LoadSensor-Technologie von Pewatron »Die Zeit ist reif für kapazitive Sensorik«

Kombiniertes Know-how bei der LoadSensor-Entwicklung: Von Pewatron kommt die Expertise in Elektronik und Sensorik; Angst+Pfister bringt sein Know-how aus Materialwissenschaft und Engineering mit ein.

Pewatron hat eine kapazitive Sensortechnologie für die industrielle Kraft- und Gewichtsmessung entwickelt, die im Gegensatz zu Standard-Kraftzellen oder Lösungen mittels Dehnungsmesstreifen deutliche Vorteile mit sich bringen soll.

Analysten zufolge bewegt sich der Sensorikmarkt im dreistelligen Milliardenbereich und wächst jährlich um fünf bis zehn Prozent. Er ist jedoch auch sehr inhomogen und segmentiert, denn es gibt Hunderte von Messgrößen und unzählige Applikationen. Pewatron hat sich auf das Marktsegment der Sensorik für industrielle Anwendungen spezialisiert. »Es bietet interessante Nischen, in denen die Sensorik meist über mehrere Jahre in einem Design besteht«, erklärt Philipp Kistler, Product Manager bei Pewatron. »Aber gerade im Industriemarkt ist es besonders wichtig, Sensoren kundenspezifisch auszulegen und in ihrem Design perfekt an die Kundenanforderungen anzupassen. Ein Beispiel dafür ist unsere im Zusammenspiel mit unserer Mutter Angst+Pfister entwickelte LoadSensor-Technologie für die kapazitive Kraftmessung.«

Sensoren zur Kraftmessung

Zum Hintergrund: Eine der wesentlichsten physikalischen Messgrößen ist die Kraft. Im Prinzip kann mit jedem Kraftsensor auch ein Gewicht gemessen werden. Das Gewicht lässt sich über die Kraft und die Erdbeschleunigung berechnen. Zu beachten ist jedoch: Kraft und die Erdbeschleunigung sind Vektoren. Das bedeutet, dass auch die Winkel berücksichtigt werden müssen. »In der Praxis wird das in vielen Applikationen zum Problem», so Kistler. »Wird die Kraft nicht hundertprozentig vertikal auf die Kraftzelle geleitet, beeinflusst das die Messung. Veranschaulichen lässt sich das mit einer Personenwaage: Verlagert man auf der Waage sein Gewicht, ändert sich der Messwert.«

Ist ein Gewicht bzw. eine Masse genau zu bestimmen, sind also auch die vektoriellen Zusammenhänge zu berücksichtigen. Das scheint klar, ist aber in der Praxis nicht immer einfach, und oft braucht es für die Realisierung einen großen konstruktiven Aufwand. Nehmen wir als Beispiel eine der wohl meistverbreiteten und ältesten elektronisch auswertbaren Sensortechnologien – den Dehnungsmessstreifen (DMS).

Der 1938 entwickelte DMS basiert auf einem elektrischen Widerstand, der bei Dehnung oder Stauchung seinen Wert ändert. Durch dieses einfache Prinzip und die kostengünstige Herstellung hat sich der DMS kommerziell durchgesetzt und ist heute einer der am häufigsten eingesetzten Sensoren. Trotzdem haben sich neben dem DMS weitere Prinzipien für die Kraftmessung etabliert. »Ein wesentlicher Nachteil beim DMS ist der beschriebene vektorielle Zusammenhang«, führt Kistler aus. »Je nach Anwendung kann es konstruktiv sehr aufwändig sein, die zu messende Kraft richtig umzuleiten, damit eine Dehnung des Widerstands resultiert. Bei Personenwaagen beispielsweise gelingt das sehr einfach. Das zeigt sich schon am Preis einer Consumer-Waage, vor allem wenn hohe Genauigkeit kein entscheidendes Kriterium ist. Denn hochgenaue Waagen basieren meist auf anderen Prinzipien, zum Beispiel auf einem induktiven Regelkreis.«

Bei anderen Applikationen, bei denen die Umleitung der Kraft nicht so einfach zu realisieren ist, übersteigen die Herstellungskosten der mechanischen Konstruktion die Kosten für den eigentlichen Sensor oft um ein Vielfaches. Hier sind andere Messprinzipien gefragt, da sich bei komplexen Konstruktionen die Herstellungskosten selbst bei hohen Stückzahlen meist nur bedingt senken lassen.