Laden Sie unsere „FAQs zu Mehrkomponentenaufnehmern“ herunter

Laden Sie unseren neuesten FAQ-Artikel zu den Grundlagen von in Anwendungen wie beispielsweise der Robotik eingesetzten Mehrkomponentenaufnehmern herunter.

Der Artikel liefert Antworten auf Fragen wie beispielsweise:

  • Was ist ein Mehrkomponentenaufnehmer?
  • Was können Mehrkomponentenaufnehmer messen?
  • Welche Ausgangssignale sind zu erwarten?
  • ...und vieles mehr!
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Mehrkomponentenaufnehmer: Grundlegende Fragen

Was ist ein Mehrkomponentenaufnehmer?

Ein Mehrkomponentenaufnehmer kann Kräfte messen, die in mehr als einer Ebene wirken, beispielsweise Messungen in x- und y-Richtung. Einige Mehrkomponentenaufnehmer können nicht nur in bestimme Richtungen wirkende Kräfte sondern auch Momente, Drehkräfte um eine Achse messen.

In wie vielen Achsen können Mehrkomponentenaufnehmer typischerweise messen?

Mehrkomponentenaufnehmer können in bis zu sechs Achsen messen. Ein Mehrkomponentenaufnehmer kann beispielsweise x-, y- und z-Richtungen und Momente messen.

Welche Ausgangssignale sind zu erwarten?

Abhängig von der Anwendung und der Größe der Kraft, erhält man typischerweise analoge Ausgangssignale in mV/V oder diese werden in ein digitales Ausgangssignal umgewandelt, das einem Standardprotokoll wie FireWire oder CANbus entspricht.

Das elektrische Ausgangssignal in mV/V bezieht sich auf eine Sensorspeisung bei Nennlast, -drehmoment oder -druck. So erhält man beispielsweise mit einer Wägezelle mit einem Kennwert von 2 mV/V bei einer Nennlast von 100 lb [45 kg] und 10 V Speisung ein Ausgangssignal von 20 mV bei 100 lb [45 kg] oder 0,2 mV für je 0,45 Kilogramm aufgebrachter Last.


Montage und Installation

Welche Größen und Nennlasten gibt es?

Es gibt Mehrkomponentenaufnehmer, die Lasten von lediglich ein paar Gramm ermitteln können. Genauso gibt es aber auch Sensoren, die mit Lasten von mehreren Tausend Kilogramm beaufschlagt werden können, ohne dadurch Schade zu nehmen.

Wie werden Mehrkomponentenaufnehmer montiert?

Da Mehrkomponentenaufnehmer sowohl Momente als auch Kräfte messen, reagieren sie empfindlich, wenn sie auch nur leicht schräg zur Montagefläche installiert werden. Daher müssen selbst kleinste Ausrichtungsfehler bei der Montage verhindert werden. Die Montageflächen müssen ausreichend steif sein, damit sie sich nicht durchbiegen.

Hier gilt als Faustregel, dass die Stärke der Anschlussteile in etwa einem Drittel der Aufnehmerhöhe entsprechen sollte. (Im Optimalfall ist die Durchbiegung der Montagefläche unter Last weniger als 0,005 mm.) Die Fläche muss zudem lackfrei und aus Stahl mit einer Mindesthärte von 40 HRC sein. Der Edelstahlmesskörper (mechanische Schnittstelle) des Aufnehmers hat eine Härte von mindestens 42 HRC.

Die Ebenheit der Oberfläche sollte besser als 0,05 mm und die Oberflächenrauigkeit ≤ Ra 1,6 sein. Idealerweise ist die Oberfläche geschliffen. Der Aufnehmer sollte auf den Bauteilen zentriert und mit Anschlagstiften ausgerichtet sein. Der Winkelfehler oder die Toleranz bei der Ausrichtung sollte kleiner als 0,1 ° sein. Und schließlich sollten die Montageschrauben von Mehrkomponentenaufnehmern über Kreuz nacheinander bis zum vollen Anziehdrehmoment angezogen werden, damit der Sensor stets plan auf der Montagefläche aufliegt.

Anwendung von Mehrkomponentenaufnehmern

In welchen Anwendungen werden Kräfte in mehr als einer Ebene und Richtung gemessen?

In vielen solchen Anwendungen wird versucht, eine Vektorlast zu bestimmen, die mit den Positionskoordinaten x, y und z zu beschreiben ist. Ebenso helfen Mehrkomponentenaufnehmer bei der Richtungserkennung oder beim Messen von Lastbeiträgen in mehreren Richtungen.

Wann setzt man einen Mehrkomponentenaufnehmer ein anstelle von mehreren Sensoren, die in einer Achse messen?

Ein Mehrkomponentenaufnehmer kann kleiner sein und weniger Platz in Anspruch nehmen als mehrere Sensoren, die in einer Achse messen. Darüber hinaus kann auch seine Verschaltung einfacher sein. Diese Faktoren senken die Materialkosten.

In welchen Medizinanwendungen sind Mehrkomponentenaufnehmer erforderlich?

In der Medizinrobotik sind Mehrkomponentenaufnehmer sehr oft im Einsatz. Solche Sensoren ermöglichen Fortschritte in der Medizinrobotik, die bei Operationen, zur medizinischen Ausbildung und in der Rehabilitation Anwendung findet. Mehrkomponentenaufnehmer finden ebenfalls Anwendung in Diagnosegeräten wie Ultraschall- und MRT-Geräten sowie PET- und CT-Scannern.

Übersprechen, Hysterese, Linearitätsabweichung

Was bedeutet Übersprechen bei Mehrkomponentenaufnehmern?

Erfolgt eine Belastung nur in eine Richtung und es gibt ein Ausgangssignal entlang der anderen Achsen, spricht man von Übersprechen zwischen den Kanälen. Übersprechpegel sind in den technischen Daten der Mehrkomponentenaufnehmer spezifiziert. Sie werden in Prozent des Ausgangssignals des Kanals angegeben. Wechselseitige Abhängigkeiten zwischen dem Übersprechen der Kraft- und Drehmomentachsen können rechnerisch kompensiert werden.

Wie wird die Linearitätsabweichung bei Mehrkomponentenaufnehmern definiert?

Die Linearitätsabweichung ist die größtmögliche Abweichung der Kalibrierkurve von einer Geraden durch das Ausgangssignal ohne Belastung und das Signal bei Belastung mit Nennlast, ausgedrückt in Prozent des Kennwerts und gemessen bei zunehmender Belastung.

Was bedeutet Hysterese bei Mehrkomponentenaufnehmern?

Die Hysterese ist die größte Differenz zwischen der Kennlinie eines Aufnehmers bei aufsteigender und bei absteigender Belastung.  Die Hysterese wird üblicherweise bei halbem Kennwert gemessen und in Prozent des Kennwerts angegeben.

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