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Kraftaufnehmer / Kraftmessdosen

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Kraftbereich
  • 5 N - 2.500 kN (quasi-statisch)
  • 1 kN - 1.000 kN (dynamisch)
Versuchsart
  • Zugversuch
  • Biegeversuch
  • Druckversuch
  • Ermüdungsversuch
  • Bruchmechanik
Genauigkeitsklasse
  • ISO 7500-1
  • ASTM E4

Kraftaufnehmer im Vergleich Herausforderungen Vorteile & Merkmale Genauigkeitsmerkmale optionales Zubehör

In der Materialprüfung wird ein Kraftaufnehmer (auch Kraftmessdose genannt) verwendet, um die mechanischen Eigenschaften eines Materials zu charakterisieren, indem die Kraft gemessen wird, die benötigt wird, um das Material zu verformen oder zu brechen. Der Kraftaufnehmer wandelt die physikalische Größe Kraft in eine elektrisch messbare Spannung um. Die Kraftaufnehmer sind für Zug-, Druck-, Biegeversuche und Torsionsprüfungen sowie zyklische Prüfungen einsetzbar. 

Aufgrund der oft extremen und vielfältigen Anforderungen in der Materialprüfung ist der Kraftaufnehmer das Herz des Prüfsystems. Seine Beschaffenheit bietet die Voraussetzung für zuverlässige, interprätierbare Prüfergebnisse. Damit dieses Herzstück optimal in des Prüfsystem integriert ist, hat ZwickRoell die eigene patentierte Xforce Kraftaufnehmer-Reihe enwickelt und hergestellt, die in Bezug auf Genauigkeit und Robustheit den höchsten Anforderungen gerecht wird.

Kraftaufnehmer im Vergleich
Xforce Precision P High Precision HP High Precision HP+ 1 K K+ 1 High Capacity Dynamic 2
Nennkraftgröße
Fnom
5 N bis 150 kN 5 N bis 10 kN 5 N bis 10 kN 10 kN bis 250 kN 10 kN bis 250 kN 330 kN bis 2.500 kN 1 kN bis 1.000 kN
Genauigkeitsklasse 1 ab x% Fnom 0,4% 0,2% 0,1% 0,2% 0,1% ab 0,2% von Fnom ab 0,4% von Fnom
Genauigkeitsklasse 0,5 2% 1% 0,1% 1% 0,1% ab 1% von Fnom ab 1% von Fnom
Einsatzbereich quasi-statisch quasi-statisch quasi-statisch quasi-statisch quasi-statisch quasi-statisch quasi-statisch und Ermüdungsversuche


1 Die Plus-Kraftaufnehmer verfügen über einen erweiterter Messbereich, in der die Kalibrierung gültig ist.
2 Der Xforce Dynamic Kraftaufnehmer ist mit einem integriertem Beschleunigungsaufnehmer ausgestattet (ab 5 kN).

Herausforderungen für einen Kraftaufnehmer

Axialkraftgrenzen
Querkräfte
Temperatur
Biegemomente
Drehmoment

Axialkraftgrenzen

Axialkraftgrenzen sind Kraftgrenzen und -bereiche in Richtung der Messachse des Kraftaufnehmers. Eine zu hohe Kraft in Richtung der Messachse des Kraftaufnehmers kann zu einer eingeschränkten Messgenauigkeit und einer dauerhaften Verformung des Kraftaufnehmers führen.

Der Xforce Kraftaufnehmer kann 300% der Nennkraft ohne mechanisches Versagen und bis zu 150% ohne Nullpunktverschiebung standhalten. Durch das einzigartige elektronische Identifikationssystem innerhalb des Kraftaufnehmers identifiziert unsere Prüfsoftware testXpert automatisch den Kraftaufnehmer und seine Eigenschaften und legt die entsprechenden Kraft- und Weggrenzen für die Prüfung fest.

Querkräfte

Querkräfte sind äußere Kräfte, die auf die Befestigungsfläche des Dehnungsmessstreifens senkrecht zur Prüfachse wirken. Diese Kräfte können die Prüfergebnisse negativ beeinflussen.

Die Xforce Kraftaufnehmer (HP  und K) sind für Prüfungen konzipiert und gebaut, bei denen Querkräfte auftreten können. Eine Querkraft in Höhe von 10 % der Nennkraft verursacht eine Abweichung von nur ±0,02 % des Messwerts.

Temperatur

Temperaturschwankungen am Kraftaufnehmer können Verformungen verursachen und das Messergebnis beeinträchtigen.

Insbesondere die Xforce Kraftaufnehmer HP und K verfügen über eine integrierte Temperaturkompensationsfunktion.

Biegemomente

Biegemomente treten auf, wenn eine Querkraft durch einen Hebel versetzt einfließt oder wenn die Axialkraft aufgrund einer Exzentrizität versetzt aufgebracht wird.

Xforce Kraftmessdosen sind so konzipiert, dass Biegemomente auf ein Minimum reduziert werden. Die Deformationselemente weisen eine hohe Biegesteifigkeit bei überlagerten Querkräften, Biegemomenten oder Drehmomenten auf.

Drehmoment

Wenn eine Querkraft nicht direkt auf die Messachse trifft, entsteht ein Drehmoment. Drehmomente entstehen durch den Prüfaufbau oder die Probe, z.B. bei der Druckprüfung von Schraubenfedern.

Bei Xforce Kraftaufnehmern entspricht das Drehmoment 0,2% (P und HP) bzw. 0,005% (K) der Nennkraft pro mm für jeden mm Parallelversatz.

Video zum Xforce Kraftaufnehmer

Robust und hochgenau. Verlassen Sie sich nicht nur auf unser Wort, sondern überzeugen Sie sich selbst!

Vorteile & Merkmale Kraftaufnehmer Xforce

Einzigartige Selbstidentifizierungsfunktion
Normgerechte Werkskalibrierung
Ausgezeichnete Linearität
Großer Messbereich mit einem Aufnehmer
Robust und Sicher
Einfache, schnelle und präzise Montage der Probenhalter
Schneller Wechsel von Kraftaufnehmern

Einzigartige Selbstidentifizierungsfunktion

Sie sparen Zeit, vermeiden Fehler und sind sicher, dass Ihr Kraftaufnehmer geschützt ist.

  • Nach dem Anschließen werden Typ und Eigenschaften des Kraftaufnehmers, einschließlich der Kraft- und Weggrenzen, automatisch von unserer Prüfsoftware testXpert importiert und identifiziert.
  • Die manuelle Eingabe dieser Informationen entfällt, wodurch Eingabefehler des Anwenders vermieden werden.
  • Kritische Informationen, wie z. B. Sensorüberlastungen und das Datum ihres Auftretens, werden im Speicher des Identifikationssystems festgehalten.

Normgerechte Werkskalibrierung

Verlassen Sie sich auf die Genauigkeit Ihres Kraftaufnehmers!

  • Zertifizierte Werkskalibrierung nach ASTM E4 und ISO 7500
  • Vor der Auslieferung wird jeder Kraftaufnehmer mit dem kompletten Prüfsystem kalibriert, einschließlich des Antriebs und der Mess- und Steuerelektronik.
  • Die Informationen zur Kalibrierung werden in einem mitgelieferten Werkskalibrierschein dokumentiert.
mehr zur ISO 7500-1 / ASTM E4

Ausgezeichnete Linearität

Maximieren Sie den Wert Ihrer Prüfergebnisse!

Die Linearität oder Nicht-Linearität gibt die Kraftaufnehmer-Fehler über den gesamten Betriebsbereich an.

Die ASTM E4 legt fest, dass die relative Anzeigeabweichung nicht mehr als 1% des gemessenen Wertes beträgt (typischerweise von 1% bis 100% der Nennkraft des Kraftaufnehmers):

  • Kraftaufnehmer Xforce HP und Xforce K: Die maximale Anzeigeabweichung beträgt <1% des Messwerts ab 0,1% der Nennkraft und 0,25% des Messwerts ab 0,4% der Nennkraft
  • Kraftaufnehmer Xforce Dynamic: Die maximale Anzeigeabweichung beträgt <1% des Messwerts ab 0,5% der Nennkraft und 0,5% des Messwerts ab 1% der Nennkraft

ISO 7500-1 definiert Genauigkeitsklassen von 0,5 bis 3, wobei die gängigste Kalibrierung von Materialprüfmaschinen der Klasse 1 entspricht:

  • Xforce-Kraftaufnehmer erfüllen alle fünf Kriterien der ISO 7500-1, Genauigkeitsklasse 1 und Genauigkeitsklasse 0,5.

Großer Messbereich mit einem Aufnehmer

Die Anschaffung und Kalibrierung mehrerer Kraftaufnehmer erübrigt sich!

  • Decken Sie mehrere Anwendungsanforderungen mit einem einzigen Kraftaufnehmer mit einem Messbereich von 0,1% bis 100% der Nennkraft des Kraftaufnehmers ab.
  • Der verfügbare Messbereich wird durch angebrachte Prüfvorrichtungs- oder Probenhaltergewichte bis zu 45% der Nennkraft nicht beeinflusst.

Robust und Sicher

Prüfen mit Vertrauen!

  • Integrierte Überlastsicherung
  • Über die Prüfsoftware testXpert können Kraftgrenzen eingestellt werden, die zur automatischen Abschaltung des Prüfsystems führen.
  • Software- und Hardware-Endschalter begrenzen den Fahrbereich der Traverse. So werden Kraftaufnehmer und Prüfwerkzeuge geschützt.
  • Xforce-Kraftaufnehmer können Belastungen bis zu 300% der Nennkraft ohne Bruch Belastungen bis zu 150% der Nennkraft ohne Nullpunktverschiebung standhalten. Daher sind Überlastsicherungen wie vorgespannte Federpakete, mechanische Anschläge oder Führungen zur Querkraft-Aufnahme meist überflüssig.
Arbeiten in zwei Prüfplätze mit einem Kraftaufnehmer mit Anschlussbolzen

Einfache, schnelle und präzise Montage der Probenhalter

Einfaches Wechseln und Ausrichten von Prüfvorrichtungen

  • Jeder Kraftaufnehmer ist mit einem passgenauen Anschlussbolzen ausgestattet, der eine schnelle, spielfreie Montage von Probenhaltern und Prüfvorrichtungen mit optimaler Ausrichtung zur Prüfachse ermöglicht.
  • Referenzpositionen (z.B. Prüfadapterabstand) werden nur einmal eingerichtet und in der Prüfsoftware testXpert gespeichert.
  • Der Xforce K-Kraftaufnehmer verfügt über einen optionalen Anschlussbolzen, der den Einsatz in zwei Prüfräumen ermöglicht.
  • Xforce Dynamic Kraftaufnehmer verfügen grundsätzlich über Flanschverbindungen um die dynamische Wechselfestigkeit zu gewährleisten.

Schneller Wechsel von Kraftaufnehmern

Zeitersparnis bei der Verwendung von mehreren Kraftaufnehmern auf derselben Maschine

Wenn mehrere Kraftaufnehmer / Kraftmessdosen eingesetzt werden oder bei häufigem Wechsel von Kraftaufnehmern empfehlen wir die Option "Anschluss über Anschlussbolzen". Mit dem Anschlussbolzen können Sie einen zweiten Kraftaufnehmer an den vorhandenen Kraftaufnehmer des Prüfsystems anschließen, so wie man eine Vorrichtung an den vorhandenen Kraftaufnehmer anbringen würde. Statt den Kraftaufnehmer bei jedem Wechsel ein- oder auszuschrauben, bleibt der ursprüngliche Kraftaufnehmer an seinem Platz und wird mit dem Anschlussbolzen ergänzt. Diese Option bietet die folgenden Vorteile:

  • Die Kabel der Kraftaufnehmer werden beim Ein- und Ausschrauben nicht unnötig belastet
  • Flexibilität und Zeitersparnis
  • Unmittelbares Ausrichten auf die Prüfachse

Wie funktioniert ein Kraftaufnehmer?

Der gängigste industrielle Kraftaufnehmer ist der Dehnungsmessstreifen (DMS). Dieser arbeitet mit Hilfe eines mechanischen Verformungselements, an dem Dehnungsmessstreifen in Form einer Messbrücke angebracht sind.

Wenn eine Kraft auf die Kraftmessdose einwirkt, wird das mechanische Element, an dem der Dehnungsmessstreifen befestigt ist, elastisch verformt. Die Verformung in Form von mechanischer Dehnung und Stauchung bewirkt, dass der Dehnungsmessstreifen gedehnt oder gestaucht wird. Diese dehnungsbedingte (und damit kraftabhängige) Widerstandsänderung wird von der Messelektronik in ein Messsignal umgewandelt und verarbeitet.

Ein Druck-Kraftaufnehmer misst Druckkräfte und wird normalerweise unter der Prüfvorrichtung installiert. Ein Zug-Kraftaufnehmer misst Zugkräfte.

Genauigkeit eines Kraftaufnehmers

Die Genauigkeit eines Kraftaufnehmers wird mithilfe des Messfehlers bestimmt. Je kleiner der Messfehler ist, desto genauer ist der Kraftaufnehmer. Die häufigste Genauigkeitsangabe ist die Linearität (oder Nichtlinearität).

Linearität (bzw. Nichtlinearität)
Hysterese
Wiederholbarkeit
Temperaturveränderungsspanne und Nullpunkt
Grafische Darstellung zur Erläuterung der Linearität eines Kraftaufnehmers

Linearität (bzw. Nichtlinearität)

1 Leistung  2 Last  3 Nullabgleich  4 Nennleistung  5 Nicht-Linearität  6 Hysterese

Linearität ist ein mathematischer Zusammenhang, der durch eine gerade Linie dargestellt wird. Im Falle eines Kraftaufnehmers ist es der Zusammenhang zwischen der angewandten Kraft und dem Sensorergebnis. Die Genauigkeit eines Kraftaufnehmers wird normalerweise in der Form von ±x% des angezeigten Wertes angegeben.

Beispiel: Eine 1000N Xforce HP+ wird in Klasse 0,5 kalibriert. Die Genauigkeit beträgt ±0,5% des angezeigten Wertes der Kraftaufnehmers von 1N bis 1000N. 1N kann mit einer Genauigkeit von ±0,005N gemessen werden.

Hysterese

Als Hysterese wird die maximale Differenz zwischen zwei Messwert-Ergebnissen des Kraftaufnehmers für dieselbe aufgebrachte Last bezeichnet, wobei ein Messwert durch Erhöhung der Last von Null und der andere durch Verringerung der Last von der maximalen Nennlast der Kraftmessdose ermittelt wird.

Wiederholbarkeit

Die maximale Differenz zwischen den Messwert-Ergebnissen der Kraftaufnehmer bei wiederholten Lastanwendungen unter den gleichen Belastungs- und Umgebungsbedingungen.

Temperaturveränderungsspanne und Nullpunkt

Die Veränderung der Leistung bzw. des Nullpunkts aufgrund einer Änderung der Temperatur des Kraftaufnehmers.

Erfahren Sie mehr darüber, wie unsere Kraftaufnehmer zur Lösung Ihrer Prüfanforderungen beitragen können.

 

Kontaktieren Sie unsere Experten - wir freuen uns darauf Ihre Fragen zu beantworten.

 

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Optionales Zubehör zum Kraftaufnehmer

Daily Check Vorrichtung

Die Daily Check-Vorrichtung dient zum regelmäßigen Überprüfen von Kraftaufnehmern bis 500 N mit Vergleichswerten, die nach einer Neukalibrierung/Justierung gemessen worden sind. Die Vorrichtung besteht aus zwei Vergleichsnormalen (Master/Slave).

  • Einsatz der Vorrichtungen und Software an beliebig vielen Maschinen durch einfachen Ein- und Ausbau.
  • Erkennung von systematischen Fehlern in Druck- und Zugrichtung im Kraftaufnehmer.
  • Sichere Prüfergebnisse: Durch die Überprüfung zwischen den turnusmäßigen Kalibrierungen wird sichergestellt, dass sich im Kraftaufnehmer kein systematischer Fehler befindet.
  • Die Ergebnisse der täglichen Überprüfung werden in einem testXpert Protokoll dokumentiert.
  • Nachvollziehbarkeit: Alle sicherheitskritischen Prüfungen haben besondere Anforderungen an die Nachvollziehbarkeit und Dokumentation. Mt der ZwickRoell Prüfsoftware kann der Adminstrator festlegen, was protokolliert wird und zu welchen Vorgängen und Ereignissen Begründungen eingegeben werden müssen.

Kraftmesssystem Xforce mit Nachlaufsicherung

Kraftmessdosen mit Nachlaufsicherung eignen sich vor allem dann, wenn

  • Prüfungen mit höherer Prüfgeschwindigkeit durchgeführt werden, da hier die Gefahr besteht, dass eingestellte Kraftgrenzen nicht schnell genug greifen.
  • Prüfungen mit geringsten Abständen zwischen den Prüfwerkzeugen bzw. mit geringen Verfahrwegen stattfinden; daher auch besonders gut geeignet für Feder- und Bauteilprüfungen.

Bei Prüfungen in Druckrichtung werden die Kraftaufnehmer vom Typ Xforce HP durch einen mechanischen Überlastschutz und eine integrierte Nachlaufsicherung geschützt:

  • Beim mechanischen Überlastschutz blockiert ein mechanischer Anschlag vor Erreichen der maximal zulässigen Grenzkraft des Kraftaufnehmers. Eine Beschädigung des Kraftaufnehmers durch Überlast wird verhindert.
  • Die integrierte Nachlaufsicherung schützt den gesamten Prüfaufbau: Ab Kraftschwelle 120+6/-4% Fnom wird die vorhandene Kraft auf mehrere Federn übertragen. Dadurch läuft der gesamte Prüfaufbau nach. Dieser Nachlauf verhindert einen Kraftanstieg im Kraftaufnehmer, der zu Überlast oder sogar zur Zerstörung führen würde.

Beispiele für Prüfmaschinen, in denen Kraftaufnehmer eingesetzt werden

Downloads Kraftaufnehmer

Name Typ Größe Download
  • Produktinformation: Xforce K Kraftaufnehmer PDF 3 MB
  • Produktinformation: Xforce HP Kraftaufnehmer PDF 383 KB
  • Produktinformation: Xforce HP+ und Xforce K+ Kraftaufnehmer PDF 3 MB
  • Produktinformation: Xforce P Kraftaufnehmer PDF 1 MB
  • Produktinformation: Kraftaufnehmer 330 kN -2.500 kN PDF 244 KB
  • Produktinformation: Xforce Kraftaufnehmer Dynamik PDF 314 KB
  • Produktinformation: Kraftmesssystem Xforce mit Nachlaufsicherung PDF 389 KB
  • Daily Check PDF 750 KB

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Der Sensor des Kraftaufnehmers arbeitet mit Hilfe eines mechanischen Verformungselements, an dem Dehnungsmessstreifen in Form einer Messbrücke befestigt sind. Bei Krafteinwirkung auf den Kraftaufnehmer wird das mechanische Element, an dem der Dehnungsmessstreifen befestigt ist, elastisch verformt. Die Verformung in Form von mechanischer Dehnung und Stauchung bewirkt, dass der Dehnungsmessstreifen gedehnt oder gestaucht wird. Diese dehnungsbedingte (und damit kraftproportionale) Widerstandsänderung wird von der Messelektronik in ein Messsignal umgewandelt und verarbeitet.

Ein Kraftaufnehmer wandelt durch Zug, Druck, Druck oder Torsion hervorgerufene Kräfte in ein elektrisches Signal um, das gemessen, abgelesen und aufgezeichnet werden kann.

Hauptbestandteil eines Kraftaufnehmers ist ein mechanisches Verformungselement, an dem Dehnungsmessstreifen angebracht sind.

Ein Dehnungsmessstreifen (kurz DMS) ist ein Sensor, der eine Verformung durch eine Änderung des elektrischen Widerstands misst. In der Materialprüfung werden Dehnungsmessstreifen in Kraftmessdosen eingesetzt.

Mit einer Kraftmessdose wird die Kraft gemessen, die auf den Sensor wirkt. Sie werden zur Bestimmung von Druckkräften oder Zugkräften eingesetzt, eignen sich aber auch für dynamische Messaufgaben.

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