Messtechnik Kraftaufnehmer: Regelmäßiges Kalibrieren bringt Sicherheit

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GTMs Spezialgebiet ist das Messen von Kräften und Momenten. So hat das Unternehmen beispielsweise 2022 eine neue Mehrkomponenten-Bezugsnormalmesseinrichtung entwickelt. Dienstleistungen im Bereich des rückgeführten Kalibrierens der Messgeräte und Kraftaufnehmer ergänzen das Produktangebot der Spezialisten aus dem südhessischen Bickenbach.

Sind Messmittel ungenau oder verändert sich die zu erreichende Messunsicherheit, kann das die Qualität von Produkten und Prozessen drastisch vermindern. Die möglichen Folgen sind Ausschuss, Unterbrechungen der Produktion, unnötige Kosten; schlimmstenfalls rollen Rückrufe oder gar Ersatzansprüche auf ein Unternehmen zu. Daraus folgt: Regelmäßiges Kalibrieren bringt Sicherheit. Bereits seit 1993 zählt die akkreditierte Kalibrierung von Messmitteln für Industrie sowie Kalibrier- und Prüflabore zu einer der GTM-Kernkompetenzen.

Zuerst sei in diesem Kontext die DIN EN ISO 9001 genannt, die zur Sicherstellung gültiger Messergebnisse eine rückführbare Kalibrierung oder Verifizierung fordert. Darüber hinaus gibt es in vielen Branchen ergänzend zur ISO 9001 weitere Industrie-spezifische Standards, wie beispielsweise die IATF 16949 für die Automobilindustrie. Kalibrierungen sind ein ganzheitlicher Bestandteil zur Qualitätssicherung.

Königsdisziplin: Kraftaufnehmer kalibrieren

In der Mess- und Prüftechnik gilt es als Königsdisziplin, mehrdimensionale Kraftsensoren (auch als Mehrkomponentenaufnehmer bezeichnet; MKA) zu kalibrieren. GTMs Mehrkomponentenaufnehmer messen bis zu sechs kombinierte Kräfte und Momente gleichzeitig an drei Achsen (x, y, z). Einzigartig bei der neu entwickelten MKA-Messeinrichtung sind nicht nur Messbereich, Aufbau und Größe, sondern auch das Automatisierungskonzept: Nun werden die verschiedenen Kraftvektoren gleichzeitig und noch dazu vollautomatisch gemessen. Das ist weltweit ein Novum.

Highlights und technische Daten:

• Reduktion der Messunsicherheit bei der Kalibrierung von MKA um den Faktor fünf auf 0,1 Prozent.

• Gleichzeitige und vollautomatische Messung aller Kraftvektoren und dadurch signifikante Verringerung der Durchlaufzeiten.

• Simulation der Schwerkraft in jeder Richtung möglich.

• Vollständige Akkreditierung durch die DAkkS.

Seit 2005 bietet GTM die Möglichkeit, MKA nach einem akkreditierten Messverfahren zu kalibrieren. Mitte 2016 begann die Entwicklung der neuen MKA-Messeinrichtung, sie ist im April 2022 schließlich im Zuge der letzten Re-Akkreditierung von GTM zum Serviceangebot hinzugekommen.

Umfassendes Produktportfolio mit innovativen Highlights für Kraftaufnehmer und Drehmomentaufnehmer

Typische Anwendungen für die präzisen Mehrkomponentenaufnehmer finden sich in der Medizintechnik und der Robotik, aber auch bei mehraxialen Prüfständen der Fahrzeugindustrie. Vor allem in dieser Branche geht der Hersteller in näherer Zukunft von einer verstärkten Nachfrage aus, entsprechend zielt das Angebot der neuen MKA-Messeinrichtung mit ihren Vorteilen in genau diese Richtung.

Die vielleicht bekanntesten Produkte sind die verschiedenen Serien von Kraftaufnehmern. Hier reicht die Bandbreite von der Messung kleiner Zug- und Druckkräfte ab fünf Newton bis zu Anwendungen mit zu messenden Kräften von bis zu 50 Meganewton. Krafttransfernormale für das Kalibrieren von Kraftmesseinrichtungen und Prüfständen ergänzen das Angebot.

Beim Messen von Momenten überzeugen die hochpräzisen Drehmomentaufnehmer. Zur Produktfamilie zählen Drehmomenttransfernormale und Drehmomenttransferschlüssel – vom Werksnormal über Bezugsnormale bis hin zur Rückführung und Kalibrierung auf das nationale Normal. Eine weitere Produktgruppe bilden die DMS-Messverstärker, die auf die hauseigenen Kraft-, Drehmoment- und Mehrkomponentenaufnehmer abgestimmt sind und Messdaten mit einer Genauigkeit von bis zu zehn Parts per Million erfassen.

Hervorzuheben ist hier die Serie ILA, mit der dezentral aufgebaute Messketten realisierbar sind. Der smarte In-Line Messverstärker bietet mit 40.000 Abtastvorgängen pro Sekunde (40 kS/S) und einer Bandbreite von zwei Kilohertz eine herausragende DAQ-Performance für Prüfstandsanwendungen und industrielle Qualitäts- und Prozesskontrolle auf höchstem Niveau, mit sensor­naher EtherCAT-Schnittstelle. In Kombination mit den DMS-basierten Aufnehmern, aber auch von Drittanbietern, haben Kunden damit ein Maximum an Flexibilität für ihre Anwendungen.

Die Messkette der Zukunft ist dezentral

Der ILA-Messverstärker hat damit durchaus das Potenzial, das konventionelle Messketten-Design zu revolutionieren: „Wir sehen mehr und mehr, dass sich die klassische Kraftmesstechnik in Richtung des dezen­tralen Ansatzes bewegt“, sagt Marcel Richter, Director Product Management & Marketing bei GTM. „Insbesondere für neue Projekte stellen unsere Kunden den klassischen Schaltschrank-Ansatz auf den Prüfstand und überlegen, ihre Applikationen kosteneffizienter und dezentral auszulegen.“

Genau an diesem Punkt setzt das Konzept der hoch performanten, dezentralen Messkette für DMS-basierte Aufnehmer an: Der Messverstärker wandert aus dem Schaltschrank direkt an den Aufnehmer und macht die klassischen Messleitungen für das zwei Millivolt/Volt-Signal fast komplett obsolet. Die „lange Leitung“ der klassischen Messkette fällt weg, und damit viele Kabelmeter – eine potenziell große Ersparnis. Darüber hinaus kann der ILA-Messverstärker auch eine mögliche Retrofit-Lösung sein, denn bestehende Designs können mit der dezentralen Messverstärker-Serie nachgerüstet werden. Power-over-Ethernet (PoE) ist hier der Schlüssel: Die Spannungsversorgung läuft über die verwendete Ethernet-Messleitung, die ebenfalls für die EtherCAT-Kommunikation verwendet wird.

Mit Blick auf die nähere Zukunft richtet das Unternehmen den Fokus auf Customizing- und OEM-Lösungen. Schon immer hatten Kunden die Möglichkeit, individuelle Lösungen auf Basis der Standard-Produkte zu erhalten. Hier reicht die Bandbreite vom Customizing mit leichten Modifikationen (etwa besondere Kabellängen oder Anschlüsse) bis hin zu komplexen Anwendungsfällen für OEM-Kunden, die von Grund auf neu gedacht werden, inklusive Prototypen-Tests und Produktion auch in Kleinserien. Hier will sich das Unternehmen künftig noch stärker als kompetenter Partner seiner Kunden positionieren, die vom langjährigen und oft exklusiven Know-how der Metrologie-Spezialisten profitieren.

Flache Hierarchien, schlanke Fertigungsprozesse und die eigene Entwicklung und Fertigung in Deutschland und Tschechien haben sich als weitere Schlüssel zum Erfolg erwiesen. Die Lieferwege sind kurz, sie sind auch in den letzten Monaten und Jahren trotz aller Schwierigkeiten belastbar und stabil geblieben – nicht nur die langjährige Bestandskunden honorieren das. Für eine gute Kundenbeziehung sorgen darüber hinaus der kompetente Support, die schnelle Versorgung mit Ersatzteilen und die lange Verfügbarkeit der Produkte. Auch in herausfordernden Zeiten wie diesen sieht sich das Unternehmen heute bestens aufgestellt.

Die Autorin Katharina Seybold ist Marketing & Communication Manager bei der GTM Testing and Metrology.