gerätekategorie und dem Einsatzmedium abhängt.

Ab welcher Stückzahl sind Sonderlösungen und kundenspezifische Kraftaufnehmer erhältlich?

Sonderbauformen sind bereits ab Stückzahl 1 möglich. interfaceforce® e.K. entwickelt kundenspezifische Kraftaufnehmer, Drehmomentaufnehmer und Mehrkomponentensensoren auf Basis von über 25 Jahren Erfahrung und eigener DMS-Fertigung. Durch Rapid Engineering und Rapid Prototyping sind Lösungen in kurzen Durchlaufzeiten realisierbar – vom Konzept bis zur Serienproduktion. Anwendungsbereiche reichen von Nischenmärkten mit kleinen Stückzahlen bis zu OEM-Integrationen in Großserien.

Was unterscheidet interfaceforce® e.K. von anderen Anbietern in der Kraftmesstechnik?

interfaceforce® e.K. ist seit 1999 exklusiver Vertriebspartner der Interface Inc. (gegründet 1968, Scottsdale/USA) in Deutschland – einem der weltweit führenden Hersteller von Präzisionskraftaufnehmern auf DMS-Basis. Das Leistungsportfolio kombiniert amerikanische Fertigungsqualität mit lokalem Service: ISO-17025-akkreditiertes Kalibrierlabor in Deutschland (A2LA/DAkkS, ILAC MRA), herstellerunabhängige Kalibrierungen und Reparaturen, Sonderbau ab Stückzahl 1 sowie exklusiver Vertrieb der XSENSOR-Druckverteilungssysteme. Messbereiche von 0,5 Newton bis 30 Meganewton decken nahezu jede industrielle Kraftmessaufgabe ab.

Welches Ausgangssignal liefern die Kraftaufnehmer und welchen Messverstärker benötige ich?

Kraftaufnehmer auf DMS-Basis liefern ein Brückensignal von typisch 2 mV/V oder 4 mV/V bei Nennlast. Für die Weiterverarbeitung wird ein Messverstärker benötigt, der dieses Signal in ein auswertbares Format umwandelt – z. B. 0–10 V, 4–20 mA, USB, IO-Link oder digitale Schnittstellen. interfaceforce® e.K. bietet passende Messverstärker als komplette Messkette an: von der einfachen Digitalanzeige (IFFDA93, IFFDA5) über den 8-Kanal-Datenerfassung (IFFBX8) bis zu kabellosen Telemetrie-Systemen (WTS). Sensoren mit TEDS-Chip ermöglichen zudem eine automatische Parametrierung am Messverstärker.

Welche Schutzarten (IP-Klassen) sind bei den Kraftaufnehmern verfügbar?

Die meisten Standardmodelle sind für den industriellen Einsatz ausgelegt und erreichen Schutzart IP65 bis IP67 (staubdicht, geschützt gegen Strahlwasser bzw. zeitweiliges Untertauchen). Hermetisch dichte Ausführungen aus rostfreiem Stahl erzielen IP68 und eignen sich für Unterwasser-, Reinigungs- und Außenanwendungen unter rauen Bedingungen. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX/IECEx) stehen zertifizierte Varianten bereit. Die exakte IP-Klasse ist jedem Produktdatenblatt zu entnehmen; auf Anfrage berät interfaceforce® e.K. bei der anwendungsspezifischen Auswahl.

Wie oft sollte ein Kraftaufnehmer rekalibriert werden?

Es gibt keine gesetzlich vorgeschriebenen Intervalle, jedoch empfehlen ISO 9001, IATF 16949 und branchenübliche QS-Systeme eine jährliche Überprüfung. In der Praxis richtet sich das Intervall nach Beanspruchungsintensität, Umgebungsbedingungen und der geforderten Messunsicherheit. In sicherheitskritischen Anwendungen oder nach mechanischen Überlastereignissen sollte eine sofortige Rekalibrierung erfolgen. Das interfaceforce-Labor führt herstellerunabhängige Rekalibrierungen mit kurzen Durchlaufzeiten durch – auch für Sensoren anderer Hersteller.

Was ist TEDS und welche Vorteile bietet es?

TEDS (Transducer Electronic Data Sheet, IEEE 1451.4) ist ein elektronischer Datenspeicher im Sensor oder Stecker, der Kalibrierdaten und Sensorkennwerte automatisch an den Messverstärker überträgt. Damit entfallen manuelle Eingaben und Parametrierungsfehler beim Sensortausch – der Messaufbau ist per Plug-and-Play in Betrieb. Das Handgerät IFFDA93 sowie weitere Messverstärker von interfaceforce® e.K. unterstützen den TEDS-Standard und ermöglichen eine schnelle, fehlerfreie Inbetriebnahme auch bei häufigem Sensortausch.

Was sind parasitäre Kräfte und wie beeinflussen sie die Messung?

Parasitäre Kräfte sind unerwünschte Querkräfte, Biegemomente oder Torsionslasten, die gleichzeitig mit der eigentlichen Messkraft auf den Sensor wirken und das Ergebnis verfälschen können. Bereits eine Winkelabweichung von 5° in der Lasteinleitung verursacht einen systematischen Fehler. interfaceforce® e.K. empfiehlt zur Minimierung parasitärer Einflüsse den Einsatz von Gelenkköpfen, Drucklastknöpfen und Montageplatten – alles als Zubehör verfügbar. Bei der Sensorauswahl und Einbauberatung unterstützt das Team von interfaceforce® e.K. auf Anfrage.

Wie sind die Lieferzeiten und kann ich auch kleine Stückzahlen bestellen?

Lagervorrätige Standardmodelle der Interface Inc. sind kurzfristig lieferbar. Sonderbauformen und kundenspezifische Aufnehmer werden nach Auftragseingang gefertigt; dank Rapid Prototyping sind erste Muster oft innerhalb weniger Wochen verfügbar. Es gibt keine Mindestbestellmenge – Bestellungen sind ab Stückzahl 1 möglich. Anfragen und Bestellungen erfolgen per E-Mail (info@interfaceforce.de), Telefon (+49 8022 271667) oder Kontaktformular auf der Website.

Was ist der Unterschied zwischen Ermüdungs- und Schlagprüfung?

Ermüdungsprüfungen (Fatigue Testing) und Schlagprüfungen (Impact Testing) sind grundlegend unterschiedliche mechanische Prüfverfahren, die völlig verschiedene physikalische und elektronische Anforderungen an die Messtechnik stellen.

Bei der Auswahl von Messwertaufnehmern für die mechanische Dauerhaltbarkeitsprüfung ist ein klares Verständnis der Grenze zwischen zyklischer Materialermüdung und kurzzeitiger Stoßbelastung erforderlich. Beide Prüf- und Messverfahren untersuchen zwar Material- und Strukturgrenzen, doch die Anforderungen an die Messtechnik unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Sensorkonstruktion, Bandbreite, Signalaufbereitung und Überlastauslegung.

Grundlagen der Ermüdungsprüfung und Sensoranforderungen

Die Ermüdungsprüfung misst die fortschreitende Materialschädigung eines Bauteils oder einer Baugruppe unter wiederholter zyklischer Belastung unterhalb der Zugfestigkeit. Prüfingenieure nutzen diese Daten, um S-N-Kurven zu erstellen, Dauerfestigkeitsgrenzen zu bestimmen und die Lebensdauer unter kontinuierlicher Wechselbeanspruchung vorherzusagen. Lesen Sie dazu: Grundlagen der Lebensdauervorhersage bei Ermüdung

Messwertaufnehmer für Ermüdungsanwendungen müssen Millionen vollständiger Lastwechsel überstehen, ohne Nullpunktverschiebung, Spannenabweichung oder mechanisches Versagen zu zeigen. Ein herkömmlicher Standard-Kraftaufnehmer erleidet unter kontinuierlicher Wechselbelastung häufig einen Bruch der Dehnmessstreifen-Verklebung oder strukturelle Risse, wenn er nicht für diese Beanspruchung ausgelegt ist. Ermüdungsgeprüfte Kraftaufnehmer werden mit geringeren inneren Spannungswerten, ausgewogener Schubsteg-Geometrie und speziellen Federkörper-Konstruktionen entwickelt, um innerhalb ihres spezifizierten Einsatzbereichs eine (bei sachgemäßer Anwendung) unbegrenzte Lebensdauer zu ermöglichen. Weitere Informationen finden Sie unter Ermüdungsgeprüfte Kraftaufnehmer – Grundlagen.

Sensorauswahl: LowProfile-Kraftaufnehmer mit Ermüdungsfreigabe wie der 1000 Fatigue-Rated Universal LowProfile® Load Cell sowie ermüdungsgeprüfte Miniatur-Kraftaufnehmer wie der SSMF Fatigue Rated S-Type Load Cell sind von Interface für 100 Millionen vollständige Lastwechsel ausgelegt.
Anforderungen an die Messtechnik: Mehrkanalige Dehnmessstreifen-Verstärker und digitale Anzeigegeräte mit hervorragender Langzeit-Nullpunktstabilität, geringer Temperaturdrift und automatischer Shunt-Kalibrierung zur Überwachung von über Tage oder Monate laufenden Dauertests.

TIPP: Mehr erfahren und reinhören: Webinar-Zusammenfassung: Ermüdungsprüfung mit Kraftmesstechnik meistern

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Grundlagen der Schlagprüfung und Sensoranforderungen

Die Schlagprüfung bewertet das strukturelle Verhalten und die Energieaufnahme unter kurzzeitigen, hochamplitudigen Stoßbelastungen. Gängige Verfahren sind Falltürme, Pendelschlagwerke (Charpy und Izod), ballistische Durchschlagsprüfungen und Crashbarrieren.

Bei der Schlagmesstechnik verschiebt sich der Schwerpunkt von der langfristigen zyklischen Belastbarkeit hin zur präzisen Erfassung transienter Signale. Der Kraftaufnehmer muss schnelle Anstiegszeiten ohne Nachschwingen, strukturelle Dämpfung oder Übersteuerung erfassen können. Messwertaufnehmer in Schlagprüfständen sind häufig außeraxialen Kräften, starken Verzögerungsstößen und kurzzeitigen Überlastungen ausgesetzt, die den eigentlichen Messbereich weit überschreiten.

Sensorauswahl: Kraftaufnehmer, hochkapazitive Mehrachsen-Sensoren (z. B. 3-Achsen- und 6-Achsen-Sensoren), robuste Miniatur-Druckmessdosen sowie hochfrequente Kraftmessscheiben sind für hohe Eigenfrequenzen und die Erfassung von Spitzenkräften ausgelegt.
Anforderungen an die Messtechnik: Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssysteme (wie das BX8 Multi-Channel DAQ) mit Abtastraten zwischen 100 kHz und 1 MHz pro Kanal sowie analogen Tiefpass-Antialiasing-Filtern zur Vermeidung von Spektralüberlagerungen.

Mehr dazu unter Schlagprüfung für Millisekundenbewertungen.

Branchenanwendungen im Vergleich: Ermüdungs- versus Schlagprüfung

Automobilindustrie

Ermüdungsanwendung: Radaufhängungslenker, Stabilisatoren und Motorlager werden auf mehrachsigen hydraulischen Dauerhaltbarkeitsprüfständen montiert, die millionenfach Fahrbahn-Lastprofile durchlaufen. Ingenieure setzen dabei ermüdungsgeprüfte LowProfile-Kraftaufnehmer ein, um Zug- und Druckbelastung kontinuierlich ohne Kalibrierabweichung zu überwachen.
Schlaganwendung: Frontale Crashbarrieren, seitliche Intrusionsträger und Stoßfängersysteme durchlaufen Hochgeschwindigkeits-Kollisionsprüfungen. Ingenieure instrumentieren die Crashbarriere mit Kraftaufnehmern und Hochgeschwindigkeits-Datenloggern, um die Kraftableitung und den Energietransfer im Millisekundenbereich zu erfassen.

Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung

Ermüdungsanwendung: Flügel-Rumpf-Anschlussbeschläge und strukturelle Komponenten des Fahrwerks werden mit ermüdungsgeprüften Kraftaufnehmern über Hunderttausende simulierte Flugstunden hinweg vollständigen Ermüdungslebensdauer-Validierungen unterzogen.
Schlaganwendung: Flügelvorderkanten, Turbinenverkleidungen und Cockpitscheiben werden auf Fremdkörperschäden (FOD) und Vogelschlag geprüft. Hochkapazitive Kraftaufnehmer und Mehrachsen-Sensoren messen die momentanen Impulskräfte bei Hochgeschwindigkeits-Projektileinschlägen.

Medizinprodukte

Ermüdungsanwendung: Knie- und Hüftgelenkimplantate durchlaufen ISO-14243- und ISO-7206-Verschleiß- und Ermüdungsprotokolle mit 1 bis 5 Hz über 10 Millionen Zyklen in physiologischer Flüssigkeit. Versiegelte, ermüdungsgeprüfte Kraftaufnehmer erfassen dabei kontinuierlich wechselnde Axial- und Torsionslasten.
Schlaganwendung: Chirurgische orthopädische Instrumente, Knochennägel und keramische Femurköpfe werden auf Falltürmen geprüft, um mit hochfrequenten Miniatur-Kraftaufnehmern die Bruchfestigkeit bei plötzlichen Fall- oder Hammerschlagimpulsen zu quantifizieren.

Erneuerbare Energien

Ermüdungsanwendung: Befestigungen der Windturbinen-Rotorblattwurzeln, Pitch-Lager und Turmfundamentschrauben werden Millionen wechselnder aerodynamischer und rotatorischer Lastzyklen ausgesetzt. Hochkapazitive, ermüdungsgeprüfte LowProfile-Kraftaufnehmer und Schrauben-Überwachungssensoren messen kontinuierliche Zug-Druck-Zyklen über ausgedehnte Strukturvalidierungstests.
Schlaganwendung: Gierstopps, Notbremsmechanismen und windböenbedingte Blattauslenkungspuffer müssen abrupte, starke Stoßstopps bei plötzlichem Netzabwurf oder Starkwind-Bremsereignissen bewältigen. Hochkapazitive Druckmessdosen und Mehrachsen-Kraftaufnehmer erfassen diese kurzzeitigen Spitzenlastprofile, um mechanische Auffangschwellen zu überprüfen.

Schwerlast-Marine und Schifffahrt

Ermüdungsanwendung: Festmacherleinen, unterseeische Versorgungsleitungen und Krananlagen an Docks sind über Jahre hinweg kontinuierlicher zyklischer Zugbelastung durch permanente Wellenbewegung und Seegang ausgesetzt. Hermetisch versiegelte, ermüdungsgeprüfte Zugglieder und Unterwasser-Lastbolzen erfassen den Lastverlauf, um korrosionsbedingtes Ermüdungsversagen im Meerwasser zu verhindern.
Schlaganwendung: Unterwasser-Ankerfälle, Winden zur dynamischen Positionierung und Kollisionsschutzsysteme an Schiffsfendern sind extremen, augenblicklichen Stoßbelastungen beim Ankern, bei Rückschlagereignissen oder beim Anlegen ausgesetzt. Robuste, tauchfähige, hochkapazitive Lastbolzen und reine Druckmesszellen erfassen Spitzenstoßkräfte im Mikrosekundenbereich, um Scherbelastungsgrenzen zu bewerten und katastrophales Strukturversagen zu verhindern.

Drei praktische Überlegungen je nach Prüfart

Bei der Konfiguration eines Prüfsystems müssen Ingenieure die Sensorphysik genau auf das jeweilige Belastungsprofil abstimmen. Interface stellt die häufig mit Kraft- und Drehmomentmessung verbundenen Prüfarten in Arten von Prüfanwendungen mit Kraftaufnehmern und Weitere Prüfarten mit Kraftaufnehmern vor. Im Folgenden die wichtigsten Überlegungen je nach Prüfprofil.

#1 – Frequenzgang

Ermüdungsprüfungen auf servohydraulischen oder elektrodynamischen Prüfrahmen laufen in der Regel zwischen 1 Hz und 100 Hz, wo Standard-Dehnmessstreifen-Anregung und -Filterung sauber funktionieren. Schlagereignisse finden im Sub-Millisekundenbereich statt und erfordern Messwertaufnehmer mit hoher Eigenresonanzfrequenz, damit die Masse-Feder-Dynamik des Sensors das tatsächliche Stoßsignal nicht verfälscht.

#2 – Mechanischer Überlastschutz

Schlagprüfvorrichtungen benötigen eine Sensorkapazität, die deutlich über dem erwarteten Nennspitzenwert liegt, um unerwartete Stoßspitzen zu bewältigen, ohne das Federelement bleibend zu verformen. Bei Ermüdungsprüfungen muss die zulässige Ermüdungskapazität des Sensors dem maximalen zyklischen Spannungsbereich entsprechen oder ihn übersteigen, um ein vorzeitiges inneres Versagen zu verhindern.

#3 – Datensynchronisation

Die kanalreiche Ermüdungsüberwachung setzt auf kontinuierliche Aufzeichnung, Trendverfolgung und Grenzwertauslösung. Die Schlagerfassung erfordert dagegen Vor-Trigger-Pufferung, präzise Schwellenwertscharfschaltung und synchronisierte Analog-Digital-Wandlung über alle Dehnungs-, Beschleunigungs- und Wegkanäle gleichzeitig.

Fazit: Ermüdung versus Schlag im Klartext

Ermüdungs- und Schlagprüfung erfordern unterschiedliche Ansätze bei der Spezifikation der Messwertaufnehmer. Ermüdungsanwendungen verlangen Kraftaufnehmer mit geringer innerer Beanspruchung und Messtechnik, die auf langfristige Nullpunktstabilität über Millionen kontinuierlicher Zyklen optimiert ist. Schlagprüfstände hingegen priorisieren hohe Eigenfrequenzen, transiente Überlastkapazität und schnell abtastende DAQ-Architekturen, die den Energietransfer im Millisekundenbereich verzerrungsfrei erfassen.

Die genaue Abstimmung von Sensorkonstruktion, Eigenfrequenz und Datenerfassungsgeschwindigkeit auf das jeweilige mechanische Lastprofil gewährleistet Messgenauigkeit und schützt die Messtechnik vor vorzeitigem Strukturversagen. Kontaktieren Sie unsere Anwendungsingenieure, um den passenden Sensor und die passende Messtechnik für Ihr Prüfprojekt zu finden.