Smarte Kraftaufnehmer

Digitale Versionen der bewährten HBK-Kraftsensoren verfügen jetzt über IO-Link für intelligente Überwachung, Spitzenerkennung und Hochgeschwindigkeitsverarbeitung. Genießen Sie Echtzeitdiagnose, Vorverarbeitung bei 40 kHz und Plug-and-Play-Kalibrierung.

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Senken Sie Kosten und verbessern Sie Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Kraftmessung

Wie intelligente Sensoren die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden senken

In diesem 5-minütigen Video sehen Sie, wie intelligente Kraftaufnehmer auf IO-Link-Basis das gesamte System vereinfachen. Durch die Kombination von Sensorik und Elektronik in einem Gerät und die Verwendung des Standard-M12-Anschlusses reduzieren intelligente Sensoren die Kosten für Hardware, Installation und Wartungerheblich – und lassen sich gleichzeitig wie jedes andere IO-Link-Gerät in Ihr Steuerungssystem integrieren.

Wie digitale Technologien stabile und präzise Kraftmessungen ermöglichen

In diesem 5-minütigen Video erfahren Sie, wie intelligente Kraftaufnehmer auf IO-Link-Basis die Genauigkeit durch die Verwendung digital gespeicherter Kalibrierkurven, digitaler Linearisierung und integrierter Temperaturkompensation verbessern. Die Kalibrierungsdaten werden direkt im Sensor gespeichert, wodurch manuelle Fehler vermieden und konsistente, nachvollziehbare Ergebnisse gewährleistet werden– auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen.

Wie integrierte Elektronik dabei hilft, Probleme zu erkennen, bevor es zu Ausfällen kommt

In diesem 5-minütigen Video erfahren Sie, wie die IO-Link-basierten intelligenten Kraftaufnehmern von HBK die Zuverlässigkeit verbessern, indem sie Sensor, Elektronik und Schnittstelle in eine einzige, kalibrierte Messkette integrieren. Die digitale Datenübertragung reduziert die EMV-Empfindlichkeit, während die integrierte Überwachung kontinuierlich Temperatur- und mechanische Grenzwerte prüft – Überlastungen und kritische Ereignisse werden mit bis zu 40.000 Messungen pro Sekundeerkannt, oft bevor es zu Ausfällen kommt.

FAQ | Antworten auf Ihre Fragen zu smarten IO-Link-Kraftaufnehmern von HBK

Das IO-Link-Verstärkermodul bietet zahlreiche Funktionen, die die Präzision Ihrer Kraftmessungen durch Linearisierung und digitale Temperaturkompensation verbessern und gleichzeitig die Prozesssicherheit durch HBK-Sensorzustandsüberwachung erhöhen. Zusätzliche Informationen, wie beispielsweise Temperaturdaten, werden ebenfalls bereitgestellt.

Linearisierung
Einstellbarer Tiefpassfilter
Zwei Grenzwertschalter
Zwei digitale Schaltausgänge
Überwachung des Sensorzustands
Statistikfunktionen (Min-/Max-Speicher, Durchschnittswerte)
Temperaturinformationen

Linearisierung

Sie können bis zu 21 unterstützende Punkte eingeben. Alternativ können Sie die Koeffizienten einer Polynominterpolation der Kennlinie des Sensors verwenden. Beide Algorithmen sind für die optimale Nutzung von Kalibrierungszertifikaten ausgelegt.

Hinweis: Wenn Sie die Kalibrierung Ihrer Sensoren über HBK beauftragen, übernimmt HBK die Parameter aus dem Kalibrierungszertifikat. In diesem Fall wird Ihr Sensor als Plug-and-Measure-Wandler zurückgesendet!

Einstellbarer Tiefpassfilter

Digitale Filter 6. Ordnung (Bessel oder Butterworth) mit frei einstellbarer Grenzfrequenz

Zwei Grenzwertschalter

Die Endschalter sind gemäß dem IO-Link „Smart Sensor Profile“ ausgelegt. Zusätzlich zum Schaltpegel kann bei Bedarf eine Hysterese definiert werden. Der sogenannte „Fenstermodus“ ermöglicht es Ihnen, den Endschalter zu aktivieren, wenn der Messwert in einen definierten Kraftbereich fällt, beispielsweise zwischen 1 kN und 1,8 kN. Alle Schalter können invertiert werden.

Zwei digitale Schaltausgänge

Ein Ausgangsschalter ist immer verfügbar. Das Ergebnis wird sehr schnell am digitalen Schaltausgang bereitgestellt – mit einer maximalen Latenz von nur 0,35 ms nach Überschreiten des Schaltpunkts.

Sie können die IO-Link-Kommunikation unterbrechen, um die Übertragung von Messdaten zu deaktivieren. In diesem Fall kann die normalerweise für die digitale Signalübertragung verwendete Leitung als zweiter digitaler Ausgangsschalter umfunktioniert werden.

Überwachung des Sensorzustands

Der Sensor gibt eine Warnung aus, wenn physikalische Grenzwerte überschritten werden – wie z. B. statische oder dynamische Überlastungen oder Temperaturen außerhalb der Spezifikation.

Die relevanten Sensoreigenschaften sind im Sensorspeicher gespeichert:

Höchste und niedrigste Betriebstemperatur
Höchste und niedrigste Nenntemperatur
Temperaturgrenze des Verstärkermoduls
CPU-Temperaturbegrenzung
Höchste und niedrigste Nennkraft
Höchste und niedrigste Einsatzkraft
Maximale Spitze-Spitze-Spitze-Kraft

Das Verstärkermodul vergleicht kontinuierlich die Messwerte mit den definierten Grenzwerten und sendet im Falle einer Überschreitung eine Warnung, sodass Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können. Die hohe Abtastrate von 40 kS/s gewährleistet, dass selbst kurze Überlastungsspitzen erkannt werden und eine Warnung auslösen.

• Statistikfunktionen (Min-/Max-Speicher, Durchschnittswerte)

Alle Statistikfunktionen werden mit einer Abtastrate von 40 kS/s ausgewertet. Dies gewährleistet genaue Min/Max-Werte, auch bei schnellen Kraftsignalen.

• Temperaturinformationen (wenn das Verstärkermodul in den Sensor integriert ist: U10M, U10F, C10, U2B, C2)

Ein wichtiges Merkmal ist die im Sensor integrierte Temperaturmessung. Damit erhalten Sie die Prozesstemperatur, ohne dass ein zusätzlicher Temperatursensor erforderlich ist. Diese Funktion ist für Sensoren mit integriertem Verstärker nicht verfügbar.

Die HBK-Kraftaufnehmer mit IO-Link arbeiten mit einer internen Abtastrate von 40 kHz und unterstützen den COM3-Standard, der die schnellste Datenrate im IO-Link-Ökosystem bietet. Die Zykluszeit unserer Sensoren beträgt weniger als 1 ms. Die Zykluszeit Ihrer Konfiguration hängt vom IO-Link-Master und dessen Konfiguration ab.

HBK nutzt den COM3-Standard, der die schnellste Datenrate im IO-Link-Ökosystem bietet. Das Modul arbeitet intern mit einer hohen Abtastrate von 40 kHz, wodurch sichergestellt wird, dass die Spitzenerkennung auch bei schnellen Kraftsignalen präzise funktioniert.

Zwei Aspekte sind wichtig:

Die Signallaufzeit des Verstärkermoduls beträgt höchstens 350 µs. Das bedeutet, dass es maximal 0,35 ms dauert, bis ein physikalisches Ereignis am Eingang des Verstärkers am Ausgang verfügbar ist. Die IO-Link-Schnittstelle arbeitet nach dem Prinzip, dass der IO-Link-Master die Zykluszeit bestimmt. Die maximale Laufzeitverzögerung ist die Summe der internen Verzögerung des Verstärkermoduls (0,35 ms) und der vom IO-Link-Master über seine Parametrierung und technischen Eigenschaften festgelegten Zykluszeit. Bitte beachten Sie, dass Filter die Signallaufzeit verlängern. Die Ausgabe an die digitalen Schaltausgänge ist nicht vom IO-Link-Master abhängig – die Signallaufzeitverzögerung beträgt in diesem Fall 0,35 ms. Diese Sensoren unterstützen schnelles Umschalten.
Die Bandbreite der Messkette hängt aus mechanischer Sicht von der Steifigkeit des Sensors und der mechanischen Installation ab – wie etwa der Steifigkeit der Lasteinleitung und dem Gewicht der verwendeten Komponenten. Die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Messwerte ist der Schlüsselfaktor bei der Berechnung der Bandbreite jeder digitalen Messkette. Das Verstärkermodul hat eine Zykluszeit von weniger als 1 ms, was bedeutet, dass es mehr als 1.000 Messwerte pro Sekunde übertragen kann. Als Faustregel gilt: Die Bandbreite beträgt ungefähr ein Zehntel der Anzahl der pro Sekunde übertragenen Messwerte. Wenn der IO-Link-Master ebenfalls eine Zykluszeit von 1 ms hat, beträgt die resultierende Bandbreite 100 Hz – vorausgesetzt, die mechanische Installation unterstützt Messungen bei dieser Frequenz.

Bitte beachten Sie, dass die interne Bandbreite 40 kHz beträgt – die Spitzendetektion ist in der Lage, wesentlich schnellere Messungen durchzuführen.

IO-Link ist eine hervorragende, kostengünstige Schnittstelle, die mit jedem Feldbussystem kompatibel ist. Es ermöglicht einen zeitsparenden Integrationsprozess und kann in Kombination mit niedrigen Verkabelungskosten eingesetzt werden. Die einfache und schnelle Integration von IO-Link-Geräten in Ihre Feldbusumgebung ist ein weiterer großer Vorteil dieser Schnittstelle.

Das Gateway, das IO-Link-Geräte – wie zum Beispiel HBK-Sensoren – mit der Feldbusebene verbindet, ist der sogenannte IO-Link-Master. IO-Link-Master sind für alle bestehenden Feldbussysteme verfügbar, was bedeutet, dass IO-Link-Sensoren und -Aktoren auf allen Feldbusplattformen eingesetzt werden können.

Die Verbindung zwischen dem Sensor und dem IO-Link-Master erfolgt über ein ungeschirmtes M12-Standard-Sensorkabel. Dieses einzelne Kabel übernimmt sowohl die Datenübertragung als auch die Spannungsversorgung und ist hochflexibel – dadurch werden die mechanischen Eigenschaften des Messpunkts nicht beeinträchtigt, selbst wenn Sensoren für sehr kleine Kräfte verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, sind die IO-Link-Verbindungskabel nicht abgeschirmt, und sowohl der Sensor als auch das Gehäuse des IO-Link-Masters sind galvanisch isoliert. Bei unterschiedlichen elektrischen Potenzialen zwischen dem Sensorgehäuse und dem IO-Link-Mastergehäuse fließt kein Strom über eine Abschirmung, die die Messung beeinflussen könnte.

Ja. Für die neue Generation von Kraftmessgeräten bietet HBK den gleichen Kalibrierservice wie für herkömmliche Produkte an und gewährleistet so rückverfolgbare Messungen. Die Anforderungen von Qualitätsstandards wie ISO 9001 können uneingeschränkt erfüllt werden.

Das HBK-Kalibrierlabor ist nach der Norm ISO 17025 zertifiziert. Dies bedeutet, dass die Kalibrierdienstleistungen von HBK alle Anforderungen an die Rückverfolgung auf nationale Normen erfüllen – eine zentrale Voraussetzung für Qualitätsstandards wie ISO 9001. Der Kalibrierungsprozess für digitale Sensoren ist identisch mit dem von herkömmlichen Wägezellen: Es werden die gleichen Kalibriervorrichtungen und -standards verwendet. Dadurch profitieren die Kunden von der hohen Genauigkeit der Kalibriergeräte von HBK für digitale Sensoren.

Das Kalibrierungsverfahren ist wie folgt:

a. Der erste Schritt besteht darin, alle im Sensor gespeicherten Daten zur Linearisierung (Stützpunkte oder Koeffizienten des kubischen Polynoms) auszulesen. Diese Daten werden sicher extern gespeichert.
b. Anschließend werden alle Linearisierungsdaten gelöscht. Der Sensor arbeitet nun ohne Korrektur des Linearitätsfehlers.
c. Dem Sensor werden verschiedene Laststufen zugeführt, und die Ergebnisse werden im Sensorspeicher gespeichert. Der Sensor arbeitet nun mit Linearitätskorrektur.

Das Ergebnis ist ein Plug-and-Play-Sensor mit aktiver Kompensation des Linearisierungsfehlers. Die Berechnung der Messunsicherheit gilt für das Gesamtsystem.

Ein Kalibrierservice für Arbeitsstandards wird ebenfalls angeboten.

Kosteneinsparungen, einfache und schnelle Einrichtung sowie Kommunikation bis hinunter zur Feldebene – die Vorteile sind beträchtlich.

In den meisten Fällen sind Kosteneinsparungen das stärkste Argument für die Wahl eines Sensors mit IO-Link-Technologie. Zu den wichtigsten Vorteilen der IO-Link-Technologie gehören:

Im Schaltschrank wird kein Platz benötigt.
Geringere Kabelkosten.
Zeitersparnis während des Integrationsprozesses.
"Plug-and-Play" ohne Parametrierung: Nach dem Anschluss des Geräts an einen IO-Link-Master erhalten Sie sofort genaue Messwerte in Newton.
Eine Kommunikation von der Steuerungsebene zur Feldebene ist möglich.

Die verbesserte Genauigkeit hilft Ihnen dabei, die immer anspruchsvolleren Anforderungen an die Produktqualität zu erfüllen. Darüber hinaus sind die IO-Link-Kraftaufnehmer von HBK noch zuverlässiger als die bereits bekannten Produkte von HBK.

Intelligente Kraftaufnehmer von HBK verbessern die Genauigkeit.

Die Linearisierungsalgorithmen der Sensoren verbessern die Genauigkeit der digitalen Sensoren – insbesondere wenn eine Kalibrierung angeordnet wird. Sensoren mit integriertem Verstärkermodul (U10M, U10F, C10, U2B, C2) verfügen außerdem über eine digitale Temperaturkompensation. Der Einfluss der Temperatur auf den Nullpunkt – einer der wichtigsten Faktoren, die zur Unsicherheit der Kraftmessung beitragen – wird auf die Hälfte des Einflusses passiver Versionen reduziert. Da keine Kabel analoge Signale übertragen, wird der Einfluss elektromagnetischer Felder minimiert. HBK verwendet ein rauscharmes Verstärkermodul mit hoher Auflösung.

Intelligente Kraftaufnehmer sind hochpräzise Messinstrumente. Insbesondere in industriellen Umgebungen mit anspruchsvollen Temperaturbedingungen und einem breiten Messbereich bieten sie eine ausgezeichnete Genauigkeit.

Die mechanische Robustheit des Sensors bleibt durch den integrierten Verstärker unverändert. Der Temperaturbereich ist niedriger als bei herkömmlichen Sensoren – bitte beachten Sie unsere Datenblätter.

HBK unterzieht jedes Produkt Schock- und Vibrationstests. Bei der integrierten Elektronik werden keine Kompromisse gemacht: Die Stoß- und Vibrationsfestigkeit entspricht der von herkömmlichen Sensoren und wird gemäß den einschlägigen IEC-Normen geprüft. Gleiches gilt für den Schutzgrad. Der integrierte Verstärker erreicht die Schutzart IP67, ebenso wie die Kraftaufnehmer mit integrierten Verstärkern. Bitte beachten Sie, dass ein geeignetes Kabel an den Sensor angeschlossen werden muss, um dieses Schutzniveau aufrechtzuerhalten.

Hinsichtlich der Temperatur sind die Sensoren durch die Eigenschaften der elektronischen Bauteile begrenzt. Der Temperaturbereich ist auf 60°C begrenzt, im Vergleich zu 85°C bei herkömmlichen Versionen.

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Überwachung des Sensorzustands

• Statistikfunktionen (Min-/Max-Speicher, Durchschnittswerte)

• Temperaturinformationen (wenn das Verstärkermodul in den Sensor integriert ist: U10M, U10F, C10, U2B, C2)

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Welche Merkmale weisen die IO-Link-Kraftaufnehmer auf?

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Wie schnell sind HBK-Kraftaufnehmer mit IO-Link-Schnittstelle?

Warum hat HBK IO-Link als Schnittstelle für Kraftaufnehmer gewählt?

Kann ich nachverfolgbare Messungen durchführen?

Welche Vorteile bieten die intelligenten Kraftaufnehmer von HBK?

Sind HBK IO-Link-Kraftaufnehmer weniger präzise als herkömmliche Sensoren?

Wie robust sind IO-Link-Sensoren von HBK gegenüber Temperatureinflüssen, Feuchtigkeit, Stößen und Vibrationen?

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