In der Industriellen Fertigungstechnik hat sich in den letzten Jahren der Trend zu einer Null-Fehler-Produktion weiter beschleunigt.

Daher wird mittlerweile eine Vielzahl unterschiedlicher Fertigungsschritte mit Hilfe von Sensoren überwacht und gesteuert. Neben der Optimierung der Produktion und einer Senkung des Ausschusses wird dabei der Verschleiß der teuren Werkzeuge gesenkt. Für kritische oder sicherheitsrelevante Bauteile werden die Sensordaten darüber hinaus genutzt, um den Produktionsprozess lückenlos zu dokumentieren; vielfach findet diese Dokumentation bauteilfein statt, d.h. die Prozessparameter jedes einzelnen Werkstücks werden erfasst und gespeichert. Diese Technik findet im Bereich Fügen, also beispielsweise dem Einpressen, Schrauben, Schweißen, Crimpen, Bonden, in der Produktprüfung, der Werkzeugüberwachung, beim Zerspanen, aber auch im Umformen weite Verwendung.

 

z.B. Kraftsensor

CLP/26kN
Kraftsensor CLP/26kN

Mit einer Bauhöhe von nur 3,0 mm und einem Durchmesser von 12 mm ist der Kraftsensor CLP/7kN für das präzise Messen von Kräften bis zu 7 kN in schwierigen Einbausituationen geeignet. Er erfüllt die Schutzklasse IP65; über ein rauscharmes, öldichtes Vitonkabel werden Empfindlichkeiten von 4,3 pC/N (und damit sehr gute Signal-Rauschverhältnisse) sowie typische Linearitäten von  0,5% FSO erzielt.

Entscheidend für den Einsatz von Sensoren in der industriellen Prozesskontrolle sind die Reproduzierbarkeit des Sensorsignals und die Sensorlebensdauer. Idealerweise haben die Sensoren eine Lebensdauer, die der kompletten Einsatzzeit einer Maschine oder zumindest dem Intervall einer großen Revision entspricht - die Sensoren sollen im Normalbetrieb keinesfalls getauscht werden.

Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen sind die Piezocryst-Sensoren so ausgelegt, dass der Kraftnebenschluss in den Sensoren weitestgehend minimiert ist, das heißt, die zu messenden Kräfte fließen nahezu vollständig durch die Piezoelemente. Damit werden unerwünschte Nebeneffekte wie Hysterese oder Kriechen minimiert, die Sensoreigenschaften hängen weitgehend von den piezoelektrischen Kristallelementen ab. Durch die geschickte Auswahl der verwendeten Piezomaterialien und Messelementgeometrien können somit nahezu perfekte Messeigenschaften erzielt werden. 

Neben den speziellen Messelementen verwendet die Piezocryst einen patentierten halbschaligen Aufbau der Kraftmessringe, der den konventionellen asymmetrischen Aufbau durch einen symmetrischen ersetzt. Dadurch werden die Sensoren noch unempfindlicher gegen unerwünschte Einflüsse, ebenso lassen sich extrem flache Sensoren mit einer enormen Überlastfähigkeit realisieren. 

Durch die hohe Steifigkeit der Piezoelemente sind die Verformungen auch unter Krafteinwirkung minimal, typischerweise entstehen Verformungen im µm Bereich – diese sind deutlich niedriger als bei alternativen Messmethoden; ebenso wird die für viele Anwendungen entscheidende Kraft-Weg-Information durch die Verwendung von Piezosensoren nicht beeinflusst. Die geringen Verformungen sind letztendlich dafür verantwortlich, dass ein möglicher Verschleiß auf ein Minimum reduziert wird, das Resultat sind überlegene Standzeiten.

Durch die Kombination von ausgefeiltem Design mit modernsten Fertigungstechnologien entstehen extrem lineare Sensoren die über enorme Überlastfähigkeiten verfügen. So lassen sich mit Sensoren die einen Maximallastbereich von 50.000 N aufweisen, Kräfte im mN-Bereich noch zuverlässig auflösen. Damit werden Messungen geringster Kräfte selbst bei hohen mechanischen Vorbelastungen problemlos möglich.