Drehmomentmesstechnik | Drehmomentsensoren | Drehmomentaufnehmer | Drehmomentmesswellen | Reaktionsmoment-Sensoren  | DMS-Technologie

Kistler Sensoren zur Drehmomentmessung - Rotierende Drehmomentsensoren und Reaktionsmomentaufnehmer mit DMS-Technologie

Drehmomentsensoren burster - Rotierende Anwendungen und Nicht-rotierende Anwendungen  auch Drehmomentaufnehmer, Drehmomentmesswellen, Reaktionsmoment-Sensoren genannt

Drehmomentsensoren burster - Rotierende Anwendungen, auch Drehmomentaufnehmer, Drehmomentmesswellen, Reaktionsmoment-Sensoren genannt

Drehmomentsensoren burster - Nicht-rotierende Anwendungen Anwendungen  auch Drehmomentaufnehmer, Drehmomentmesswellen, Reaktionsmoment-Sensoren genannt

Drehmomentmesstechnik

MTS Messtechnik Schaffhausen GmbH liefert Antworten auf Ihre Fragen zur Drehmomentmesstechnik

Die Messgrösse Drehmoment hat in den letzten Jahren extrem an Bedeutung gewonnen. Keine CO2-Verringerung, Optimierung, Weiterentwicklung und Qualitätssicherung von Maschinen, Fahrzeugteilen und weiteren rotatorisch bewegten Komponenten ohne Drehmoment- und Drehzahlmessung. Die hieraus ableitbare mechanische Leistung führt zur Verbesserung des Wirkungsgrads und damit zu geringerem Verbrauch. Dies schont letztlich die Umwelt und ist in unser aller Interesse. Dabei wird die DMS-Technologie in Zukunft die tragende Kraft bei den Drehmomentsensoren sein. Durch die immer kleiner und elektrisch stabiler werdenden Elektroniken können die Sensoren auf immer höhere Federkonstanten ausgelegt werden, was zu einer verbesserten Dynamik der Messung führt. Dies wird dadurch erreicht, dass bei gleicher Messgenauigkeit die Messsignale durch die höhere elektrische Stabilität der Messverstärker immer kleiner werden können. Andererseits kann aber auch die verbesserte Messsignalverarbeitung auch für eine höhere Genauigkeit der Messanordnung verwendet werden. Die Zukunft gehört ebenfalls dem intelligenten Sensor mit abgespeicherten messtechnischen Daten, wodurch die Messungen immer sicherer werden und die Daten für die Qualitätssicherung direkt aus dem Sensor abrufbar sind.

Wirkt eine Kraft auf einen drehbaren starren Körper, so erzeugt sie ein Drehmoment. Unter einem Drehmoment versteht man das Produkt aus einer Kraft und dem senkrechten Abstand ihrer Wirkungslinie vom Drehpunkt. Die Einheit für das Drehmoment ist Newtonmeter (Nm). Drehmomentaufnehmer sind Sensoren (auch Drehmomentsensoren, Drehmomentmesswellen, Messwellen genannt), die über die Formänderung eines Messkörpers, des sogenannten Federkörpers, das Drehmoment bestimmen. Die meisten Drehmomentsensoren arbeiten mit Dehnungsmessstreifen. Daneben gibt es auch Drehmomentaufnehmer, die nach dem piezoelektrischen, dem magnetoelastischen oder dem optischen Prinzip arbeiten.

Die Firma Kistler Lorch GmbH (früher Dr. Staiger Mohilo + Co GmbH, A Kistler Group), stellt am Produktionsstandort Lorch Drehmomentsensoren in vielen verschiedenen Ausführungen her. Die Drehmomentsensoren werden nicht nur auf Grund ihrer Genauigkeit, sondern auch wegen ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit von einer stetig wachsenden Anzahl von Kunden geschätzt. Es werden rotierende Drehmomentaufnehmer mit und ohne Schleifring hergestellt, aber auch Reaktionsmomentsensoren (statische Drehmomentsensoren) sind im Produktportfolio zu finden. Bei rotierenden Drehmomentsensoren ist für viele Drehmomentaufnehmer ein im Drehmomentsensor integrierter Drehzahl /- Winkelsensor erhältlich. Kistler Lorch GmbH entickelt und produziert Drehmomentsensoren in einem Endmessbereich von 0,005 N·m bis 20000 N·m .

Seit 2009 ist es auch möglich, Drehmomentsensoren von Kistler Lorch GmbH im hauseigenen DKD Kalibrierlabor kalibrieren zu lassen. Am Produktionsstandort Lorch hat Kistler eine weitere Kalibriereinrichtung für Drehmomentsensoren in Betrieb genommen. Mit der Abnahme und Akkreditierung in der DAkkS (vormals DKD) im Dezember 2009 verfügt das Kompetenzzentrum für Drehmomentsensoren damit über zwei hochgenaue, DAkkS-akkreditierte Kalibriereinrichtungen. Kistler Drehmomentsensoren gewinnen in immer mehr Anwendungsbereichen an Bedeutung, so z. B. in der Qualitätssicherung der Automobilindustrie, in der Überwachung von Montageprozessen und in der Forschung und Entwicklung.

Die Produkte beweisen ihre Vielseitigkeit in verschiedensten Anwendungen – in Forschung und Entwicklung, in der Prüfstands-, Antriebs- und Fördertechnik, in der Betriebs- und Prozessüberwachung, sowie in der Produktionsmesstechnik und Qualitätssicherung. Nicht zuletzt ermöglichen sie die Dokumentation von Prozess- und Qualitätsdaten.

MTS bietet Drehmomentaufnehmer (auch Drehmomentsensor genannt), Drehmoment-Messwellen und -Messflansche, sowie nicht rotierende Drehmomentaufnehmer für Reaktionsmessungen. Die Signalübertragung erfolgt mittels Schleifringen oder berührungslos. Zusätzlich stehen gemeinsam mit den Messwellen erprobte Kupplungen zur Verfügung.

Ausführungsformen

Ausführungsformen für Drehmomentsensoren  (Drehmomentaufnehmer)

Entsprechend den verschiedenen Anwendungsgebieten gibt es auch unterschiedliche Ausführungen:

  • mit oder ohne Lager
  • rotierende oder nicht rotierende Erfassung des Moments
  • mit Schleifringen oder mit kontaktloser Übertragung

Aufnehmer ohne Lager haben keine Verluste durch Lagerreibung und sind praktisch wartungsfrei. Eine nicht rotierende Erfassung liegt beispielsweise bei Drehmomentschlüsseln oder Prüfmaschinen zur Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern vor. Hier treten nur relativ kleine Verdrehwinkel (0,01 bis 2 Grad) des Aufnehmerfederkörpers auf. Bei Schleifringen sind die möglichen Drehzahlen sowohl wegen des Verschleisses als auch wegen der zunehmenden Störungen bei der Übertragung begrenzt. Mit fortschreitender Einsatzdauer werden die Schleifringe "unrund". Dies führt insbesondere bei höheren Drehzahlen zu Aussetzern und erhöhtem Rauschen des Signals. Üblicherweise werden über ca. 3000/min bei Dauereinsatz bzw. 6000/min bei kurzzeitigem Einsatz keine Schleifringe mehr verwendet, sondern mit kontaktloser Übertragung gearbeitet.

Zumeist wird eines der folgenden Verfahren genutzt:

  • die Übertragung über Spulen (magnetisch)
  • die Übertragung über flächige Kontakte, die sich wie zwei Kondensatorplatten gegenüberstehen (elektrisch leitende Ringe oder Übertragung an der Stirnseite der Welle)
  • die Übertragung über ein optsiches System (Energieeinspeisung und Übertragung der Messsignale erfolgen kombiniert induktiv bzw. optisch, so dass eine verschleissfreie Funktion gewährleistet wird )

Die zur Übertragung verwendeten Frequenzen sind sehr unterschiedlich und liegen im Bereich von 10 kHz bis 20 MHz. Viele Aufnehmer besitzen zusätzlich zur Erfassung des Drehmoments noch die Möglichkeit, die Drehzahl zu erfassen. Damit kann dann direkt die Leistung berechnet werden.

Torsionskörper

Federkörper (Torsionskörper) für Drehmomentsensoren (Drehmomentaufnehmer)

Die Federkörper (Torsionskörper) sind aus metallischen Werkstoffen, die bestimmte "günstige" Eigenschaften haben: eine kleine Hysterese, geringe oder möglichst lineare Temperaturabhängigkeit etc. Für kleine Drehmomente gibt es den Käfigläufer, im mittleren Bereich den klassischen Vollzylinder oder, wenn nur auf einer Seite ein Lager verwendet werden soll, den biegesteiferen Hohlzylinder, in dessen Innerem auch die Elektronik untergebracht werden kann. Für kurzbauende und sehr steife Aufnehmer werden heute oft sogenannte Messflansche eingesetzt (Scherstabprinzip).

Messtechnische Eigenschaften

Messtechnische Eigenschaften von Drehmomentsensoren  (Drehmomentaufnehmer)

Die Nennlast gibt an, bis zu welchem Drehmoment der Aufnehmer messfähig ist, d. h. bei dem die Messabweichungen innerhalb der im Datenblatt angegebenen Werte liegen. Darüber hinaus wird manchmal noch ein Gebrauchsbereich angegeben, innerhalb dessen jedoch die angegebenen Messabweichungen überschritten werden können. Für den Einsatz wichtig sind die Angaben über das Grenzdrehmoment, also die Belastung, die der Aufnehmer verträgt, ohne Schaden zu nehmen sowie die zulässige Schwingbreite der Last (Spitze/Spitze nach DIN 50100). Drehmomentaufnehmer dürfen in der Regel mit ihrem maximalen statischen Drehmoment nicht auch dynamisch belastet werden. Die Spitze/Spitze-Werte für Wechsellasten sind niedriger als für statische Belastungen. Das Bruchdrehmoment ist sicherheitsrelevant. Wird dieses Drehmoment überschritten kann der Aufnehmer zerstört werden. Weitere wichtige Aspekte sind die Empfindlichkeit gegenüber Störkräften und insbesondere elektrischen Störsignalen sowie die Torsionssteifigkeit und das Massenträgheitsmoment des Aufnehmers. Die Torsionssteifigkeit und das Massenträgheitsmoment beeinflussen die Eigenfrequenz des Gesamtsystems und damit die messbaren Drehzahlen bei denen es nicht zu Eigenschwingungen und eventuell Resonanz kommt.

Anwendungshinweise

Anwendungshinweise für Drehmomentsensoren  (Drehmomentaufnehmer)

Der Einbau eines Drehmomentaufnehmers muss sehr sorgfältig erfolgen. Es dürfen keine Exzentrizitäten auftreten, d. h., die An- und Abtriebsachsen müssen fluchten, es darf kein Winkelfehler auftreten etc. Die Aufnehmer dürfen nur geringe überlagerte Biege- oder Zugkräfte erhalten, bei vielen Aufnehmern sind weniger als 10% des Nenndrehmoments als jeweilige Störkraft maximal zulässig. Günstiger gegenüber herkömmlichen Konstruktionen sind in der Regel die Drehmoment-Messflansche. Daher müssen entsprechende Einbauteile verwendet werden, sogenannte Kupplungen (nicht mit einer Kupplung wie im Auto zu verwechseln), um Störkräfte abzufangen. Andere gängige Einbauhilfen sind Gelenkwellen. Die maximal zulässigen Fehler sind jedoch selbst bei Verwendung von Einbauhilfen auf Werte um ein Grad beschränkt. Daher sind alle überlagerten Beanspruchungen so weit wie möglich zu reduzieren, damit der Aufnehmer keine zusätzlichen Belastungen erhält. Die zulässigen Werte werden zwar im Datenblatt der Aufnehmer für jede Komponente getrennt angegeben, die Werte gelten aber nur bei reiner Belastung mit diesem Fehlertyp. Eine Kombination verschiedener Fehler, die in der Praxis immer gegeben ist, da der Einbau nicht 100% ideal erfolgen kann, reduziert die Werte typischerweise auf unter 40% der im Datenblatt für nur eine Störgrösse angegebenen. Es empfiehlt sich, für grössere Aufbauten, bei höheren Drehzahlen oder grossen Massen das dynamische Verhalten zu berechnen und zu überprüfen. Falls das Gesamtsystem aus Antrieb, Aufnehmer und Verbraucher oder Bremse in der Nähe der Eigenfrequenz des Systems betrieben wird, besteht die Gefahr, dass das Gesamtsystem überlastet und damit zerstört wird.

 

Beispiele für Drehmomentsensoren (Drehmomentaufnehmer) - rotierend

AbbildungTypBeschreibungMessbereicheGenauigkeitMechanischer Anschluss
           
Drehmomentsensoren - Rotierende Anwendungen, auch Drehmomentaufnehmer, Drehmomentmesswellen, Reaktionsmoment-Sensoren genannt

 

4501AQ/QA...
bisher 0143SD

Schleifring-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4501AQ/QA ...
liefern ein analoges Ausgangssignal in
mV/V. Sie sind für den Einsatz in der
Schraubtechnik optimiert
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Messbereiche von
0 ... ± 6 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm

Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E.

Innen- und Aussenvierkant
4501AH/HA...
bisher 0143SD

Schleifring-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4501AH/HA ...
liefern ein analoges Ausgangssignal in
mV/V. Sie sind für den Einsatz in der
Schraubtechnik optimiert
» mehr

Messbereiche von
0 ... ± 2 Nm bis 0 ... ± 20 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Innen- und Aussensechskant

4501AR...
bisher 0143SD

Schleifring-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4501AR ...
liefern ein analoges Ausgangssignal in
mV/V. Sie sind für den Einsatz in der
Schraubtechnik optimiert
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Messbereiche von
0 ... ± 10 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Welle mit Passfeder

4502AQ/QA...
bisher 0170MS

Mini-Smart-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4502AQ/QA ...
liefern ein analoges Ausgangssignal von
0 ... ±5 VDC, das berührungslos übertragen
wird. Als Version mit integrierter Winkel-/
Drehzahlmessung lieferbar. Die Sensoren
sind geeignet für den Einsatz in
Entwicklungslabors, in der Produktion bei
der Überwachung von Verschraubungs-
und Montagetechnik sowie der
Qualitätssicherung
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Messbereiche von
0 ... ± 12 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm

 

Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Innen- und Aussenvierkant

4502AH/HA...
bisher 0170MS

Mini-Smart-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4502AH/HA ...
liefern ein analoges Ausgangssignal von
0 ... ±5 VDC, das berührungslos übertragen
wird. Als Version mit integrierter Winkel-/
Drehzahlmessung lieferbar. Die Sensoren
sind geeignet für den Einsatz in
Entwicklungslabors, in der Produktion bei
der Überwachung von Verschraubungs-
und Montagetechnik sowie der
Qualitätssicherung
» mehr

Messbereiche von
0 ... ± 0,5 Nm bis 0 ... ± 18 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Innen- und Aussensechskant

4502AR/RA...
bisher 0170MS

Mini-Smart-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4502AR/RA ...
liefern ein analoges Ausgangssignal von
0 ... ±5 VDC, das berührungslos übertragen
wird. Als Version mit integrierter Winkel-/
Drehzahlmessung lieferbar. Die Sensoren
sind geeignet für den Einsatz in
Entwicklungslabors, in der Produktion bei
der Überwachung von Verschraubungs-
und Montagetechnik sowie der
Qualitätssicherung
» mehr

Messbereiche von
0 ... ± 1 Nm bis 0 ... ± 50 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Welle mit Passfeder

4502ARAU...
bisher 0170MS

Mini-Smart-Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren Typ 4502ARAU ...
liefern ein analoges Ausgangssignal von
0 ... ±5 VDC, das berührungslos übertragen
wird. Als Version mit integrierter Winkel-/
Drehzahlmessung lieferbar. Die Sensoren
sind geeignet für den Einsatz in
Entwicklungslabors, in der Produktion bei
der Überwachung von Verschraubungs-
und Montagetechnik sowie der
Qualitätssicherung
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Messbereiche von
0 ... ± 1 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Welle mit Passfeder
4503A...
bisher 0260DM

Zwei-Bereichssensoren mit
berührungsloser Übertragung
Typ 4503A... Drehmomentsensoren für zwei
separat kalibrierte Messbereiche (optional).
Integrierte Messelektronik, höchste
Genauigkeit, höchste Drehzahlbereiche,
digitale Signalverarbeitung. Der Sensor
ist auch als Ein-Bereichssensor erhältlich.
Die Sensoren sind geeignet für den
Einsatz in Entwicklungslabors, in der
Produktion und der Qualitätssicherung
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Messbereiche von
0 ... ± 0,2 Nm bis 0 ... ± 5000 Nm
Spreizung für zweiten Messbereich
1:10 oder 1:5 vom Nenndrehmoment

Messgenauigkeit ab ≤ 0,1 v.E.
Erhöhte Genauigkeit (Option)
Welle mit Passfeder
4504B...
bisher 0325DF

Drehmoment-Messflansche –
kurzbauend, robust, lagerlos, hochgenau 
Drehmoment-Messflansche Typ 4504B... 
mit integrierter, digitaler Messwert-
vorverarbeitung erzeugen analoge oder
digitale Ausgangssignale, die berührungslos
übertragen werden. Der Rotor läuft
lagerlos, somit verschleissfrei im Statorring.
Der Drehmoment-Messflansch eignet sich
durch seine extrem kurze Bauweise
hervorragend für die Prüfstandstechnik
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Messbereiche von
0 ... ± 50 Nm bis 0 ... ± 5000 Nm

Messgenauigkeit ab ≤ 0,1 % v.E.

Flansch
Adapterflansch + Kupplung

4510B...
bisher 0225DF

Drehmoment-Messflansche mit
integrierter Welle-Nabe-Verbindung
mittels Schrumpfscheibe
Drehmoment-Messflansche Typ 4510B...
messen das Drehmoment mit Hilfe von
Dehnungsmessstreifen (DMS). Die digitalen
Messwerte werden berührungslos vom
Rotor zum Stator übertragen. Als
Ausgangssignale stehen analoge und
digitale Werte zur Verfügung
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Messbereiche von
0 ... ± 100 Nm bis 0 ... ± 20'000 Nm
Spreizung für zweiten Messbereich
1:10 oder 1:5 vom Nenndrehmoment

Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Schrumfscheibe
Flansch
4520A...

Basic Line Drehmomentsensoren
Rotierend mit berührungsloser Signalübertragung.
Der robuste Typ 4520A... zur Messung von
Drehmoment an rotierenden Wellen bietet ein
besonders günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis
und empfiehlt sich vor allem für Einsteiger in
die Drehmomentmessung
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Messbereiche von
0 ... ± 1 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,5 % v.E.

Wellenanschluss rund

8661

 

Präzisions-Drehmomentsensoren
Hohe Linearität ab ≤ 0,05 % v.E.,
intelligente Betriebszustandsanzeige
16 bit D/A-Wandler inkl. digitalem
Abgleich, Ausgangssignal 0 ... ±10 V
0 ... ±5 V oder USB (Option)
Drehwinkelmessung bis 0,088° (Option)
Zweibereichsausführung (Option)
sehr gutes Preisleistungsverhältnis
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Messbereiche von
0 ... ± 0,02 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm

Zweibereichsausführung (Option)
2-Bereich-Sensor 1:10
2-Bereich-Sensor 1:5
2-Bereich-Sensor 1:4
2-Bereich-Sensor kundenspezifisch

Messgenauigkeit ab ≤ 0,05 % v.E.

Welle mit Passfeder
Ab 500 Nm 4 x Passfedernut
optional in anderen Messbereichen
möglich

86403
86413
86423

Drehmomentsensoren
Kleine Bauform, zuverlässig,
hochgenau, rotierend, rechts- und
linksdrehend, für statische und
dynamische Messungen,
Schleifringübertragung
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Messbereiche von
0 ...± 1 Nm bis 0 ... ± 1000 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,25 % v.E.

Innen- und Aussenvierkant
Welle mit Passfeder
Innen- und Aussensechskant

8645
8646

Drehmomentsensoren
Neues, patentiertes Messverfahren,
wartungsfrei durch berührungslose
Signalübertragung, sehr preisgünstig
runde Welle / Vierkantausführung
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Messbereiche von
0 ...± 2,5 Nm bis 0 ... ± 500 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 1,0 % v.E. Welle mit Passfeder
Innen- und Aussenvierkant

 

Beispiele für Drehmomentsensoren (Reaktionsmomentaufnehmer) - nicht rotierend (statisch) 

AbbildungTypBeschreibungMessbereicheGenauigkeitMechanischer Anschluss
           
Drehmomentsensoren - Nicht-rotierende Anwendungen Anwendungen  auch Drehmomentaufnehmer, Drehmomentmesswellen, Reaktionsmoment-Sensoren genannt

8625

Präzisions-Drehmomentsensoren
für nicht rotierende Anwendungen
Robust, zuverlässig, einfache
Handhabung, hohe Messgenauigkeit,
äusserst kompakte Bauform,  für
statische und quasistatische
Anwendungen (nicht rotierend)
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Messbereiche von
0 ...0,005 Nm bis 0 ... 5000 Nm
Messgenauigkeit ≤ 0,1 % v.E. Welle

8627
8628
8632

Drehmomentsensoren für nicht
rotierende Anwendungen

Robust, zuverlässig, einfache
Handhabung, hohe Messgenauigkeit,
äusserst kompakte Bauform,  für
statische und quasistatische
Anwendungen (nicht rotierend)
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Messbereiche von
0 ...2 Nm bis 0 ... 5000 Nm
Messgenauigkeit ab ≤ 0,2 % v.E. Flansch mit Zentrierbohrung /
Welle mit Passfeder
Flansch mit Zentrierbohrung
Innen- und Aussenvierkant
Daten

Produktseite Drehmomentsensoren Rotierende Anwendungen

Produktseite Drehmomentsensoren Nicht-rotierende Anwendungen