Pressed-in Sensor

Kompetenzen

Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren

Innovative Wege in der Kraftmesstechnik

Einpress-Sensoren sind eine innovative Methode in der Kraftmesstechnik, um die Verformungen belasteter Maschinenteile direkt zu erfassen. Die Einpress-Sensoren können zum Beispiel bei Trägern, Stützen und Masten zum Einsatz kommen, die sich etwa an Pressen, Spritzguss- oder Stanzmaschinen oder an Hebeln, Getriebegehäusen und Bremszangen befinden. Sie bieten damit viele Anwendungsmöglichkeiten im Maschinenbau.

Bei diesem Verfahren kommt ein Sensortyp mit einer zylindrischen Außenkontur zum Einsatz. Diese Einpress-Sensoren werden dabei zur Erfassung der Dehnung in eine geriebene Bohrung in das zu überwachende Bauteil  eingepresst. Die Einpressbohrung hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Zylinderdurchmesser des Sensors.

Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren: die Vorteile

Die Vorteile dieser Messmethode liegen zum einen im geringen Platzbedarf der Sensoren selbst. Zum anderen ist die Temperaturabhängigkeit des Messsignals sehr gering. Das lässt sich auf das Messprinzip zurückführen.

Einpress-Sensoren: einfache Montage und Austausch

Einpress-Sensoren werden mit Hilfe einer handelsüblichen Presse montiert. Dazu wird das zu bestückende Bauteil an einer zuvor bestimmten Stelle mit einer Sensorbohrung versehen. Eine Adapterhülse wird eingepresst und der Einpress-Sensor in die Adapterhülse gedrückt. Die Verwendung einer Adapterhülse sorgt für die problemlose Austauschbarkeit des Sensors. Die dafür notwendigen Fügekräfte liegen mit ca. 10 kN im praktikablen Bereich. Dieses Ergebnis braucht den Vergleich mit anderen Methoden der Kraftmesstechnik nicht zu scheuen.

Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren: Weiterverarbeitung der Bauteile

Danach können die mit Einpress-Sensoren versehenen Bauteile im normalen Fertigungsfluss weiterverarbeitet werden. Der letzte Arbeitsgang besteht im Setzen von Null- und Endpunkt (Empfindlichkeit) des Verstärkers (auch in den Einpress-Sensor integrierbar) mit Hilfe eines Handprogrammiergeräts. Zur Einstellung wird bei dieser neuen Methode der Kraftmesstechnik eine definierte Belastung der Maschine hervorgerufen, in der das sensierte Bauteil verbaut ist. Möchte man Einpress-Sensoren zum Abschalten einer Maschine verwenden (z. B. zum Überlastschutz), kann der Endpunkt durch das Hochfahren der Maschine bis zur maximalen Belastung  bestimmt werden.

Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren für die Serienfertigung

Bei der Integration des Einpress-Sensors in eine seriengefertigte Maschine kommt es auf die umfassende Unterstützung durch alle Projektstufen an. Für ein solches Kraftmesstechnik-Projekt sind in der Durchführungsplanung folgende Vorbereitungsschritte notwendig:

  • FE-Kalkulation zur Bestimmung der optimalen Einbaustelle / Einpressstelle des Sensors
  • Baumusterprüfung an Prototypen und Langzeittest
  • Adaption/Integration des geeigneten Messverstärkers
  • Ersatzteil- und Austauschkonzeption


Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren: Anwendung am Beispiel Getriebegehäuse

Messung des Abtriebsmoments einer Welle in einem Getriebegehäuse:

Im Getriebegehäusedeckel befinden sich üblicherweise Wälzlager zur Aufnahme der Wellen. Bei vielen Getriebekonstruktionen müssen über diese Wälzlager einseitig, radial wirkende, drehmomentproportionale Lasten abgetragen werden. Dadurch ist es möglich, im Getriebegehäusedeckel lastproportionale Dehnungen zu erfassen. An einem geeigneten Ort im Deckel untergebracht, geben Einpress-Sensoren nun ein drehmomentproportionales, elektrisches Signal aus.

Die neue Kraftmesstechnik-Methode im Langzeittest

Es liegen bereits Langzeituntersuchungen dieser neuen Methode in der Kraftmesstechik vor. Sie ergaben auch unter widrigen Bedingungen eine hohe Stabilität des Signals der Einpress-Sensoren: Bei Versuchen von über mehreren 100.000 Volllastwechseln betrug die Änderung weniger als 1 % – sowohl am Nullpunkt als auch am Endpunkt.

Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren: vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Den Einsatzmöglichkeiten der Einpress-Sensoren sind kaum Grenzen gesetzt, solange die Festigkeit des zu sensierenden Bauteils ausreicht:
Die Streckgrenze sollte jedoch mehr als 200 MPa betragen. Bauteile aus Stahl- und Aluminiumdruckguss stellen in dieser Anwendung  kein Problem dar. Hochfeste Werkstoffe sind ebenfalls für die Verwendung von Einpress-Sensoren gut geeignet.

tecsis bietet mit einer großen Auswahl an programmierbaren und teilweise in den Sensor integrierbaren Verstärkern die gesamte Messkette. Als Standard- Ausgangsignale stehen 0…10 V und 4...20 mA  zur Verfügung. Es wurden bereits zwei Baugrößen der neuen Einpress-Sensoren zur Serienreife gebracht: Die Außendurchmesser der Sensoren betragen 20 mm und 30 mm.

Fazit: Kraftmesstechnik in Bestform

Die Lasterfassung an Maschinenbauteilen über Einpress-Sensoren ist eine zukunftsweisende Alternative zu den bekannten Verfahren in der Kraftmesstechnik. Sie überzeugt durch ein sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Sprechen Sie mit uns über Kraftmesstechnik mit Einpress-Sensoren  – wir beraten Sie gerne.