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Bei Kraftmessgeräten handelt es sich um Instrumente zur Messung von Kräften. In der Regel können sowohl Zug- als auch Druckkräfte gemessen werden. In unserem Ratgeber erfahren Sie Details zum Aufbau von Kraftmessgeräten und zu den Funktionsweisen mechanischer und digitaler Newton-Meter.

Was sind Kraftmessgeräte?

Kraftmessgeräte messen sowohl Kräfte, die zwischen zwei Körpern wirken, als auch Gewichtskräfte und Drehmomente. Entsprechend der SI-Einheit Newton (N) für die physikalische Größe Kraft werden sie oft auch als Newton-Meter bezeichnet. Je nach Ausführung reicht ihr Messbereich von einigen wenigen Newton bis in den sechsstelligen Bereich. Kraftmessgeräte werden in der Entwicklung, Qualitätssicherung und für Wartungs- und Servicezwecke eingesetzt.

Welche Typen und Bauarten von Kraftmessgeräten gibt es?

Welche Typen und Bauarten von Kraftmessgeräten gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen analogen und digitalen Kraftmessgeräten. Analoge Kraftmessgeräte besitzen eine Rundskala, die meist doppelt skaliert ist. Ohne Umrechnung zeigt sie Kräfte in Newton sowie Gewichtskräfte in Gramm beziehungsweise Kilogramm an. Zur Erfassung von Maximalwerten ist in vielen Fällen ein Schleppzeiger integriert, der die größte aufgetretene Kraft des Messvorgangs anzeigt. Das Messprinzip basiert bei analogen Kraftmessgeräten auf einem Federmesswerk.

Eine weitere Ausführung analoger Kraftmessgeräte sind die sogenannten Federwaagen, die dem einen oder anderen womöglich noch aus dem Physikunterricht in der Schule bekannt sind. Sie bestehen aus zwei zylindrischen, koaxial angeordneten und skalierten Gehäusehälften. Eine innenliegende Spiralfeder wird beim Messvorgang auf Zug beansprucht; das Maß ihrer Längenänderung wird zur Kraftmessung herangezogen.

Digitale Kraftmessgeräte basieren auf elektronischen Kraftmesszellen. Ein Sensorelement aus Metall wird nur minimal verformt und die geringe Maßänderung des Verformungskörpers von einem hochempfindlichen Dehnungsmessstreifen (DMS) erfasst. Die Messwertanzeige erfolgt über eine digitale Flüssigkristallanzeige (LC-Display), die zusätzlich zu den numerischen Werten grafisch unterstützt sein kann, beispielsweise mit einer quasi-analogen Bargraph-Anzeige, um schnelle Messwertänderungen besser erfassen zu können. Digitale Kraftmessgeräte besitzen eine hohe Anzeigeauflösung und verfügen oft über weitere, komfortable Funktionen wie Minimal- und Maximalwerterfassung, programmierbare Alarme bei Über- oder Unterschreitung vordefinierter Kräfte, Messwertspeicher, Displaybeleuchtung und Schnittstellen zur Anbindung an ein Messwerterfassungssystem. Geräte mit Anschlussmöglichkeit für externe Messsensoren erlauben zudem eine Anpassung an viele verschiedene Messaufgaben.  

Handkraftmessgeräte dienen – wie der Name bereits erahnen lässt – der Erfassung und Beurteilung der Handkraft, zum Beispiel von Patienten und Sportlern. Zwei federbelastete Gehäusehälften werden vom Anwender zusammengedrückt, die erreichte Kraft wird digital erfasst und angezeigt. Austauschbare Federsätze erlauben eine Anpassung an verschiedene Handgriff-Kräfte. Sie werden unter anderem für Rehabilitationszwecke, in der Sportmedizin und für das Training eingesetzt.

Kraftmessgeräte für Drehmomente erfassen rotatorische, anstelle linearer Kräfte. Sie erlauben sowohl Voreinstellungen als auch Überprüfungen von Drehmoment-Werkzeugen wie Schraubendrehern und kraftbetriebenen Schraubern. 

Kaufkriterien für Kraftmessgeräte – Worauf kommt es an?

Kaufkriterien für Kraftmessgeräte – Worauf kommt es an?

Erstes Kriterium ist der benötigte Messbereich. Nicht nur muss das Gerät in der Lage sein, die Messgröße quantitativ zu erfassen, die erforderliche Genauigkeit und Auflösung sind ebenfalls zu berücksichtigen.

Analoge Kraftmessgeräte mit Messuhr eignen sich für einfachere Messzwecke, wenn keine besonders hohen Genauigkeiten gefordert sind. Ihre Analogskala erlaubt eine gute Beobachtung von sich ändernden Kräften und eine schnelle visuelle Erfassung des ungefähren Messwerts. Nachteilig ist, dass sie zwar in der Regel sowohl Zug- als auch Druckkräfte messen können, hierzu jedoch komplett um 180 Grad gedreht werden müssen. Für Messungen abwechselnder Zug- und Druckkräfte kommen sie daher nicht in Betracht. Da sie robust, einfach zu bedienen und relativ preisgünstig sind, eignen sie sich gut für schnelle Überprüfungsarbeiten.

Digitale Kraftmessgeräte

Digitale Kraftmessgeräte liefern akkurate und eindeutig ablesbare Messwerte. Ihr erweiterter Funktionsumfang macht sie nahezu universell einsetzbar. Zug- und Druckkräfte messen sie ohne notwendige Umschaltung oder ein Umdrehen des Gerätes standardmäßig. Sollen Messdaten erfasst und ausgewertet beziehungsweise teilautomatisierte Testabläufe durchgeführt werden, ist es wichtig, dass das Kraftmessgerät über entsprechende Schnittstellen verfügt. Neben der weit verbreiteten USB-Schnittstelle finden sich im professionellen Segment auch RS-232-Schnittstellen. Digitale Kraftmessgeräte bieten zudem den Vorteil, dass – im Gegensatz zu mechanischen Kraftmessgeräten und allen voran Federwaagen – praktisch keine mechanische Stauchung oder Dehnung der Messzelle stattfindet. Ihre Nennmesswege liegen zumeist im Bereich von lediglich 0,1 – 0,3 mm, was für die meisten Einsatzzwecke sehr vorteilhaft ist.

Vor allem gewerbliche Verwender müssen ihre Messgeräte in regelmäßigen Abständen kalibrieren. Es empfiehlt sich daher bereits im Vorfeld darauf zu achten, dass das in Betracht gezogene Kraftmessgerät überhaupt nach der entsprechenden Kalibriernorm – beispielsweise ISO – kalibrierfähig ist. Eine gute Bedienergonomie ist vorteilhaft, ebenso ein gut ablesbares, möglichst beleuchtetes Display, das in hellen und dunklen Umgebungen eine kontrastreiche Darstellung liefert.

Guter Service ist ebenfalls wichtig. Die wenigsten professionellen Anwender können längere Zeit auf ein oft benötigtes Labor-Messgerät verzichten, wenn eine Reparatur oder Kalibrierung ansteht. Bekannte Hersteller unterhalten in aller Regel Servicecenter, die derartige Dienstleistungen rasch und zuverlässig erledigen.   

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Kraftmessgeräten

Bei Kraftmessgeräten wird standardmäßig immer die Einheit Newton (N) verwendet, warum nicht Gramm oder Kilogramm?

Zwar entsprechen 10 N annähernd der Gewichtskraft von 1 kg, genau genommen sind es 9,81 N, jedoch ist die Einheit der Kraft eine Konstante, während die Gewichtskraft in Kilogramm in direkter Abhängigkeit zum jeweiligen Schwerefeld steht. Auf dem Mond würde beispielsweise ein Objekt, das auf der Erde 1 kg wiegt, nur noch rund 0,17 kg auf die Waage bringen. Die Masse bleibt jedoch stets und überall die gleiche. 1 Newton bezeichnet die Kraft, die notwendig ist, um einen Körper mit der Masse von 1 kg pro Sekunde linear um 1 m/s zu beschleunigen.

Eignen sich Kraftmessgeräte auch zum Wiegen?

Die meisten digitalen Kraftmessgeräte lassen sich von der Einheit N auf kg umschalten. Mechanisch anzeigende Kraftmessgeräte und Federwaagen besitzen oft eine duale Skala, auf der Newton- und Kilogramm-Werte aufgedruckt sind. Für sehr langsame Gewichtsänderungen sind sie jedoch nicht geeignet, zum Beispiel bei langsamem Verdunsten von Wasser oder dem Herauströpfeln aus einem Behälter.

Sind digitale Kraftmessgeräte für Langzeitmessungen geeignet?

Kraftmessgeräte sind nicht für dauerhafte Messungen geeignet und konstruiert, sondern für Einzel- und Wiederholungsmessungen. Zudem unterdrückt eine interne digitale Stabilitätskompensation zwar unerwünschte Messwertschwankungen, führt aber eben auch dazu, dass sehr langsam ablaufende Kraft- oder Gewichtsänderungen zu Fehlanzeigen führen können. 

Fazit: So kaufen Sie das geeignete Kraftmessgerät

Fazit: So kaufen Sie das geeignete Kraftmessgerät

Wenn das Kraftmessgerät mobil eingesetzt wird, sorgt ein passender Transportkoffer für Messgerät und Zubehör für Ordnung und Schutz. Bei längeren Messreihen ist es bei digitalen Kraftmessgeräten wichtig, dass eine Stromversorgung über ein externes Netzteil erfolgen kann. Geräte mit Akkupacks oder der Möglichkeit, Akkus anstelle normaler Batterien verwenden und im Gerät laden zu können, ersparen bei häufiger Verwendung teure Nachkäufe von Batterien sowie ständige Wechsel.    

Bei digitalen Kraftmessgeräten ist eine zusätzliche Messbalken-Anzeige (Bargraph) im Display hilfreich, wenn sich rasch ändernde Messwerte erfasst werden sollen.

Ist ein Kalibrierprotokoll erforderlich, ist es sinnvoll, diese Option gleich beim Kauf mit zu bestellen. Das spart Zeit, da Sie das neu erworbene Gerät nicht sofort wieder an ein Kalibrierlabor senden müssen, und ist meist sogar kostengünstiger als eine nachträgliche Kalibrierung.

Für reine Schulungszwecke bieten sich bei manchen Anwendungen einfache Federwaagen an. Ihr ansonsten eher nachteiliger, besonders langer Messweg sorgt beispielsweise im Unterricht für eine weithin erkennbare und ungefähre Anzeige der aufgewendeten Kraft, ohne dass hierzu die Skalierung selbst abgelesen werden muss.

Bei größeren Kräften, wiederkehrenden Messungen, die unter gleichen Bedingungen stattfinden sollen, sowie bei Kraft-Weg-Messungen ist der Einsatz von manuellen oder motorisierten Kraft-Prüfständen empfehlenswert. Viele Handmessgeräte bieten zu einer derartigen Integration eine Befestigungsmöglichkeit über Gewindebuchsen auf der Gehäuserückseite. Entsprechende Prüfstände, sowohl für Zug- als auch für Druckkraftmessungen, finden Sie ebenfalls in unserem Shop.

Führen Sie des Öfteren handgehaltene Messungen in verschiedenen Richtungen durch, sind digitale Kraftmessgeräte mit automatischer Displayumkehr praktisch. Sie ersparen ein laufendes manuelles Umschalten der Displayanzeige; der Displayinhalt bleibt stets korrekt lesbar und steht nicht „auf dem Kopf“.

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