Ein Kraftmessbolzen ist ein Messgerät, das wie ein Maschinenelement eingebaut wird. Genau darin liegt sein Vorteil, und genau darin liegt die häufigste Fehlerquelle: Der Bolzen misst nur dann richtig, wenn er so sitzt und so belastet wird, wie er ausgelegt und kalibriert wurde. Dieser Beitrag fasst zusammen, worauf es beim Einbau ankommt – von der Messrichtung über die Verdrehsicherung bis zum Nullpunkt in der Steuerung.
Die Messrichtung ist festgelegt
Die Dehnungsmessstreifen sitzen in den eingedrehten Verformungszonen und messen die Scherverformung in einer bestimmten Richtung. Diese Messrichtung ist konstruktiv festgelegt und in der Einbauzeichnung angegeben. Wird der Bolzen verdreht eingebaut, sieht er nur den Anteil der Kraft, der in seine Messrichtung fällt. Der Messwert sinkt mit dem Kosinus des Winkels:
| Winkelfehler | Messwert zu niedrig um |
|---|---|
| 2° | 0,06 % |
| 5° | 0,38 % |
| 10° | 1,5 % |
| 15° | 3,4 % |
| 30° | 13,4 % |
Kleine Winkel sind also harmlos, große nicht. Kritischer als ein fester Winkelfehler ist ein Bolzen, der sich im Betrieb langsam mitdreht: Dann wandert der Fehler, und die Messung ist nicht mehr reproduzierbar. Wo die Kraftrichtung selbst wechselt, etwa an Seilrollen mit veränderlichem Umschlingungswinkel, hilft kein sorgfältiger Einbau – dort braucht es einen biaxialen Kraftmessbolzen, der in zwei Richtungen misst.
Verdrehsicherung und axiale Sicherung
Damit der Bolzen in Messrichtung bleibt, braucht er eine formschlüssige Verdrehsicherung. Bewährt haben sich ein gefrästes Halteblech, das in eine Nut oder Abflachung am Bolzenkopf greift, oder eine Abflachung, die in einer passenden Aufnahme sitzt. Das Halteblech übernimmt meist auch die axiale Sicherung. Eine reine Reibverbindung, etwa eine Klemmschraube, reicht nicht: Unter wechselnder Last und Vibration dreht sich der Bolzen früher oder später.
Wenn Sie einen vorhandenen Bolzen ersetzen, übernehmen wir die bestehende Sicherung in die Konstruktion, damit an der Maschine nichts geändert werden muss. Ist dort bisher keine Verdrehsicherung vorgesehen, sprechen Sie uns darauf an, bevor gefertigt wird.
Auflager, Spaltmaß und Krafteinleitung
Ein Kraftmessbolzen misst die Scherkraft zwischen den äußeren Auflagern und dem lasttragenden Mittelteil. Die Verformungszonen müssen deshalb genau in den Spalten zwischen Lasche und Gabel liegen. Verschiebt sich das Mittelteil axial, weil Distanzscheiben fehlen oder das Spiel zu groß ist, greift die Last an einer anderen Stelle an, und der Kennwert passt nicht mehr zur Kalibrierung. Aus demselben Grund kalibrieren wir Kraftmessbolzen in einer nachgebildeten Einbausituation mit Ihren Lagerbreiten und Spaltmaßen.
- Zweischnittig ist der Normalfall: der Bolzen liegt in einer Gabel mit zwei Auflagern, die Last greift in der Mitte an. Die Kraft teilt sich auf zwei Scherebenen auf.
- Einschnittig heißt: der Bolzen ist nur auf einer Seite gelagert, die Last greift fliegend daneben an. Hier wirkt zusätzlich ein Biegemoment, das in die Auslegung eingehen muss. Einschnittige Bolzen fertigen wir auf Anfrage, die Einbaulage muss uns dafür genau bekannt sein.
- Passungen gelten wie in der Zeichnung angegeben. Zu viel Spiel verlagert die Krafteinleitung und begünstigt Schlagbelastung, eine zu stramme Passung erzeugt schon beim Einbau Kräfte, die sich als Nullpunktversatz zeigen.
- Nur die Messkraft soll durch den Bolzen gehen. Kräfte aus Verspannung der Konstruktion, Wärmedehnung oder schief stehenden Laschen landen sonst ebenfalls im Messwert.
Beim Einbau selbst
- Den Bolzen nicht mit dem Hammer eintreiben. Schläge erzeugen Spitzenkräfte weit über der Nennlast und können die Messzonen bleibend verformen. Wenn es klemmt, liegt es an Passung, Fluchtung oder Schmutz, nicht an zu wenig Kraft.
- Bohrungen fluchten lassen, bevor der Bolzen eingeschoben wird, und Laschen nicht über den Bolzen ausrichten.
- Den Bolzen nie am Kabel oder am Steckverbinder ziehen oder drehen.
- Falls der Bolzen Schmierbohrungen hat, die Lagerstellen wie gewohnt über den Schmiernippel fetten.
- Die Messrichtung vor dem Anziehen der Sicherung noch einmal mit der Zeichnung vergleichen.
Kabel verlegen
Das Kabel ist mechanisch der empfindlichste Teil. Führen Sie es mit Zugentlastung vom Bolzen weg, halten Sie den zulässigen Biegeradius ein und schützen Sie es an Kanten und Scheuerstellen. Fährt der Bolzen mit, etwa an einem Ausleger, gehört ein schleppkettentaugliches Kabel dazu. Messleitungen nicht parallel zu Motor- oder Schweißleitungen führen. Bei austauschbaren Bolzen ist ein Steckverbinder wie M12 praktischer als ein festes Kabel.
Nullpunkt und Vorzeichen
Nach dem Einbau wird der Nullpunkt im eingebauten, unbelasteten Zustand gesetzt. Gewicht von Rolle, Haken oder Lastaufnahmemittel ist damit tariert, und kleine Einbaukräfte sind ausgeglichen. Den Wert dieses Nullpunkts sollten Sie notieren: Er ist später die einfachste Kontrolle, ob sich am Bolzen etwas verändert hat.
Welche Lastrichtung ein positives Signal ergibt, hängt von der Verschaltung ab. Beim passiven mV/V-Ausgang lässt sich das Vorzeichen am Messverstärker umkehren. Bei integrierter Elektronik mit 4–20 mA oder 0–10 V ist die Zuordnung ab Werk festgelegt. Geben Sie deshalb bei der Anfrage an, in welche Richtung die Last wirkt und welche Richtung positiv sein soll.
Kurz zusammengefasst
- Messrichtung laut Zeichnung einbauen, kleine Winkel kosten wenig, ein mitdrehender Bolzen viel.
- Formschlüssige Verdrehsicherung und axiale Sicherung vorsehen.
- Lagerbreiten und Spaltmaße wie bei der Kalibrierung einhalten.
- Nicht einschlagen, nicht am Kabel ziehen.
- Kabel mit Zugentlastung und Abstand zu Leistungskabeln verlegen.
- Nullpunkt im eingebauten Zustand setzen und notieren.
Mehr zu Bauformen, Signalen und Sicherheitsstufen finden Sie auf der Seite Kraftmessbolzen und Kraftmessachsen. Was einen Bolzen im Betrieb beschädigen kann, beschreibt der Beitrag Warum Kraftmessbolzen ausfallen. Schicken Sie uns Ihre Einbauzeichnung an office@octogon.org, rufen Sie +43 676 3628453 an oder nutzen Sie unser Kontaktformular. Wir sehen uns die Einbausituation an, bevor gefertigt wird.
