Hallo zusammen,
ich habe eine Frage und hoffe, dass mir hier geholfen werden kann!?
Ich möchte eine Kraftsensor (Druck) mittels DMS und Federkörper
konstrurieren. Dieser Sensor soll einen mechanischen Überlastschutz
besitzen. In der Skizze ist dieser Sensor schematisch Aufgezeichnet.
Der mechanischer Schutz soll bei einer bestimmter Kraft (Dehnung) gegen
den Anschlag drücken, damit der Federkörper entlastet werden soll.
Jetzt muss ich ja die Dehnung bzw. Längenänderung berechnen, die sich
der Federkörper dehnt, bei der bestimmten Kraft.
Da ich eine niedrige Messkraft besitze (um die 400 N), wird der
Federkörper eine niederige Längenänderung besitzen.
Meine Frage ist jetzt, ob jemand einen Werkstoff kennt, der eine hohe
elastische Verformbarkeit, bei geringer Kraft besitzt. Damit die
Längenänderung so groß ist, dass der Sensor mit den geringst möglichen
Toleranzen zu fertigen ist.
Da ich für einen Biegebalken nicht genügend Platz habe, kann die Lösung
nur über einen Druckstab realisiert werden.
Grüße
Horch schrieb:> Meine Frage ist jetzt, ob jemand einen Werkstoff kennt, der eine hohe> elastische Verformbarkeit, bei geringer Kraft besitzt.
Bei einem Zug-/Druckstab ist die Steifigkeit (E*A)/l, d.h. bei gleicher
Geometrie benötigst du ein geringes E-Modul. In aufsteigender Folge:
Blei, Magnesium, Aluminium, Messing
Und immer schön im elastischen Bereich bleiben!
Horch schrieb:> Da ich für einen Biegebalken nicht genügend Platz habe, kann die Lösung> nur über einen Druckstab realisiert werden.
Druckstab ist eine schlechte Idee. Nimm einen Torsionsbalken
(=Schraubenfeder).
Walter T. schrieb:> Nimm einen Torsionsbalken
Wie ich den TO verstanden habe, möchte er DMS aufbringen. Das ist für
einen Torsionsbalken eher Suboptimal.
Bei 400N ist DMS sowieso suboptimal. Zumindest solange man keine
Möglichkeit findet, die Verformung zu konzentrieren, wie das in einer
Wägezelle geschieht.
Horch schrieb:> Meine Frage ist jetzt, ob jemand einen Werkstoff kennt, der eine hohe> elastische Verformbarkeit, bei geringer Kraft besitzt. Damit die> Längenänderung so groß ist, dass der Sensor mit den geringst möglichen> Toleranzen zu fertigen ist.
Das eine hat mit dem anderen nichts zu tun. Hohe Verformbarkeit heisst
nicht unbedingt dass die es präzise und linear ist.
Eine höhere Verformbarkeit als deine DMS maximal abkönnen nützt dir gar
nichts.
ich bin selbst blutiger Laie was Wäägezellen betrifft, aber wenn ich mir
dein Eingangsposting anschaue:
Horch schrieb:> Ich möchte eine Kraftsensor (Druck) mittels DMS und Federkörper> konstrurieren.
dann glaube ich du übernimmst dich gerade etwas, bzw. etwas fertiges
wäre im Endeffekt preiswerter.
Trotzdem viel Erfolg.
Die Dehnung ist durch die DMS begrenzt, so extra viel muss es also nicht
sein. Passende Materialien wären etwa hochfeste Al Legierungen,
El-Invar, Cu-Be, ggf. auch Edelstahl in harter Form. Normaler Stahl ist
wegen der Magnetostriktion und Snoek Effekt (Anelastizität durch
Kohlenstoff) eher schlecht.
Einfach nur Druckstück ist schon wegen des Anschlags ungünstig, der
müsste nämlich deutlich steifer sein als der Sensor. Eine Schraubenfeder
und kapazitive Längenmessung wäre da z.B. eine Alternative. Wenn es geht
würde ich auch eher auf eine fertige Messzelle zurückgreifen.
Die absolute Verformbarkeit ist eine Frage der Dimensionierung. Ein
kleinerer Querschnitt verformt mehr. Die Verformung fuer Messungen
muessen zwingend im elastischen Bereich bleiben.
Ein Druckstab ist Quatsch, der hat auch Knicktendenzen. Gute elstische
Druck-Verformbarkeit bei kleinen Kraeften ... Silikon, Gummi,
Was soll das Ganze ueberhaupt ? Es soll Druck gemessen werden ? Welcher
Bereich ? Welche Geschwindigkeit ? Bei welcher Verformung ? Wozu ?
Oder D. schrieb:> Ein Druckstab ist Quatsch, der hat auch Knicktendenzen.
Solche Pauschalaussagen sind wenig hilfreich.
Selbstverständlich kann ein druckbeanspruchter Stab knicken. Ob und wann
er knickt kann jedoch einfach über die Knickkraft des jeweiligen
Euler-Falls nachgerechnet werden. Bei der angegebenen Messkraft von 400N
muss schon eine extrem entarteter Schlankheitsgrad gewählt werden um den
Stab auszuknicken.
> Gute elstische> Druck-Verformbarkeit bei kleinen Kraeften ... Silikon, Gummi,
Auch diese Antwort geht weit am Thema vorbei. Der TO wollte eigentlich
messen. Die Spannungs-Dehnungs-Kennlinie von Gummi ist dermaßen
nichtlinear und dazu noch mit einer Hysterese versehen, so dass ein
Gummiverformungskörper wohl nicht die Lösung ist.
Lurchi schrieb:> Die Dehnung ist durch die DMS begrenzt, so extra viel muss es also> nicht> sein.
Hallo,
wenn ich also ein DMS habe mit einer Dehnung von 100.000 µm/m und einer
Messgitterlänge von 6 mm. Ist doch die maximale Längenänderung 0,6 mm!?
Horch schrieb:> wenn ich also ein DMS habe mit einer Dehnung von 100.000 µm/m und einer> Messgitterlänge von 6 mm. Ist doch die maximale Längenänderung 0,6 mm!?
Nur wenn der Meßkörper nicht länger als der DMS ist - was selten der
Fall ist.
Hallo noch einmal zusammen,
schon einmal vielen Dank für die vielen Antworten.
Ich glaube ich hatte einen Denkfehler. Ich möchte mit dem Sensor 400 N
messen! Das heißt der Überlastschutz soll nicht schon bei 400 N
anschlagen, sondern bei einer höheren Last. Sie soll bei der Last
anschlagen, an dem der Sensor (Federkörper, DMS) geschützt werden muss.
Das heißt ja ich muss schauen, was die maximale Dehnung des
Federwerkstoffes und des DMS sind. Daraus die maximale Längenänderung
berechnen. Dieser Wert ist dann die maximale Abstand (oder geringer)
zwischen Überlastschutz und Anschlag oder ?
Gruß
Walter T. schrieb:> Horch schrieb:>> wenn ich also ein DMS habe mit einer Dehnung von 100.000 µm/m und einer>> Messgitterlänge von 6 mm. Ist doch die maximale Längenänderung 0,6 mm!?>> Nur wenn der Meßkörper nicht länger als der DMS ist - was selten der> Fall ist.
Hallo
Und wie kann ich die maximale Dehnung des DMS berechnen, wenn der
Federkörper länger ist?
Horch schrieb:> Und wie kann ich die maximale Dehnung des DMS berechnen, wenn der> Federkörper länger ist?
Du kennst also den Zusammenhang zwischen Dehnung und Längenänderung
nicht, d.h. Dir fehlen die Grundlagen der technischen Mechanik. Warum
ist es bei Deinem Kenntnisstand Deine Aufgabe, einen Kraftsensor zu
bauen?
Walter T. schrieb:> Horch schrieb:>> Und wie kann ich die maximale Dehnung des DMS berechnen, wenn der>> Federkörper länger ist?>> Du kennst also den Zusammenhang zwischen Dehnung und Längenänderung> nicht, d.h. Dir fehlen die Grundlagen der technischen Mechanik. Warum> ist es bei Deinem Kenntnisstand Deine Aufgabe, einen Kraftsensor zu> bauen?
Was ich nicht verstehe, was die Länge des Federkörper mit der der
maximalen Längenänderung des DMS zu tun hat?
Horch schrieb:> Was ich nicht verstehe, was die Länge des Federkörper mit der der> maximalen Längenänderung des DMS zu tun hat?
Du hast einen 10cm langen Federkörper. Der wird um 0,2mm
zusammengedrückt.
Darauf sitzt ein 1cm DMS. Wieviel mm wird der zusammengedrückt?
Nachtrag: Wenn du mit relativer Längenänderung rechnest, dann hast du
das Problem nicht, weil dann alles schon auf die jeweilige absolute
Länge bezogen ist.
Der Andere schrieb:> Horch schrieb:>> Was ich nicht verstehe, was die Länge des Federkörper mit der der>> maximalen Längenänderung des DMS zu tun hat?>> Du hast einen 10cm langen Federkörper. Der wird um 0,2mm> zusammengedrückt.> Darauf sitzt ein 1cm DMS. Wieviel mm wird der zusammengedrückt?
0,02 mm.
Es ging mir darum, was die maximale Längeneänderung des DMS unabhängig
des Federkörpers ist. Wenn der Federkörper eine geringere Dehnung
aufweist, wird sich das DMS auch eine geringere Längenänderung erfahren
(das ist mir klar).
Ich wollte herausfinden, welchers Element (DMS, Federkörper) die
geringere maximale Dehnung hat.
Deswegen die Rechnung mit den 6mm Messgitterlänge.
Für einen DMS dürfte das Limit eher so bei 1 mm/m liegen. Die Angabe
100.000 µm/m ist da ziehlich zweideutig. 100,0 µm/m wären jedenfalls
realistischer als 1oo mm/m - das ist viel zu viel für einen normalen
DMS.
Für den Aufbau ist das Problem dann, dass der Spalt, bis der
Überlastschutz ansprechen muss, sehr klein sein muss. Halt von der
Größenordnung 1/1000 der Länge des Federkörpers.
Die großen Dehnungen gelten für eine einmalige plastische Verformung des
DMS. Für eine Karftmesszelle muss man aber im elastischen Bereich des
DMS bleiben, also dem Bereich der Wechselfestigkeit. Da ist dann bei
etwa 3 mm/m Schluss - mehr machen die DMS Schichten einfach nicht
elastisch mit.
So kritsch ist das auch nicht, denn auch die Federwerkstoffe mögen keine
so viel größeren Lasten ohne zu kriechen.
Um Sicher zu gehen wird man sogar noch einiges drunter bleiben - ein
bisschen Reseve braucht man auch noch zum Ansprechen des
Überlastschutzes.
