Dehnungssensor SB50, Bild: Gefran

Der Dehnungssensor SB50 mit integriertem Verstärker und vergossener Elektronik eignet sich für industrielle Anwendungen. Bild: Gefran

Bei industriellen Pressen und Stanzen sowie Spritzgieß- und Druckgussmaschinen wirken hohe Kräfte auf die Maschinenteile, beispielsweise Holme oder C-Rahmen. Um zu erfassen, wie stark die Anlagen beansprucht werden und Schäden durch Überlastung beziehungsweise eine Werkstoffermüdung zu verhindern, ist eine turnusmäßige oder sogar kontinuierliche Überwachung dieser Kräfte erforderlich. Zu diesem Zweck kommen Kraft-, Druck- und Drehmomentaufnehmer zum Einsatz. Sie basieren auf der Erfassung selbst geringster dehnender und stauchender Verformungen durch Dehnmess-Streifen (DMS), die auf diese Formabweichungen mit einer Änderung ihres elektrischen Widerstands reagieren. Diese Änderung kann über einen Verstärker in ein 0 bis 10 V oder 4 bis 20 mA Ausgangssignal umgewandelt und in die Steuerung eingebunden werden.

Typischerweise werden klassische DMS in einem komplexen Prozess auf die zu überprüfenden Bauteile aufgebracht. So müssen die Flächen zunächst aufwendig gereinigt und angeschliffen werden, bevor der DMS mit einem Spezialklebstoff aufgeklebt und anschließend verdrahtet wird. Danach ist in der Regel noch das Aufbringen einer schützenden Paste oder Folie erforderlich sowie das Kalibrieren des Verstärkers. Unterläuft dem Anwender bei dieser zeitaufwendigen Prozedur ein Fehler, sind Zeit und Material verloren. Alle Arbeitsschritte müssen wiederholt werden. Die Handhabung eines klassischen Klebe-DMS erfordert daher nicht nur viel Zeit, sondern auch sehr viel Erfahrung. Ein weiterer Nachteil eines klassischen DMS: Er ist nur einmal verwendbar. Jede Messung erfordert daher einen neuen DMS.

Ausgeklügelte Technologie sorgt für einfache und schnelle Montage

Aufpresssensor vom Typ GE1029, Bild: Gefran
Der Aufpresssensor vom Typ GE1029 zur permanenten Dehnungsmessung an Holmen und Säulen wird paarweise montiert. Bild: Gefran

Doch es gibt eine Alternative zum Klebe-DMS: Aufpress-Sensoren. Genau wie DMS messen sie die Oberflächendehnung direkt an der Montageposition. Sie werden nicht aufgeklebt, sondern wahlweise aufgeschraubt für die kontinuierliche Überwachung oder für die kurzzeitige Messung von Magneten so kräftig auf die Oberfläche gepresst, dass Reibschluss entsteht. Dabei muss die betroffene Metalloberfläche vor der Anwendung weder gereinigt noch geschliffen werden. Auch ein gesonderter Schutz durch Pasten oder Folien entfällt, da der DMS nicht nur lose in ein Elastomerkissen eingebettet, sondern auch durch das Sensorgehäuse geschützt ist.

Der Reibschluss zwischen eingebettetem DMS und Bauteiloberfläche ersetzt bei Aufpress-Sensoren den üblicherweise verwendeten Klebstoff. Die Anpresskraft wird dabei durch Edelstahlbänder, Magnete oder Ringspanner erzeugt. Ansonsten verhält sich der aufgepresste DMS genauso wie ein aufgeklebter Dehnmessstreifen. Er misst die Belastung in Sekundenschnelle und erreicht dabei Genauigkeiten von weniger als 0,5 Prozent. Doch anders als herkömmliche DMS können die kleinen, kompakten Aufpress-Sensoren im Dauereinsatz am Gerät verbleiben, da sie die Maschinenstruktur nicht zusätzlich belasten. Magnet-Dehnungssensoren für die Kurzeitmessungen können ohne Einbußen mehrfach verwendet werden. Zudem fällt die Sensormontage auch weniger erfahrenen Anwendern leicht. Denn wurde der DMS-Sensor nicht korrekt angebracht, kann er einfach abgenommen und neu montiert werden – ohne negative Auswirkungen auf den DMS. Darüber hinaus verfügen beispielsweise die patentierten Aufpress-Sensoren über einen Standard-k-Faktor von 2,0. Eine Kalibrierung des Verstärkers wie bei geklebten DMS ist daher hinfällig. Die Sensoren benötigen lediglich einen zyklischen Reset, der im Bereich von wenigen Millisekunden liegt.