ESR-Dehnungsmessgeräte für Monitoring von Bauwerken

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Brücken, Windenergieanlagen, Kräne und ähnliche Großkonstruktionen sind besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Deshalb erfordert ihr sicherer Betrieb ein umfangreiches Monitoring. Dafür stellen Heidenhain und Leine & Linde auf der Sensor+Test 2019 eine neue Messgeräte-Baureihe vor: Die ESR-Dehnungsmessgeräte liefern ein hochgenaues, digitales Messsignal und können besonders einfach montiert werden.

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Brücken, Windenergieanlagen, Kräne und ähnliche Großkonstruktionen sind besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Deshalb erfordert ihr sicherer Betrieb ein umfangreiches Monitoring. Dafür stellen Heidenhain und Leine & Linde auf der Sensor+Test 2019 eine neue Messgeräte-Baureihe vor: Die ESR-Dehnungsmessgeräte liefern ein hochgenaues, digitales Messsignal und können besonders einfach montiert werden. Die ESR-Dehnungsmessgeräte von Heidenhain und Leine & Linde eröffnen neue Möglichkeiten für kurzfristige, wiederkehrende oder permanente Dehnungs- und Belastungsmessungen. Sie sind die hochgenaue, robuste und wiederverwendbare Alternative zu herkömmlichen Systemen für das Monitoring großer Strukturen. Völlig neu ist dabei der Einsatz eines elektro-optischen Drehgebers für die Messung von Dehnungen und die Ausgabe digitaler Messsignale.

Bewährte Technik in neuer Anwendung

Drehgeber sind der industrielle Standard für die Positions- und Drehzahlbestimmung an Motoren. In dieser Funktion finden sie seit Jahrzehnten Anwendung in Produktions- und Automatisierungsanlagen ebenso wie in Windenergieanlagen oder Aufzügen. Die ESR-Dehnungsmessgeräte nutzen die robuste und bewährte Drehgebertechnik nun für die Messung der Längenänderung zwischen zwei Punkten. Diese beiden Punkte werden 200 mm voneinander entfernt am zu messenden Objekt befestigt. Ein Messpunkt befindet sich in der Flucht der Achse der Drehgeberwelle, der andere am Ende einer Verbindungsstange. Jede relative Längenänderung des belasteten Messobjektes gegenüber der parallelen, unbelasteten Verbindungsstange führt am Drehgeber zu einer Winkeländerung, die zur Detektion von Dehnungs- oder Stauchbewegungen herangezogen wird. Auf Basis der gewählten Geometrien entspricht ein Inkrement des Drehgebers einer Längenänderung von 5 nm bzw. einer Dehnung von 0,025 µε. Entsprechend dem Messbereich von ±5’000 µε ergibt dies eine verfügbare Auflösung von ±200’000 Werten bzw. über 18 bit. Das sind etwa fünf Mal mehr Messinformationen als in herkömmlichen Installationen mit folienbasierten Dehnungssensoren. Außerdem arbeiten die ESR-Dehnungsmessgeräte ermüdungsfrei, dank ihrer hohen Abtastfrequenz sind sie auch für das Messen in dynamischen Anwendungen geeignet. Mit Schutzklasse IP66 und einer Einsatztemperatur von -40° C bis +100° C ist der Drehgeber vor Umwelteinflüssen gut geschützt und optimal für Anwendungen im Außenbereich ausgelegt. Weil das Material der Verbindungsstange entsprechend dem Material des Messobjekts gewählt werden kann, bieten die ESR-Dehnungsmessgeräte eine konstruktive, passive Temperaturkompensation. Denn aufgrund der identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Verbindungsstange und Messobjekt werden temperaturbedingte Dehnungen nicht gemessen.

Digitale Daten mit viel Mehrwert

Dank der hochintegrierten optischen Abtastung im Drehgeber liefern die ESR-Dehnungsmessgeräte ein hochgenaues digitales Messsignal mit extrem geringem Rauschen. Die digitale EnDat 2.2-Schnittstelle überträgt das Messsignal auch bei großen Kabellängen störungs- und verlustfrei an die Folge-Elektronik. Außerdem kann sie Zusatzinformationen wie die Umgebungstemperatur vor Ort am Dehnungsmessgerät und Daten für die Diagnose und Zustandsüberwachung des Messgerätes selbst liefern. Für das Einsammeln bzw. Wandeln des digitalen Messgerätesignals steht am Markt ein breites Angebot an Folge-Elektroniken zur Verfügung. Dies kann z. B. direkt die Systemsteuerung, ein Datenlogger oder ein Feldbuswandler sein, der Signale mehrerer Messgeräte einsammelt und in einer schlanken Netzwerkstruktur zur Verfügung stellt. Heidenhain und Leine & Linde auf der Sensor + Test 2019 in Nürnberg: Halle 1, Stand 1-122
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