Kraftaufnehmer für Zug/Druck: Dehnung, Spannung und Brückensignal

Was wird berechnet?

Bei einem schlanken, längskraftbelasteten Messkörper ist die Längsrichtung Hauptrichtung 1. Zwei Längs- und zwei Querstreifen, wechselseitig zur Vollbrücke verschaltet, liefern das größte Signal (B = 2(1+ν)) und kompensieren Temperatur sowie Biegung. Keils Beispiel eines Kraftaufnehmers: ν = 0,29 ergibt B = 2,58, mit k = 2,1 und ε_l = 956 µm/m folgt ein Kennwert von 1,295 mV/V bei 10 kN.

Gleichungen

σ = F/A, ε_l = σ/E, ε_q = −ν·ε_l

U_M/U_B = k/4·(ε_l + νε_l + ε_l + νε_l) = k/4·ε_l·(2+2ν) (Keil Gl. 10.1, 10.2)

allgemein U_M/U_B = k·B·ε_l/4

Schritt für Schritt

1. Nennkraft und Messquerschnitt eintragen; die Dehnung sollte bei Nennlast etwa 500–1500 µm/m betragen.
2. Werkstoffkennwerte und Schaltung wählen.
3. Kennwert mit dem Eingangsbereich des Messverstärkers (typisch 2 mV/V) abgleichen und ggf. den Querschnitt anpassen.

Typischer Fehler

Die Querdehnung als Betrag addieren statt über B zu berücksichtigen, oder A in cm² eingeben.

Anwendung und Grenzen

Auslegung selbstgebauter Kraftaufnehmer und Zugstäbe, Bewertung der Signalausbeute bei Stangen- oder Ankerkraftmessungen und Umrechnung von Verstärkersignalen in Kräfte.

Homogener einachsiger Spannungszustand ohne Kerben; überlagerte Biegung wird nur in den Vollbrücken kompensiert, Torsion beeinflusst Längsstreifen nicht.

Fachliche Grundlage

Keil, Dehnungsmessstreifen, 2. Aufl. 2017, Abschn. 10.2.1 Längskraftbelastete Messobjekte, Gl. (10.1)–(10.5); Abschn. 4.5, Gl. (4.17).

Die Quelle belegt die Gleichungsstruktur und die Zahlenbeispiele; dieser Rechner ersetzt keine Kalibrierung der Messkette.

Häufige Fragen

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