Kraft-Weg-Messungen
Kraft-Weg-Messungen sind ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Kräften und den damit verbundenen Verformungen (Weg oder Verschiebung) in einem Werkstück oder Bauteil. Diese Messungen werden in zahlreichen industriellen Anwendungen verwendet, insbesondere bei Materialprüfungen, mechanischen Tests und der Überwachung von Produktionsprozessen. Die Messung des Zusammenhangs zwischen Kraft und Weg ermöglicht es, mechanische Eigenschaften wie Elastizität, Festigkeit, Verformung und Bruchverhalten zu bewerten.
Aufbau eines Kraft-Weg-Messsystems
Ein typisches Kraft-Weg-Messsystem besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:
Kraftsensor (Kraftaufnehmer)
- Der Kraftsensor misst die auf das Bauteil wirkende Kraft. Es handelt sich dabei in der Regel um einen piezoelektrischen oder DMS-basierten (Dehnungsmessstreifen) Kraftaufnehmer, der die aufgebrachte Kraft in ein elektrisches Signal umwandelt.
- Kraftsensoren sind in verschiedenen Größen und für unterschiedliche Messbereiche erhältlich, abhängig von den benötigten Kräften (von wenigen Newton bis zu mehreren hundert Kilonewton).
Wegsensor (Wegaufnehmer)
- Der Wegsensor erfasst die Verformung oder Verschiebung des Werkstücks, die durch die aufgebrachte Kraft entsteht. Dies kann durch Längenänderungen, Biegungen oder Verdrehungen geschehen.
- Übliche Technologien für Wegsensoren umfassen Linearpotentiometer, induktive Sensoren, optische Sensoren (Laser) oder kapazitive Sensoren. Die Genauigkeit hängt von der Art des Sensors und der erforderlichen Messauflösung ab.
Mess- und Auswerteeinheit
- Die Messsignale von Kraft- und Wegsensoren werden in einer zentralen Auswerteeinheit erfasst und digitalisiert. Diese Einheit sammelt die Daten kontinuierlich, um das Verhältnis von Kraft und Weg in Echtzeit zu analysieren.
- Moderne Messsysteme sind oft mit Software ausgestattet, die eine grafische Darstellung der Kraft-Weg-Kurve ermöglicht und zusätzliche Parameter wie Steifigkeit, maximale Verformung oder Bruchgrenzen berechnet.
Prüfvorrichtung (optional)
- Die Bauteile oder Materialien, die getestet werden sollen, werden in eine Prüfvorrichtung eingespannt. Diese Vorrichtung sorgt für die notwendige Krafteinleitung und gleichmäßige Belastung des Bauteils während des Tests.
Funktionsweise von Kraft-Weg-Messungen
Krafteinleitung
- Eine definierte Kraft wird auf das Bauteil aufgebracht, entweder durch einen manuellen oder automatischen Prozess (z. B. durch eine Prüfmaschine oder eine hydraulische Vorrichtung).
- Der Kraftsensor misst die aufgebrachte Last und gibt diese Information an die Mess- und Auswerteeinheit weiter.
