Kraft Druck Temperatur Schalten Service
Force Pressure Temperature Switch Service
Betriebsanleitung
Operating manual
BD_BE_982
F1301/F13C1
Druckkraftaufnehmer mit integriertem
Verstärker
Compression force transducer with
integrated amplifier
Betriebsanleitung/Operating manual
F1301/F13C1
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Inhalt/Content
1 SICHERHEITSHINWEIS ............................................................................. 5
1.1 BESTIMMUNGSGEMÄßER GEBRAUCH ............................................. 5
1.2 ALLGEMEINE GEFAHREN BEI NICHTBEACHTEN DER
SICHERHEITSHINWEISE ........................................................................... 5
1.3 RESTGEFAHREN ............................................................................ 5
1.4 VERBOT VON EIGENMÄCHTIGEN UMBAUTEN UND VERÄNDERUNGEN . 6
1.5 QUALIFIZIERTES PERSONAL .......................................................... 6
1.6 BEDINGUNGEN AM BETRIEBSORT ................................................... 6
1.7 WARTUNG .................................................................................... 6
1.8 UNFALLVERHÜTUNG ...................................................................... 6
2 LIEFERUMFANG ........................................................................................ 7
3 EINSATZBEREICH UND ANWENDUNGSHINWEISE ............................... 7
4 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE ............................................................ 7
4.1 MESSELEMENT ............................................................................. 7
4.2 MESSVORGANG UND AUSGANGSSIGNAL ......................................... 8
5 BEDINGUNGEN AM EINSATZORT ........................................................... 8
5.1 UMGEBUNGSTEMPERATUR ............................................................ 8
5.2 FEUCHTIGKEITS- UND KORROSIONSSCHUTZ ................................... 8
5.3 ABLAGERUNGEN ........................................................................... 8
6 MECHANISCHE EINBAUBEDINGUNGEN VON
DRUCKKRAFTAUFNEHMERN ......................................................................... 8
6.1 VORKEHRUNGEN BEI DER MONTAGE .............................................. 8
6.2 ALLGEMEINE EINBAURICHTLINIEN .................................................. 9
7 KURZBESCHREIBUNG SIL-3 ELEKTRONIK ......................................... 11
8 ELEKTRISCHER ANSCHLUSS ................................................................ 12
AUSGANG 4..20MA (2-LEITERTECHNIK) ................................................. 13
AUSGANG 0...10V (3-LEITERTECHNIK) ................................................... 13
9 TECHNISCHE DATEN .............................................................................. 16
10 ZUBEHÖR ............................................................................................. 17
10.1 ZUBEHÖRKABEL ...................................................................... 17
11 KONFORMITÄTSERKLÄRUNG ........................................................... 18
D
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1 SAFETY NOTE .......................................................................................... 20
1.1 USE FOR INTENDED PURPOSE ...................................................... 20
1.2 GENERAL DANGERS IF THE SAFETY INSTRUCTIONS ARE NOT
FOLLOWED ........................................................................................... 20
1.3 RESIDUAL DANGERS .................................................................... 20
1.4 BAN ON UNAUTHORISED CHANGES AND MODIFICATIONS ................ 21
1.5 QUALIFIED STAFF ........................................................................ 21
1.6 OPERATING LOCATION CONDITIONS .............................................. 21
1.7 MAINTENANCE ............................................................................ 21
1.8 ACCIDENT PREVENTION ............................................................... 21
2 SCOPE OF DELIVERY ............................................................................. 22
3 DEPLOYMENT AREAS AND USAGE INSTRUCTIONS .......................... 22
4 DESIGN AND METHOD OF OPERATION ............................................... 22
4.1 MEASURING ELEMENT ................................................................. 22
4.2 MEASURING PROCEDURE AND OUTPUT SIGNAL ............................. 23
5 DEPLOYMENT LOCATION CONDITIONS .............................................. 23
5.1 AMBIENT TEMPERATURE .............................................................. 23
5.2 MOISTURE AND CORROSION PROTECTION ..................................... 23
5.3 DEPOSITS ................................................................................... 23
6 MECHANICAL INSTALLATION CONDITIONS OF FORCE
TRANSDUCERS .............................................................................................. 24
6.1 PRECAUTIONS TO TAKE DURING ASSEMBLY .................................. 24
6.2 GENERAL INSTALLATION GUIDELINES ................................ ........... 25
7 BRIEF DESCRIPTION SIL-3 ..................................................................... 26
8 ELECTRICAL CONNECTION ................................................................... 27
OUTPUT SIGNAL 4..20MA (2-WIRE) ........................................................ 28
OUTPUT SIGNAL 0...10V (3-WIRE) .......................................................... 28
9 TECHNICAL DATA ................................................................................... 30
10 ACCESSORIES ..................................................................................... 31
10.1 ACCESSORY CABLES ............................................................... 31
11 DECLARATION OF CONFORMITY ...................................................... 32
GB
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ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
für den Fall der Patenterteilung, Gebrauchsmuster- oder
Geschmacksmustereintragung vorbehalten.
Alle Warenzeichen und eingetragenen Warenzeichen sind Eigentum der jeweiligen
Inhaber. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen,
Warenbezeichnungen usw. in diesem Dokument berechtigt auch ohne besondere
Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der
Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und
daher von jedermann benutzt werden dürfen.
D
Betriebsanleitung/Operating manual
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1 Sicherheitshinweis
1.1 Bestimmungsgemäßer Gebrauch
Die Kraftaufnehmer der Baureihen F1301/F13C1 sind für das Messen
statischer und dynamischer Druckkräfte vorgesehen. Diese Geräte sind
gemäß den Sicherheits-bestimmungen für elektronische Messgeräte
gebaut und geprüft. Jeder darüber hinausgehende Gebrauch gilt als
nicht bestimmungsgemäß.
Die einwandfreie Funktion und Betriebessicherheit der Aufnehmer kann
nur bei Einhaltung der Angaben in der Betriebsanleitung garantiert
werden. Bei der Verwendung sind zusätzlich die für den jeweiligen
Anwendungsfall erforderlichen Rechts- und Sicherheitsvorschriften zu
beachten (z.B. VDE 0100). Sinngemäß gilt dies auch bei Verwendung
von Zubehör.
Der Aufnehmer ist kein Sicherheitselement im Sinne des bestimmungsgemäßen Gebrauchs. Der einwandfreie und sichere Betrieb dieses
Aufnehmers setzt sachgemäßen Transport, fachgerechte Lagerung,
Aufstellung und Montage sowie sorgfältige Bedienung und Instandhaltung voraus.
1.2 Allgemeine Gefahren bei Nichtbeachten der
Sicherheitshinweise
Die Kraftaufnehmer von tecsis entsprechen dem Stand der Technik und
sind betriebssicher. Von den Aufnehmern können Restgefahren
ausgehen, wenn sie unsachgemäß eingesetzt oder bedient werden.
Jede Person, die mit Aufstellung, Inbetriebnahme, Wartung oder
Reparatur eines Kraftaufnehmers beauftragt ist, muss die Betriebsanleitung und insbesondere die sicherheitstechnischen Hinweise
gelesen und verstanden haben.
1.3 Restgefahren
Der Leistungs- und Lieferumfang des Aufnehmers deckt nur einen
Teilbereich der Kraftmesstechnik ab. Sicherheits-technische Belange
der Kraftmesstechnik sind zusätzlich vom Anlagenplaner / Ausrüster /
Betreiber so zu planen und zu realisieren, dass Restgefahren minimiert
werden. Jeweils existierende Vorschriften sind zu beachten. Auf
Restgefahren im Zusammenhang mit der Kraftmesstechnik ist
hinzuweisen.
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Folgende Symbole kommen in dieser Betriebsanleitung zur Anwendung:
! Gefahr
Hinweis
1.4 Verbot von eigenmächtigen Umbauten und Veränderungen
Der Aufnehmer darf ohne die ausdrückliche Zustimmung von tecsis
weder konstruktiv noch sicherheitstechnisch verändert oder geöffnet
werden. Jede Veränderung schließt eine Haftung unsererseits für
daraus resultierende Schäden aus.
1.5 Qualifiziertes Personal
Diese Aufnehmer sind nur von qualifiziertem Personal ausschließlich
entsprechend der technischen Daten in Zusammenhang mit den
nachstehend ausgeführten Sicherheits-bestimmungen und Vorschriften
einzusetzen. Hierbei sind zusätzlich die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Rechts- und Sicherheitsvorschriften zu beachten.
Sinngemäß gilt dies auch bei Verwendung von Zubehör.
Qualifiziertes Personal sind Personen, die mit Aufstellung, Montage,
Inbetriebsetzung und Betrieb des Produktes vertraut sind und die über
die ihrer Tätigkeit entsprechende Qualifikationen verfügen.
1.6 Bedingungen am Betriebsort
Schützen Sie den Aufnehmer vor mechanischer und elektrischer
Beschädigung.
1.7 Wartung
Der Kraftaufnehmer der Baureihen F1301/F13C1 sind wartungsfrei.
Bei Schweißarbeiten ist der Aufnehmer mit einer Kupferlitze
(min. 50 mm2) zu überbrücken, damit keine Schweißströme über den
Aufnehmer fließen und die Krafteinleitungspunkte verschweißen.
1.8 Unfallverhütung
Obwohl die angegebene Nennkraft im Zerstörungsbereich ein
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Mehrfaches vom Messbereichsendwert beträgt, müssen die
einschlägigen Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften berücksichtigt werden.
2 Lieferumfang
Scherstab, Betriebsanleitung
3 Einsatzbereich und Anwendungshinweise
Die Aufnehmer sind für das Messen statischer und dynamischer Zugund / oder Druckkräfte vorgesehen. Aufgrund der sehr kleinen Abmessungen ist der Einsatz auch bei wenig Einbauraum möglich.
Die Kraftaufnehmer sind für raue Umweltbedingungen und harte
Anforderungen im Einsatz geeignet. Sie sind wartungsfrei und können
auch an schwer zugänglichen Stellen eingebaut werden. Durch die
Vielfalt an Ausgangssignalen passen sich tecsis Kraftaufnehmer an
viele Einsatzbedingungen an.
Als Präzisions-Messgeräte verlangen die Aufnehmer beim Transport
und der Montage eine sorgfältige Handhabung. Laststöße (z.B.
Aufschlag auf harten Untergrund) können auch im Messbetrieb zu
unerwarteter Überlastung mit bleibenden Schäden führen.
Die Grenzen für die zulässigen mechanischen, thermischen und
elektrischen Beanspruchungen sind in den „Technischen Daten“
aufgeführt. Sie müssen unbedingt eingehalten werden.
4 Aufbau und Wirkungsweise
4.1 Messelement
Seit relativ kurzer Zeit gibt es eine innovative Fertigungsmöglichkeit für
Sensoren nach dem DMS-Prinzip. Hier wird nicht mit geätzten FolienDehnungsmessstreifen gearbeitet. Die gesamte Wheatstonebrücke mit
den notwendigen Abgleichwiderständen und Temperaturkompensation
wird in einem Dünnfilmverfahren auf einem metallischen, topfförmigen
Körper realisiert. Dieser Dünnfilmsensor wird nun mit Hilfe eines
Laserschweißverfahrens in eine entsprechend geformte Messfeder
eingeschweißt. Die Kraft wird über eine ballige Krafteinleitung
eingeleitet. Der Dünnfilmsensor und die optionale Elektronik werden
gegen Feuchtigkeit und Staub abgedichtet.
!
Betriebsanleitung/Operating manual
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4.2 Messvorgang und Ausgangssignal
Durch die in Messrichtung wirkende Kraft wird die Messfeder elastisch
verformt und damit auch die eingeschweißte Dünnfilmzelle.
Diese Verformung erzeugt eine Widerstandsänderung der einzelnen
Brückenwiderstände. Wird die Messbrücke nun mit einer Speisespannung versorgt, erhält man am Brückenausgang ein zur Kraft
proportionales Messsignal. Dieses Signal kann entweder direkt
ausgegeben (c=2 mV/V) oder mit Hilfe von integrierten Verstärkern als
normiertes 4-20mA oder 0-10V Ausgangssignal bereitgestellt werden.
5 Bedingungen am Einsatzort
5.1 Umgebungstemperatur
Für den Einsatz gilt der im Datenblatt angegebene Temperaturbereich
von -20°C bis +80°C. Außerhalb dieses Temperaturbereichs sind die
spezifizierten Fehlergrenzen nicht garantiert.
Temperaturgradienten im Kraftaufnehmer müssen möglichst vermieden
werden. Einseitige bzw. lokale Erwärmung des Kraftaufnehmers kann
zu großen Messfehlern führen.
Die im Datenblatt angegebenen Temperaturfehler beziehen sich
immer auf die gesamte Messeinrichtung bis zum Stecker oder
Kabelende (inklusive integriertem Verstärker).
5.2 Feuchtigkeits- und Korrosionsschutz
Durch die Schutzart IP67 nach EN 60529:1991+A1:2000 / IEC 529
stellen tropisches Klima und Kondenswasserbildung kein Problem dar.
Die Messfeder ist vollständig aus nichtrostendem Stahl hergestellt.
Das Verstärkergehäuse mit Steckeranschluss besteht aus Aluminium.
Die Ausführung der Zubehörkabel entspricht ebenfalls der Schutzart
IP67.
5.3 Ablagerungen
Staub, Schmutz und sonstige Gegenstände dürfen sich nicht so
Ablagern, dass sie einen Kraftnebenschluss zur Messfeder bilden, da
dadurch das Messsignal verfälscht wird.
6 Mechanische Einbaubedingungen von Druckkraftaufnehmern
6.1 Vorkehrungen bei der Montage
Betriebsanleitung/Operating manual
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Kraftmesseinrichtungen sind empfindliche Messgeräte und
entsprechend sorgsam zu behandeln.
Beim Einbau der Kraftaufnehmer ist auf die Einbaulage und damit auf
die Belastungsrichtung zu achten.
Torsionsmomente, außermittige Belastungen und Querkräfte
verursachen Messfehler und können den Aufnehmer bleibend
schädigen.
Bei der Montage ist deshalb darauf zu achten, dass der Aufnehmer
von Querkräften und Torsion frei gehalten wird (z.B. beim
Festziehen der Kontermuttern).
Eine Überlastung ist zu jeder Zeit auszuschließen.
Das Ausgangssignal (2mV/V, 4...20mA, 0...10V) ist auf dem
Typenschild vermerkt. Die Belegung des Anschlusse ist ebenfalls
auf dem Typenschild und im Abschnitt „Elektrischer Anschluss” zu
finden. Es ist stets auf die richtige Polung zu achten.
Abbildung 1 Typenschild
Type Baureihe
Signal
Hilfsenergie
S# Fabrik-Nr.
UB+ Anschlussbelegung – Versorgung +
0V/S- Anschlussbelegung – Versorgung - / Signal S+ Anschlussbelegung – Signal +
UR+, UR- Versorgung Relias
6.2 Allgemeine Einbaurichtlinien
Auf den Kraftaufnehmer sollten die Lasten möglichst genau in
Lastrichtung wirken.
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Druckkräfte werden bei der Baureihe F1301/F13C1 über ein
balligen Druckknopf eingeleitet.
Abbildung 2 Maße
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7 Kurzbeschreibung SIL-3 Elektronik
Verstärker-Elektronik 4...20mA bzw. 0...10V
für SIL-3 Anwendungen mit 2-kanaliger Rechnersteuerung
(Zulassung durch TÜV Süddeutschland)
Bei Kraftaufnehmern, die auf Dehnungsmessstreifen basieren, werden
vier veränderliche Widerstände (R1...R4) zu einer Wheatstone-Brücke
zusammengeschaltet. Bei Verformung des Messkörpers werden die
jeweils gegenüberliegenden Widerstände in gleicher Weise gedehnt
bzw. gestaucht. Dies führt zu einer Verstimmung der Brücke und einer
Diagonalspannung U0.
Wichtig im Zusammenhang mit der Überprüfung der nachfolgenden
Verstärkerschaltung und der nachfolgenden Signalwege ist nun der
Prüf-Widerstand R7 (Abb.). Dieser wird über den Relaiskontakt (a)
parallel zum Widerstand R5 geschaltet, sobald die Erregerspannung Ur
des Relais A anliegt.
a
R5
R6
R4
R3
R2
R1
A
Ur
R7
Ub
U0
Abbildung 3 Schaltchema der SIL Elektronik
Variante
kN
Maße (mm)
ØA
-0,2
B D ØG H J R ØS
-0,1
T
ØU
-0,1
L
M
10
50
27
8,5
42
4xM5
13
60
43
10
17
19 4 20
90
48
14,5
70
4xM10
21
100
72
12,5
25
12
13
30
50
100
115
60
14,5
90
4xM12
24
160
91,5
25
32
12
3
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Die Zuschaltung des Widerstandes R7 bewirkt eine definierte, immer
gleichbleibende, Verstimmung des Nullpunktes (Diagonalspannung) der
Wheatstone-Brücke.
Eine externe, vom Kraftaufnehmer unabhängige Steuerung (aus
Sicherheitsgründen 2-kanalig) ist nun in der Lage, das Relais A zu
aktivieren und damit das Ausgangssignal des Kraftaufnehmers definiert
zu verändern. Tritt die erwartete Änderung des Ausgangssignals auf,
kann davon ausgegangen werden, dass der gesamte Signalweg von der
Wheatstone-Brücke über den Verstärker bis zum Ausgang korrekt
funktioniert. Tritt sie nicht auf, kann auf einen Fehler in diesem
Signalweg geschlossen werden.
Die Standardeinstellung der Kraftaufnehmer mit Stromausgang 4...20
mA zur Überlasterkennung ist z.B.:
3,8
4
16
20
21
Kabelbruch
Kurzschluss
[mA]
Überlastpunkt
(125% Nennlast)
Abbildung 4 Signale der SIL Elektronik
Mit einem fest eingestellten Signalhub von 4 mA wird dann in jedem
Betriebszustand bei Aktivierung des Prüfrelais der Überlastpunkt
überschritten. Die obere Messbereichsgrenze von 20 mA wird jedoch
nicht erreicht und dadurch die Überprüfung des Signalhubs ermöglicht.
8 Elektrischer Anschluss
Elektrische und magnetische Felder verursachen oft eine Einkopplung
von Störspannungen in den Messkreis. Diese Störungen gehen in erster
Linie von parallel zu den Messleitungen liegenden Starkstromleitungen
aus, aber auch von in der Nähe befindlichen Schützen oder Elektromotoren. Außerdem können Störspannungen galvanisch eingekoppelt
werden. Das geschieht insbesondere durch Erdung der Messkette an
verschiedenen Punkten, die nicht dasselbe Potential aufweisen.
Um Einkopplungen von Störungen zu vermeiden beachten
Sie bitte folgende Hinweise:
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Verwenden Sie nur abgeschirmte, kapazitätsarme Messkabel
(tecsis-Kabel, siehe Kapitel 10.1, erfüllen diese Bedingungen).
Legen Sie die Messkabel nicht parallel zu Starkstrom- und
Steuer-leitungen.
Meiden Sie Streufelder von Transformatoren sowie Motoren und
Schützen.
Aufnehmer, Verstärker und Anzeigegerät dürfen nicht mehrfach
geerdet werden. Schließen Sie alle Geräte an den gleichen
Schutzleiter an.
Die Anschlussbelegung des Steckers oder des Kabels sind dem
Typenschild zu entnehmen. Wenn nicht anders vereinbart finden
Standardmäßig folgende Belegung Anwendung.
F1301
Ausgang 4..20mA (2-Leitertechnik)
Rundsteckverbinder M12x1, 4-polig
Kabelausgang
UB+/S+
124
3
OV/S-
UB / S+
0V / S-
braun
blau
Schirm
Ausgang 0...10V (3-Leitertechnik)
Rundsteckverbinder M12x1, 4-polig
Kabelausgang
940E04
UB+
124
3
OV/S-
S+
UB
0V / S-
braun
blau
940E06
Schirm
schwarz
S+
Steckerbelegung M12x1 (4-polig) / Offenes Kabelende des tecsis
Standard-Verbindungskabels (STL 288, schwarz)
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elektrischer
Anschluss
4...20 mA (2 – Leiter)
0...10 VDC (3 – Leiter)
Pin
Anschlusskenun
g
Pin
Anschlusskennun
g
Versorgung:
UB+
1
braun
1
braun
Versorgung: 0V
3
blau 3 blau
Signal: S+
1
braun
4
schwarz
Signal: S- 3 blau 3 blau
Schirmung
Gewinde M12x1
Schirm
Gewinde M12x1
Schirm
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F13C1 SIL-3 (Option)
Analogausgang 4..20mA (2-Leitertechnik) Analogausgang 0...10V (3-Leitertechnik)
Rundsteckverbinder M12x1, 4-polig
Rundsteckverbinder M12x1, 4-polig
Steckerbelegung M12x1 (4-polig) /
Offenes Kabelende des tecsis Standard-Verbindungskabels (STL 288,
schwarz)
Der Kabelschirm ist mit der Aufnehmermasse verbunden. Bei den
Zubehörkabeln ist der Kabelschirm mit der Rändelmutter und damit
mit der Aufnehmermasse verbunden.
Grundsätzlich können die Messkabel problemlos verlängert oder
gekürzt werden. Beim Verlängern dürfen nur abgeschirmte und
kapazitätsarme Kabel verwendet werden. Dabei ist auf eine
hochwertige Verbindung auch der Abschirmung zu achten.
4...20 mA (2 – Leiter)
0...10 VDC (3 – Leiter)
Pin
Kabelende
Pin
Kabelende
Versorgung: UB+
1
braun
1
braun
Versorgung: 0V
3
blau 3 blau
Versorgung Relais:
UR
2
weiß
2
weiß
Versorgung Relais:
0V
4
schwarz
3
blau
Signal: S+
1
braun
4
schwarz
Signal: S-
3
blau 3 blau
Schirmung
Gewinde
M12x1
Schirm
Gewinde
M12x1
Schirm
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9 Technische Daten
Baureihe
F1301
F13C1
Nennkraft Fnom
10 / 20 / 30 / 50 / 100 kN
Grenzkraft
150 % F
nom
Bruchkraft
> 300 % F
nom
Zulässige Schwingbreite
+/ - 50 % F
nom
nach DIN 50100 *
Ausgangssignal
(Spanne des
Ausgangssignals: Cn)
4 … 20mA 2-Leitertechnik;
0 ... 10 V 3-Leitertechnik;
2 mV/V 4-Leitertechnik
(R Brücke 6500 )
4 … 16 mA – 2-Leitertechnik;
0 ... 7 V – 3-Leitertechnik
Komb. Fehler
< 1 % Cn
Relative Umkehrspanne
(Hysterese)
< 0,2 % Cn
Kriechen, 30 min.
bei F
nom
0,2 % Cn
Nenntemperaturbereich
-20 °C … 80 °C
Lagertemperatur
-40 °C … 80 °C
Temperatureinfluss
- Messspanne
- Nullsignal
0,2 % F
nom
/10K
0,2 % F
nom
/10K
Vibrationsbeständigkeit
20g, 100h, 50...150Hz nach
IEC68-2-6 Fc
Schutzart
IP 67 nach EN 60 529 / IEC 529
Elektrischer Anschluss
Rundsteckverbinder
M12x1, 4-polig
od. Kabelausgang
Hilfsenergie
10 ... 30 VDC (4 ... 20 mA)
12 ... 30 VDC (0 ... 10 V)
2 ... 10 VDC (mV/V)
Stromaufnahme
Stromausgang: 4 … 20 mA:
Signalstrom
Spannungsausgang: < 10mA
Stromausgang: Signalstrom;
Spannungsausgang
ca. 8 mA
Bürde
≤ (UB–6V)/0,024 A für
Ausgang 4...20 mA
Einstellzeit
≤ 1 ms
(innerhalb 10 % bis 90 % F
nom
)
≤ 5 ms
(innerhalb 10 %-90 % F
nom
)
Störemission
nach EN 61326
Störfestigkeit
nach EN 61326
elektrische Schutzarten
Verpolungs-, Überspannungs- und Kurzschlussschutz
Messelement aus rostfreiem Stahl
* d.h. bei höherer Belastung nächste Laststufe einsetzen
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10 Zubehör
10.1 Zubehörkabel
Kabeldose
M12x1 Stecker
2m
5m
10m
Variante
4 polig mit Kabel
EZE53X011010
EZE53X011012
EZE53X011016
gerade
EZE53X011011
EZE53X011046
EZE53X011017
abgewinkelt
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11 Konformitätserklärung
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assumption even when there is no special distinguishing
feature that such names in the sense of the trade marks
and protection of registered trade marks legislation can be
considered as free and therefore can be used by anybody.
GB
Betriebsanleitung/Operating manual
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1 Safety note
1.1 Use for intended purpose
The force transducers in model series F1301/F13C1 are intended for
the measurement of static and dynamic compression force. These
devices have been constructed and tested in accordance with the safety
regulations for electronic measuring equipment. Any other usage is
deemed to be incorrect. The transducers can only be guaranteed to
operate correctly and safely if the information in the operating
instructions is complied with. The legal and safety regulations that apply
to the respective application must also be observed during use (e.g.
VDE 0100). This also applies to the use of accessories.
The transducer is not intended to be used a safety element. The correct
and safe operation of this transducer depends on correct transportation
and proper storage, installation and assembly and careful operation and
maintenance.
1.2 General dangers if the safety instructions are not followed
Force transducers made by tecsis are manufactured in accordance with
the latest state of technology and are safe during operation. However,
the transducers can be the source of residual danger if they are used or
operated improperly.
Any person who is entrusted to install, start up, maintain or repair a
force transducer must have read and understood the operating
instructions, particularly the technical safety instructions.
1.3 Residual dangers
The performance and scope of delivery of the transducer only cover a
sub-area of force measuring technology. The technical safety aspects of
force measuring technology must also be planned and implemented by
the system planner / equipper / operator in such a way that residual
dangers are minimised. The existing regulations must be complied with.
Residual dangers associated with force measuring technology must be
pointed out.
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The following symbols are used in these operating instructions:
! Danger
Note
1.4 Ban on unauthorised changes and modifications
The transducer must not be modified from a structural or technical
safety point of view or opened without the express permission of tecsis.
Any modifications cancel our liability for any resulting damage.
1.5 Qualified staff
These transducers must only be used by qualified staff in accordance
with the technical data in connection with the safety requirements and
regulations mentioned in the following. The legal and safety requirements for the respective application must also be observed.
This also applies to the use of accessories.
Qualified staff are persons who are familiar with the installation,
assembly, start-up and operation of the product and have the
qualifications to carry out their work.
1.6 Operating location conditions
The transducers must be protected from mechanical and electrical
damage.
1.7 Maintenance
The force transducers in the F1301/F13C1 model series are
maintenance-free. During welding work the transducer must be
bypassed with a copper wire (min. 50 mm2) so that welding current does
not flow through the transducer and weld the force introduction points.
1.8 Accident prevention
!
Although the specified nominal force in the destruction range
is a multiple of the measuring range limit, the relevant accident
prevention regulations of the employer’s liability insurance
association must be taken into consideration.
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2 Scope of delivery
Shere beam force transducer, operating manual
3 Deployment areas and usage instructions
The transducers are intended for measuring static and dynamic
compression force. Because of their extremely small dimensions, the
transducers can also be used in situations where little space is
available. The force transducers are suitable for harsh environmental
conditions and tough operational demands. They are maintenance free
and can also be installed in locations that are difficult to access. The
wide range of output signals allows tecsis force transducers to be
adapted to many difference usage conditions.
As precision measuring devices, the transducers must be handled with
care during transportation and assembly. Shocks (e.g. colliding with a
hard surface) can also cause unexpected overloading during measuring
operation, causing permanent damage.
The limits for the permitted mechanical, thermal and electrical
loads are listed in the “technical data”. These must be complied
with.
4 Design and method of operation
4.1 Measuring element
Innovative transducer manufacturing methods using the DMS principle
have recently been developed. Etched wire strain gauges are not used
in this case. The entire Wheatstone bridge with the necessary
equalisation resistances and temperature compensation is realised
using a thin-film method on a metallic, pot-shaped body. This thin-film
sensor is then welded into in an appropriately shaped measuring spring
with the aid of a laser welding method. The force is introduced into the
force transducer via load introduction bot. The thin-film sensor and the
optional electronics are sealed against moisture and dust.
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4.2 Measuring procedure and output signal
The force acting in the measuring direction causes the measuring spring
to become elastically deformed and therefore also the welded-in thinfilm cell. This deformation generates a resistance change in the
individual bridge resistors. If the measuring bridge is now supplied with a
feed voltage, a measuring signal that is proportional to the force occurs
at the bridge output. This signal can either be output directly (c=2 mV/V)
or supplied as a standardised 4-20mA or 0-10V output signal with the
aid of integrated amplifiers.
5 Deployment location conditions
5.1 Ambient temperature
The temperature range of -20°C to +80°C that is specified in the data
sheet applies with regard to deployment. The specified error limits are
not guaranteed outside this temperature range.
Temperature gradients in the force transducer must be avoided if
possible. One-sided or local heating of the force transducer can cause
large measuring errors.
The temperature errors specified in the data sheet always relate to the
entire measuring device up to the plug or the end of the cable
(including the integrated amplifier).
5.2 Moisture and corrosion protection
Tropical climates and condensation are not a problem because the
transducers comply with protection class IP 67 in accordance with
EN 60529:1991+A1:2000 / IEC 529.
The entire measuring spring is made from stainless steel. The amplifier
casing with plug connection is made from aluminium. The design of the
accessory cable also complies with protection class IP 67.
5.3 Deposits
Dust, dirt and other object must not be allowed to form deposits in such
a way that they create a force short-circuit to the measuring spring,
which would falsify the measuring signal.
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6 Mechanical installation conditions of force transducers
6.1 Precautions to take during assembly
Force measuring equipment is extremely sensitive and must be
handled carefully.
Attention must be paid to the installation position and therefore the load
direction when the force transducers are being installed.
Torsional moments, off-centre loads and lateral loads cause
measuring errors and can permanently damage the transducers.
Care must therefore be taken to keep the transducer free of lateral
loads and torsion during assembly (e.g. when tightening the lock
nuts).
Overloading must be prevented at all times.
The output signal (2mV/V, 4...20mA, 0...10V) is noted on the name
plate (Fig. 3). The connection assignments are also noted on the
name plate and can also be found in the section entitled “Electrical
connection”. The polarity must be correct at all times.
Fig. 1 label
Type Model
Signal
Power suply
S# Product no.
UB+ Pin assignment – power supply +
0V/S- Pin assignment – power supply - / signal S+ Pin assignment – signal +
UR+, UR- Pin assignment – power supply Relay
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6.2 General installation guidelines
The loads acting upon the force transducer must be as exact as
possible in the load direction.
Torsion and lateral force must be avoided.
Compression force is introduced via a spheric load introduction
button.
Fig. 5 Dimensions
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7 Brief description SIL-3
Amplifier-Electronics 4...20mA or 0...10V for SIL-3 applications with 2channel PC control (Certified by TÜV Süddeutschland, Germany)
Force Transducers, which are based on strain gauges, are working with
four variable resistors (R1...R4) connected to a Wheatstone Bridge.
Caused by deformation of the body the respective opposite resistors are
lengthened or compressed in the same way. This results in an
unbalanced bridge and a diagonal voltage U0.
This well proven design has been amended by an additional resistor R7
in order to monitor the condition of the amplifier unit and signal path.
This resistor is connected as a shunt to resistor R5 by a relay contact (a)
as soon as an excitation voltage Ur appears at relay A.
a
R5
R6
R4
R3
R2
R1
A
Ur
R7
Ub
U0
Fig. 2 proncipal circuit
The connection of resistor R7 will always result in a defined unbalancing
of the zero point (diagonal voltage) of the Wheatstone Bridge.
Variante
kN
Maße (mm)
ØA
-0,2
B D ØG H J R ØS
-0,1
T
ØU
-0,1
L
M
10
50
27
8,5
42
4xM5
13
60
43
10
17
19 4 20
90
48
14,5
70
4xM10
21
100
72
12,5
25
12
13
30
50
100
115
60
14,5
90
4xM12
24
160
91,5
25
32
12
3
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An external independent control unit activates relay A which changes
the output by a certain value. Because of security reasons the control
unit has to be a 2-channel one. When the expected change of the output
signal is detected it can be assumed that the whole signal path
(Wheatstone Bridge – amplifier – output) works well. If it does not
appear it can be concluded that there is a defect in the signal path.
The standard adjustment of force transducers with current output for
overload control is e.g.:
3,8
4
16
20
21
cable break
short circuit
[mA]
overload
(125% nominal load)
Fig. 3 signal SIL electronic
With activating the check relay a fixed signal jump of 4 mA will exceed
the overload limit in every working condition. The measurement’s upper
limit of 20 mA however will never be reached. This makes the checking
of the signal jump possible.
8 Electrical connection
Electrical and magnetic fields often generate interfering voltage in the
measuring circuit. This interference essentially emanates from high
voltage current running parallel to the measuring lines, but can also be
caused by contactors or electric motors operating in the vicinity.
Interfering voltage can also be introduced galvanically. This particularly
occurs in cases where the measuring chain is earthed at various points
that do not have the same potential.
To avoid the coupling in of interference, please note the following:
Always use shielded, low-capacity measuring cables (all tecsis
cables meet these requirements, see chapter 10.1).
Do not route the measuring cable parallel to high-voltage current
and control cables.
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Avoid leakage fields from transformers, motors and contactors.
The transducer, the amplifier and the display unit must not have
multiple earths. Attach all equipment to the same protective
conductor.
The plug or cable connection assignments can be found on the name
plate. Unless otherwise agreed, the following assignments are used as
standard.
F1301
Output signal 4..20mA (2-wire)
Circular connector M12x1, 4-pin
Cable outlet
UB+/S+
124
3
OV/S-
UB / S+
0V / S-
brown
blue
Output signal 0...10V (3-wire)
Circular connector M12x1, 4-pin
Cable outlet
940E04
UB+
124
3
OV/S-
S+
UB
0V / S-
brown
blue
940E06
screen
black
S+
Pin configuration M12x1 (4-pin) /
Open cable outlet of the tecsis standard connection cable (STL 288,
black)
Electrical
connection
4...20 mA (2 – wire)
0...10 VDC (3 – wire)
Pin
Cable outlet
Pin
Cable outlet
Supply: UB+
1
brown
1
brown
Supply: 0V
3
blue
3
blue
Signal: S+
1
brown
4
black
Signal: S- 3 blue
3
blue
thread M12x1
screen
thread M12x1
screen
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F13C1 SIL-3 (Option)
Output signal 4..20mA (2-wire) Output signal 0...10V (3-wire)
Circular connector M12x1, 4-pin
Circular connector M12x1, 4-pin
Pin configuration M12x1 (4-pin) /
Open cable outlet of the tecsis standard connection cable (STL 288,
black)
The cable shield is connected to the earth of the transducer. The
shield of the accessory cables is connected to the knurled nut and
therefore the transducer earth.
The earth cables can be extended or shortened without problems.
Only shielded and low-capacity cables must be used for extending.
The shield must also be properly connected.
Electrical
connection
4...20 mA (2 – wire)
0...10 VDC (3 – wire)
Pin
Cable outlet
Pin
Cable outlet
Supply: (UB+)
1
brown
1
brown
Supply: (0V)
3
blue
3
blue
Supply Relay: (UR)
2
white
2
white
Supply Relay: (0V)
4
black
3
blue
Signal: (+)
1
brown
4
black
Signal: (-) 3 blue
3
blue
thread M12x1
screen
thread M12x1
screen
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9 Technical data
Measuring element made from stainless steel
* i.e. use next load level for higher load
Model series
F1301
F13C1
Nominal force Fnom
10 / 20 / 30 / 50 /100 kN
Force limit
150 % F
nom
Breaking limit
> 300 % F
nom
Permissible fluctuation
+/ - 50 % F
nom
acc. to DIN 50100 *
Output signal
(Output signal range:
Cn)
4 … 20mA 2-wire technology;
0 ... 10 V 3-wire technology;
2 mV/V 4-wire technology
(R Bridge 6500 )
4 … 16 mA – 2-Leitertechnik;
0 ... 7 V – 3-Leitertechnik
Comb. error
< 1 % Cn
Relative backlash width
(Hysteresis)
< 0.2 % Cn
Creeping, 30 min. at
F
nom
0.2 % Cn
Nominal temperature
range
-20 °C … 80 °C
Storage temperature
-40 °C … 80 °C
Temperature influence
- Meas.range
- Null signal
0.2 % F
nom
/10K
0.2 % F
nom
/10K
Vibration resistance
20g, 100h, 50...150Hz acc. to
IEC68-2-6 Fc
Protection class
IP 67 acc. to EN 60 529 / IEC 529
Electrical connection
Round connector M12x1, 4-pin
or cable output
Auxiliary power
10 ... 30 VDC (4 ... ≤ 20 mA
12 ... 30 VDC (0 ... 10 V)
2 ... 10 VDC (mV/V)
Power consumption
Current output: 4 … 20 mA:
Signal current
Voltage output: < 10mA
Current output: signal
current; Voltage output
approx. 8 mA
Burden
≤ (UB–6V)/0.024 A for
4...20 mA output
Adjusting time
≤ 1 ms
(within 10 % to 90 % F
nom
)
≤ 5 ms
(within 10% … 90% F
nom
)
Interfering emission
acc. to EN 61326
Interference immunity
acc. to EN 61326
Electrical protection
class
Reverse polarity, overvoltage and short circuit protection
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10 Accessories
10.1 Accessory cables
Cable socket,
M12x1 plug
2m
5m
10m
Variant
4-pin with cable
EZE53X011010
EZE53X011012
EZE53X011016
straight
EZE53X011011
EZE53X011046
EZE53X011017
offset
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11 Declaration of Conformity
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tecsis GmbH
Carl-Legien-Straße 40
D-63073 Offenbach am Main
Telefon: +49 69 5806-0
Telefax: +49 69 5806-170
E-Mail: kraft@tecsis.de
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