Bild 1: Piezoelektrische Messkette

Galvanische Trennung bei piezoelektrischen Messketten

Vom Ladungsverstärker bis zum Zubehör – die piezoelektrische Produktfamilie ‚Paceline‘ weist eine technische Besonderheit auf, die den praktischen Einsatz, insbesondere die Montage, ganz wesentlich vereinfacht: Die galvanische Trennung des Gehäuses von Summierbox oder Ladungsverstärkern vom Kabelschirm der Koaxialkabel. Technisch wird dies realisiert, indem die Schirmung des Koaxialkabels isoliert vom Gehäuse ausgeführt wird. Damit die Messkette den bestehenden EMV-Richtlinien entspricht, sind jedoch entsprechende Schirmungskonzepte erforderlich.

Anforderungen an die Messkette

Eine Messkette besteht mindestens aus einem Ladungsverstärker und einem Sensor – dies kann ein kalibrierter Aufnehmer (Serie CFT) oder ein Kraftmessring (CFW, CLP), aber auch ein piezoelektrischer Dehnungssensor (CST) sein. Eine Parallelschaltung der piezoelektrischen Sensoren ist relativ einfach zu realisieren, indem die oben erwähnte Summierbox zum Einsatz kommt. Auch die Kabel müssen bestimmten Anforderungen gerecht werden. Ein sehr hoher Isolationswiderstand, Rauschfreiheit auch unter Bewegung und mechanische Belastbarkeit sind gefragt. Spezielle Koaxialkabel erfüllen diese Bedingungen. Bei der Montage des Sensors ist darauf zu achten, dass dieser in der Regel auf ein metallenes Bauteil montiert wird. Daher ist das Gehäuse des Sensors auch elektrisch mit dem Objekt verbunden, auf dem der Kraftsensor montiert ist.

Bild 1 zeigt eine Messkette, die aus vier Sensoren besteht, welche über eine Summierbox an einen Ladungsverstärker gekoppelt sind. Dabei sind die Sensoren mechanisch verbunden. Da in der Kraftmesstechnik gehärtete Stähle zur Krafteinleitung verwendet werden, sind auch die Gehäuse auf gleichem elektrischem Potenzial.

Bild 2: Piezoelektrischer Kraftmessring

Störeinflüsse vermeiden

In der Praxis kommt es häufig vor, dass Summierbox oder Ladungsverstärker so montiert sind, dass sie mit einem anderen elektrischen Potenzial montiert sind. Sind die  Gehäuse von Summierbox und Ladungsverstärker mit der Schirmung der Koaxialkabel und somit auch mit dem Gehäuse des Sensors verbunden, so fließen Ausgleichsströme über den Kabelschirm, wenn die elektrischen Potenziale nicht gleich sind. Diese Ausgleichsströme können die Messung unter Umständen stören.

Stand der Technik ist, Summierboxen oder Ladungsverstärker mittels Kunststoffbauteilen elektrisch von dem Objekt zu trennen, auf dem sie montiert sind. So ist der Stromkreis unterbrochen, kein Ausgleichsstrom kann fließen. Es ergeben sich jedoch zwei Nachteile: Zum einen muss der Monteur an die Isolierscheiben denken, auch bei der Bestellung. Zum anderen ist die Montage umständlich.

Bei den Paceline-Produkten ist dies überflüssig: Da keine elektrische Verbindung zwischen Kabelschirm und Gehäuse besteht, kann Metall (Ladungsverstärker, Summierbox) auf Metall (Schaltschrank, Hutschiene) verschraubt werden. Die Montage wird dadurch vereinfacht.

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