Ratgeber
Kräfte begegnen uns in vielfacher Art und Weise, etwa ganz allgemein als Erdanziehungskraft oder als der Kraftaufwand, den man aufbringen muss, um einen Gegenstand anzuheben.
Im Alltag wird Kraft allerdings oft nur als spürbare Anstrengung oder Veränderung eines Zustandes erlebbar und nicht als konkrete Messgröße. Es gibt jedoch viele industrielle Bereiche, in denen Kraft konkret über Messungen ermittelt werden muss. Wann immer es nötig ist, eine vorhandene Kraft exakt zu bestimmen, ist der Einsatz eines Dynamometers gefragt.
Was leisten diese Werkzeuge und welche Arten dieser Messgeräte gibt es? Wir werfen in unserem Ratgeber einen genaueren Blick auf Dynamometer.
Es handelt sich um Kraftmesser, die in der Lage sind, über einen Messwert anzuzeigen, welche Kraft zwischen zwei Körpern wirkt. Dabei unterscheidet man zwei Formen: Die Druckkraft sorgt dafür, dass Druck messbar wird, die Zugkraft wirkt umgekehrt und erzeugt einen messbaren Zug. Beim Einsatz können die Messgeräte entweder in der Hand gehalten oder an einem Prüfstand befestigt werden.
Kraftmessgeräte geben die Kraft bei Druck und Zug über eine analoge Messuhr oder ein digitales Display in verschiedenen Messeinheiten aus. Neben Newton als Einheit für die Kraft werden häufig auch lbf (englische Pound-force) und kgf (Kilogram-force) als Messbereiche angezeigt. Force ist das englischsprachige Wort für Kraft. Ein Newton sind umgerechnet 102 Gramm, entsprechend sind 1.000 Gramm exakt 9,81 Newton Kilogramm. Oft werden die Werte gerundet, sodass gilt:
1 Newton = 100 Gramm
10 Newton = 1 Kilogramm
Die Geräte werden nur selten von Privatpersonen genutzt. Ihre Einsatzbereiche finden sich vor allem in der Produktion und Qualitätssicherung, da mit ihnen geprüft werden kann, ab und bis zu welchem Druck beziehungsweise Zug Bauteile, Geräte etc. sicher arbeiten.
Nicht verwechseln: Handgriff-Dynamometer
Es gibt spezielle Hand-Dynamometer, die ausschließlich die Griffstärke einer Hand messen sollen. Handkraftmesser kommen beim Training für Sportler zum Einsatz oder sollen nach Verletzungen den gesunden Grip in der Physiotherapie schulen.
Für die Messung der Zug- oder Druckkräfte kommen unterschiedliche Methoden infrage. Hier zeigen sich die zwei grundlegenden Arten der Kraftmesser: mechanische versus digitale Dynamometer.
Mechanische Kraftmessgeräte
Eine eingebaute mechanische Messfeder wird bei Druckkraft gestaucht und bei Zug einer Dehnung ausgesetzt.
Die Stärke der Deformation wird über eine Messuhr angezeigt, wobei sich ein großer Vorteil der mechanischen Dynamometer zeigt: der Verzicht auf eine Stromquelle.
Die Kraftmesser sind daher für den Einsatz jederzeit zur Hand.
Elektronische Kraftmessgeräte
Die elektronischen Geräte ermöglichen bei ihren Messungen eine hohe Genauigkeit und ein bequemes Ablesen der Ergebnisse über ein integriertes Display.
Vor allem im industriellen Einsatz sind aufgrund der erweiterten Einsatzmöglichkeiten digitale Dynamometer weiter verbreitet. Die Kraftmessung erfolgt durch die Umsetzung der wirkenden Kräfte in elektrische Werte.
Zur Erfassung sind Dehnungsmessstreifen für Zug und Piezokristalle für Druck verbaut. Bei Dehnungsmessstreifen erhöht sich der Leitungswiderstand, wenn sie durch Zugkraft dünner werden und Piezokristalle erzeugen unter einwirkendem Druck eine elektrische Spannung.
Diese Veränderungen werden vom Messgerät erfasst.
Nicht nur die Aussagekraft einer Messung leidet bei der Nutzung ungeeigneter Modelle, ebenso kann das Kraftmessgerät bei Fehlbelastung beschädigt werden. Daher muss vor dem Kauf auf die Eigenschaften der Messgeräte passend zum Einsatzbereich geachtet werden.
Messbereich
Der vorgesehene Messbereich ist das wichtigste Kriterium und variiert je nach gewähltem Dynamometer stark. Es gibt Geräte, deren Messbereich zwischen 0 und 200 Newton liegt, andere decken Kräfte von bis zu 5.000 Newton ab.
Abtastrate
Sollen wiederholt Messungen erfolgen, spielt die Abtastrate eine Rolle. Diese Abtastfrequenz gibt in der Einheit Hertz (Hz) an, mit welcher Häufigkeit innerhalb eines Zeitraums gemessen werden kann. Hochwertige Dynamometer erreichen beispielsweise 1.600 Hz.
Anzeige
Bei Modellen mit Display können die ermittelten Messwerte im Regelfall sowohl numerisch als auch grafisch dargestellt werden. Unterschieden wird die Darstellung von Einzelwerten, mehrfachen Messungen in einer Kurve oder auch das Bilden eines Mittelwerts. Über die Einstellungen im Gerät kann die Anzeige festgelegt und umgeschaltet werden.
Genauigkeit
Neben den maximal wirkenden Kräfte ist auch die Messgenauigkeit der Geräte von großer Bedeutung. Profi-Dynamometer arbeiten mit einem Toleranzbereich von ± 0,1 Prozent, manche setzen ihre Genauigkeit bei ± 0,5 Prozent an.
Adapter
Viele Dynamometer sind darauf ausgelegt, für verschiedene Aufgaben eine Messmöglichkeit zu bieten. Dafür besitzen sie an einem Ende ein Kopfstück, das verschiedene Adapter aufnehmen kann. Über Hakenadapter können beispielsweise Bauteile eingehängt und ihre Zugkraft ermittelt werden, andere Adapter üben punktuellen Druck auf Bauteile aus.
Am häufigsten sind die folgenden Adapter im Einsatz:
Hakenadapter, Kugelkopfadapter, Flachkopfadapter, Meißelkopfadapter, Kerbkopfadapter, Halterung für Verlängerungsstäbe, Ringschrauben, Kraftmessdosen samt Sensorkabel (oft mit mehreren Metern Kabellänge für schwer zugängliche Messstellen).
Alarmfunktion
Viele digitale Dynamometer verfügen über einen Alarm, der auf verschiedene Grenzwerte eingestellt werden kann. Beim Überschreiten oder auch beim Unterschreiten eines Wertes gibt das Messgerät einen Alarm von sich. Dieser kann akustisch als Warnton oder optisch über ein Licht ausgegeben werden.
Interner Speicher
Digitale Dynamometer bieten meist einen internen Speicher für mehrere Messungen. Auf diese Weise können direkt aufeinanderfolgende Versuchsreihen im Gerät gespeichert und später eingesehen oder miteinander verglichen werden.
Schnittstellen
Im Regelfall ist eine USB-Schnittstelle vorgesehen, sodass die Messwerte an einen PC übertragen werden können. Viele Hersteller bieten ihre Geräte samt Software an, die nach der Installation auf dem Rechner eine detaillierte Auswertung ermöglicht.