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Allgemeine Hinweise
Spezifikationen Standardprodukte (gilt für Standardprodukte)
1. Mechanische Ausführung
Material Edelstahl oder Aluminium
Schutzart IP 67
Maximale Gebrauchskraft 150 % der Nennkraft
Minimale Bruchkraft 400 % der Nennkraft
2. Elektrische Ausführung
Allgemeine Daten
Gesamtfehler < 1 % vom Endwert
Temperaturfehler Nullpunkt < 0,04 % vom Endwert /K
Temperaturfehler Empfindlichkeit < 0,04 % vom Endwert /K
Isolationswiderstand > 5000 MΩ
Nenntemperaturbereich -15°C bis +70°C
Gebrauchstemperaturbereich -25°C bis +80°C
Brückenausgang (Sensoren mit Brückenausgang)
Betriebsspannung max. 12 VAC / VDC
Messprinzip DMS-Vollbrücke
Eingangs- / Ausgangswiderstand 350 Ω / 350 Ω
Empfindlichkeit ca. 1 mV / V
Anschlussleitung PVC, geschirmt, 4 x 0,14 mm², 3 m lang, Aderendhülsen
Messverstärker (Sensoren mit Messverstärker)
Spannungsversorgung 12-24 VDC ±20 %
Stromaufnahme max. 45 mA
Ausgangssignal 4 … 20 mA
Ausführung Messverstärker intern oder extern
Anschlussleitung PVC, geschirmt, 4 x 0,14 mm², 5 m lang, Aderendhülsen
Benötigte Daten für ein Angebot:
Maßzeichnung oder Skizze zur Einbaulage.
Lastenheft mit techn. Details und Randbedingungen. Für die elektrischen Details können Sie ein Anfrageformular anfordern.
Für die Scherkraftaufnehmer-Messbolzen können Sie
eine Zeichnung mit variablen Maßen (von Ihnen einzutragende Wunschmaße) anfordern.
Kaufmännische Daten wie Stückzahl/Staffel, Budget, gewünschte Lieferzeit.
Mögliche Optionen je nach Type:
-Nennkraft
-Messen der Kraft in positiver und negativer Richtung (+/-FN).
-Kabelausführung und Anschlussgestaltung nach Wunsch.
-temperaturkompensierte Version (im Nullpunkt)
-ATEX Version Zone 2/22 für jede Bauform möglich
-ATEX Version Zone 0/1/20/21 auf Anfrage Baumuster Prüfbescheinigung liegt teilweise vor.
-Schutz der Applikationsstellen durch Dichtschweißen statt Verguss.
-mechanische Ausführung des Messkörpers nach Vorgaben.
-Exklusivität des finalen Produkts
Einbaubeispiel SKA (Bild 1)
Anordnung:
Der Kraftaufnehmer vom Typ SKA (grün) arbeitet als Drehmomentstütze.
Die Befestigung erfolgt auf der einen Seite durch 2 Schrauben, die Krafteinleitung auf der anderen Seite wird durch die Drehmomentwirkung erzeugt.
Messprinzip:
Die wirkende Kraft F bewirkt eine Verformung des SKA im Bereich der applizierten Dehnmessstreifen (weiß). Das Signal der Dehnmessstreifen wird ausgewertet und in das gewünschte Ausgangssignal umgewandelt, z.B. 4...20mA, 1...9mA oder Brückensignal.
Auswertung:
Erfassen von Drehmomenten an Motoren, Seilwinden, Lager etc.
Durch das Auswerten der Ausgangssignale lässt sich eine Lastanzeige betreiben oder eine Überlastschaltung realisieren (bei Übersteigen der zulässigen Last schaltet das Gerät die nachfolgende Anlage automatisch ab).
Einbaubeispiel SKL (Bild 2)
Anordnung:
Der Einbau des Messbolzens vom Typ SKL (grün) ist abhängig von der Richtung der einwirkenden Kraft F und der bestehenden Konstruktion (grau/blau). Dies bestimmt die genaue Einbaulage des Messbolzens und bildet die Grundlage für die Berechnung entsprechend der Größe der Kraft F.
Messprinzip:
Die eingebauten Dehnmessstreifen (weiß) im Messbolzen erfassen die Materialbewegung, die durch die wirkende Kraft ausgelöst wird. Das Signal der Dehnmessstreifen wird ausgewertet und in das gewünschte Ausgangssignal umgewandelt, z.B. 4...20mA, 1...9mA oder Brückensignal.
Auswertung:
Durch das Auswerten der Ausgangssignale lässt sich eine Lastanzeige betreiben oder eine Überlastschaltung realisieren (bei Übersteigen der zulässigen Last schaltet das Gerät die Anlage automatisch ab).
Beispiel einer Kombination von Sensorik und Elektronik: (Bild 3)
Vier Kraftaufnehmer SKA-30 mit Messverstärker VMV-0047 und PDA / PC.
Zur Auswertung von mehreren Sensor-Messwerten findet der Messverstärker VMV-0047 Verwendung. Bis zu 4 Sensoren mit Ausgangssignal 4..20mA oder 1...9mA können angeschlossen werden. Die Messwerte können als Einzel- oder Summenwerte über eine USB - Schnittstelle in einem PDA oder PC angezeigt werden.
Die Baugruppe kann über einen virtuellen Comport in ein PC-Programm integriert werden oder über das kostenfrei erhältliche Programm VELSENS benutzt werden. Für kundenspezifische Anwendungen stehen Treiber für alle gängigen Betriebssysteme, auch für mobile Computer (Netbook oder PDA) zur Verfügung.
Darstellung der Messwerte
Minimal-/ Maximalwerte
Grafische Darstellung
Protokollierung
Kalibrierung
Die Kraftaufnehmer (ausser DA und DKA) können als fertig eingestellte und kalibrierte Geräte geliefert werden, die keinerlei Einstellung erfordern.
z.B. Kraft 0 bis 100kg ist Ausgang 4 bis 20mA.
montieren - anschließen - fertig
Die meisten externen Verstärker, sofern sie nicht vergossen sind, können nachgestellt werden.
Die Dehnungs- und Stauchungsaufnehmer DA und DKA werden auf einen vorgegebenen Wert grob eingestellt und können dann unter Belastung einer bekannten Kraft fein justiert werden.
Dehnmessstreifen (DMS) bilden die Grundlage der Kraft- und Druckaufnehmer. Die Verformung speziell angefertigter Federkörper überträgt sich auf berechneten Stellen applizierter und hermetisch abgeschlossener DMS-Brücken. Die Verformung durch äußere Lasteinflüsse ändert den Stromfluss in diesen Brücken und stellt somit ein Maß für die Belastung dar.
Die Kraftaufnehmer von VELOMAT sind robust gebaut. Sie bestehen aus ausgewählten Stahl- und Aluminiumlegierungen, weisen keinerlei bewegliche Teile auf, arbeiten völlig verschleißfrei, sind lageunabhängig einsetzbar und eignen sich sowohl für statische als auch dynamische Messungen.
Neben konfektionierten Kraftaufnehmern sind nach Größe, Ausbau, Material, Temperatur und Befestigungsmöglichkeit spezifische Kundenwunschlösungen, auch in kleinen Stückzahlen lieferbar.
Verstärker: integrierte oder externe Verstärker liefern ein Messignal von 1-9mA oder 4-20mA eingeprägtem Strom.
Der Analogausgang kann bei positiver- und negativer Kraftrichtung den Nullpunkt auch in der Mitte haben. z.B. 4....12....20mA
Externe Verstärker sind auch mit Spannungsausgang oder seriellem Schnittstellenausgang und CAN-Bus lieferbar.
Spezielle Verstärker für Temperaturbereiche von
-40°C bis +80°C sind lieferbar.
Ausgänge: Varianten (Bei Bedarf bitte die Anschlussbelegung der Ausgangs-Varianten anfordern)
Sensoren ohne Verstärker: Brückenausgang 4-Leiter Technik oder 6-Leiter Technik.
Brückenausgang auf Steckverbinder.
Sensoren mit Verstärker: Verstärkerausgang einzeln. Verstärkerausgang doppelt in 4 Varianten.
Verstärkerausgang redundant.
Zweidraht-Messverstärker einzeln.
Zweidraht-Messverstärker doppelt.
Verstärkerausgang auf Steckverbinder.
Verstärkerausgang auf Steckverbinder M12A- codiert
3-Leitertechnik.
Verstärkerausgang auf Steckverbinder M12A-codiert 2-Leitertechnik.
Verstärkerausgang mit 8-poligem Steckverbinder.
Zusätzliche Eigenschaften sind ein Verpolungsschutz und ein integrierter Kalibriercheck. Der Kalibriercheck erfolgt mittels eines zur DMS-Brücke parallel geschaltenen Widerstandes.
Kalibriercheck:
Die meisten Sensoren besitzten einen Testeingang zur Kontrolle und Abstimmung des Verstärkers. Dieses Kalibriercheck-Signal (CC) erzwingt den maximalen Ausgangshub des Verstärkers. Der Kalibriercheck sichert, dass ein unbelasteter Sensor, (Sensor im ausgebauten Zustand) in diesem Fall den Ausgangsstrom wie bei Volllast liefert.
Damit ist eine Überprüfung des Aufnehmers mit seinem Verstärker und der nachfolgenden Messeinrichtung möglich.
Rekalibrierung:
Eine Kalibrierung von Kraftaufnehmern ist lediglich ein Vergleichen mit einer Referenz und enthält daher keinen Eingriff in diesen selbst.
Bei der werksseitgen Kalibrierung wird der Zusammenhang von mechanischer Eingangsgröße (z.B. Druck- oder Zugkraft) und elektrischer Ausgangsgröße (z.B. Stromwert) mit einer DKD-kalibrierten Referenz verglichen und dokumentiert.
Das Rekalibrierungs-Intervall wird vom Anwender festgelegt.
Zusätzlich sollte eine Rekalibrierung immer dann stattfinden, wenn eine starke Nullpunktabweichung im ausgebauten Zustand festgestellt wurde oder der Kraftaufnehmer Belastungen ausgesetzt war, für die dieser nicht konzipiert wurde.
z.B.
- mechanische Beanspruchung beim Einbau bzw. Herunterfallen.
- Nichtbeachtung der vorgesehenen Einbaulage.
- Überschreiten der maximalen Gebrauchskraft.
- Überschreiten der Temperaturbedingungen.
- Vornehmen nicht genehmigter Eingriffe zu Umbau-/ Reparaturzwecken.
Der Kraftaufnehmer kann im angegebenen Temperaturbereich betrieben werden. Sowohl die Dehnungsmessstreifen als auch der Signalverstärker sind temperaturkompensiert.
Zusätzlich kann optional eine spezielle Temperaturkompensation in einem bestimmten Temperaturbereich angeboten werden.
Verhindert werden müssen aber Temperaturunterschiede im Sensor selber z.B. in Folge einer partiellen Erwärmung durch einen Warmluftstrom.
Die Kraftaufnehmer sind direkt an Steuerungen, Controller, Datenlogger u.ä. anschließbar. Auf Wunsch sind auch Ausführungen ohne Verstärker lieferbar.
Optional können Messbrücken redundant angeordnet werden, bei Ausfall einer Messzelle oder Ihres Verstärkers übernimmt die andere Brücke deren Aufgabe.
Bei zwei Messkammern ist eine gemeinsame oder getrennte Auswertung möglich.
Anschluss- und Betriebsbedingungen:
Sromaufnahme max. 45mA/Verstärker
Ausgang Brücke oder 1-9 oder 4-20mA eingeprägter Strom.
Anschlusskabel PVC 4x0,14mm², geschirmt, optional PUR.
Gebrauchstemperaturbereich: -25°C bis +80°C. Optionale Sonderlösungen bieten wir bis +180°C an. Je nach Kabeltype mit fest verlegtem Kabel.
Nenntemperaturbereich: -15°C bis +70°C
Wird der Kraftaufnehmer außerhalb des Nenntemperaturbereiches betrieben, spielen die Eigenschaften der eingestzten Bauteile eine immer größere Rolle auf das Messergebnis.
Kalibrierung: in N/kg,
Kalibriertoleranz: kleiner 0,5%v.Endwert(opt.0,25%)*
Nichtlinearität: kleiner 0,25%v.Endwert*
Hysterese: kleiner 0,15%v.Endwert*
*= Diese Angaben sind abhängig von Passung, Widerstandsmoment und Einspannlänge. Sie werden bei günstigen Werten erreicht.
Temperaturfehler NP: kleiner/gleich 0,04%v.Endwert/K
Temperaturfehler Empf: kleiner/gleich 0,04%v.Sollwert/K, optional kleiner/gleich 0,3%/50K
Diese Angaben gelten für die überwiegende Anzahl der genannten Kraftaufnehmer und können variieren.
Weitergehende Angaben und Abweichungen sind aus dem jeweiligen Datenblatt ersichtlich.
Andere Ausführungen auf Anfrage.
Die angeführten Kraftaufnehmer sind Beispiele und in vielen Größen und verschiedenen Nennlasten lieferbar.
Velomat: QM Zertifikat nach DIN EN ISO 9001:2008
QM Zertifikat nach DIN EN ISO 13485:2010
Velomat: ATEX-Zertifizierung der Produktionsstätte PTB 04 ATEX Q039
Kenngrößen-Begriffe und Definitionen
nach VDI/VDE 2638 - Richtlinien: (Punkt 1 bis 3)
1. Nennkraft Nnorm (in N)= Kraft, für die der Kraftaufnehmer nominell ausgelegt ist.
2. Maximale Gebrauchskraft FG (in N)= größte Kraft in Richtung der Messachse des Kraftaufnehmers, bis zu der ein definierter und wiederholbarer Zusammenhang zwischen Kraft und Ausgangssignal besteht, ein eventuell vorhandener Schutz gegen Überbeanspruchung aber noch nicht anspricht.
3. Bruchkraft FB (in N)= Kraft in Richtung der Messachse des Kraftaufnehmers, oberhalb derer mit der mechanischen Zerstörung zu rechnen ist.
4. Nenntemperaturbereich:
Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Kraftaufnehmer die Fehlergrenzen der temperaturabhängigen technischen Daten einhält.
5. Gebrauchstemperaturbereich:
Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Kraftaufnehmer unter Zubilligung größerer Fehlergrenzen betrieben werden darf, ohne dass bei einer späteren Verwendung des Aufnehmers innerhalb des Nenntemperaturbereiches die Fehlergrenzen überschritten werden.
Wird der Kraftaufnehmer außerhalb des Nenntemperaturbereiches betrieben, spielen die Eigenschaften der eingesetzten Bauteile eine immer größere Rolle auf das Messergebnis.
6. Temperaturkompensation:
Temperaturkompensation von Kraftaufnehmern mit Dehnungsmessstreifen (DMS)
Die Temperaturabhängigkeit des Messsignals von DMS-Kraftaufnehmern wird durch die folgenden Effekte hervorgerufen:
Wärmeausdehnung des Sensorkörpers
Temperaturabhängige Änderung des DMS-Widerstandes
Wärmeausdehnung der Messgitterfolie des DMS
Temperaturgang der Anschlussdrähte
Zur Kompensation von Temperatureffekten werden VELOMAT Kraftaufnehmer als DMS-Vollbrücke geschaltet. Dabei wird der Effekt genutzt, dass in der Wheatstone´schen Brückenschaltung die Dehnungen von jeweils zwei DMS mit unterschiedlichem Vorzeichen zum Messsignal beitragen und sich die temperaturabhängigen Effekte in der resultierenden Brückenspannung weitgehend kompensieren. Eine weitere Verbesserung der Kompensation wird durch Verwendung von temperaturgangangepassten DMS erreicht, die auf den Wärmeausdehnungskoeffizient des Sensorkörpers (Edelstahl oder Aluminium) abgestimmt sind. Mit diesen Maßnahmen ergeben sich für Standard VELOMAT Kraftaufnehmer folgende Temperaturfehler über den Nenntemperaturbereich (-15°C bis +70°C):
Temperaturfehler Nullpunkt < 0,04 % vom Endwert /K
Temperaturfehler Empfindlichkeit < 0,04 % vom Endwert /K
Der verbleibende kleine Restfehler kann durch Zuschalten von temperaturabhängigen Widerständen in die Messbrücke und in die Speiseleitung auf
Temperaturfehler Nullpunkt < 0,004 % vom Endwert /K
Temperaturfehler Empfindlichkeit < 0,004 % vom Endwert /K
verbessert werden. Zur Ermittlung der Widerstandwerte sind aufwändige Messungen im Temperaturschrank erforderlich.
Bei den Fehlerangaben ist thermisches Gleichgewicht im Sensor vorausgesetzt. Zum Beispiel ergeben sich bei einseitiger Erwärmung des Sensors größere Temperaturfehler aufgrund des inneren Temperaturgefälles.
Vergussmasse für den Applikationsraum: die Vergussmasse ist zwar als säure- und laugenbeständig bezeichnet, einige Schmierstoffe und Öle bzw. einige Chemikalien können die Vergussmasse angreifen und die Elektronik beschädigen. Als Abhilfe kann der Applikationsraum verschweißt bestellt und geliefert werden.
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