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Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 1 Mechanik und Akustik > Nachrichten aus der Abteilung 1
Forschungsnachrichten der Abteilung 1

Grundlagen der Metrologie

Metrologische Bewertung der 1 N·m Drehmoment-Normalmesseinrichtung abgeschlossen

Für sehr kleine statische Drehmomente von bis zu 1 N·m wurde in der Arbeitsgruppe Drehmoment eine Normalmesseinrichtung entwickelt, die nach dem etablierten Verfahren mit einem luftgelagerten Hebel und Belastungsmassen funktioniert. Kürzlich wurden die metrologischen Untersuchungen dieser Anlage abgeschlossen, deren Ziel darin bestand, die Einflussgrößen auf das Messergebnis zu bestimmen und die  erreichbaren Messunsicherheiten nachzuweisen.


Gravimetrische Messungen zum Einfluss der Oxidbildung auf die Massestabilität von Siliziumkugeln

Erste Ergebnisse gravimetrischer Messungen des Oxidwachstums auf Siliziumkugeln bestätigen den theoretischen Verlauf und ermöglichen es, den Einfluss der Oxidbildung auf die Massestabilität von Siliziumkugeln abzuschätzen.


Quantifizierung des dynamischen Verhaltens von Durchflussmessgeräten

Bei der Nutzung von Messgeräten steht im Allgemeinen deren statische Übertragungscharakteristik im Vordergrund, welche bestimmungsgemäß im Idealfall durch einen linearen Zusammenhang zwischen zu messender Größe und Messanzeige definiert ist. In der Realität beinhaltet dieser Zusammenhang jedoch praktisch immer auch Nichtlinearitäten und muss deshalb individuell durch Kalibrierung bestimmt werden. Zur Messung zeitlich veränderlicher Größen ‒ dazu gehört u.a. auch der Durchfluss strömender Medien, der stets zufälligen zeitlichen Schwankungen unterliegt ‒ ist deshalb die Kenntnis des dynamischen Verhaltens der entsprechenden Messgeräte notwendig, das entweder durch Verzögerungszeitkonstanten oder durch den Frequenzgang des jeweiligen Messgerätes quantitativ beschrieben wird.


Kalibriereinrichtung für Vorwärtsstreu-LDA-Systeme

Laser-Doppler-Anemometer (LDA) in Rückwärtsstreuanordnung werden in vielen Messeinrichtungen als Bezugsnormale eingesetzt. Eine alternative Kalibriermethode, die hier vorgestellt wird, erlaubt auch erstmals die Kalibrierung von LDAs in Vorwärtsstreurichtung mit kleinen Unsicherheiten.


Kleine Quellen, großer Lärm

Ultraschallgeräte wie Reinigungswannen können sehr starken Lärm verursachen. Der hochfrequente Luftultraschall wurde erstmalig auf solider metrologischer Basis bis 100 kHz gemessen und verschiedene Beurteilungsgrößen wurden quantitativ ermittelt.


Forschungsprojekt zur Rückführbarkeit für die Messgröße Schallleistung gestartet

Die Schallleistung ist die Hauptkenngröße zur Beschreibung der insgesamt von einer Quelle emittierten Menge an Schall. Im Gegensatz zu den akustischen Feldgrößen wie Schalldruck ist sie unabhängig von der Umgebung und vom Abstand zur Schallquelle. Die akustischen Eigenschaften technischer Produkte werden deshalb als Schallleistungen oder daraus abgeleiteten Größen ausgedrückt. Daher beziehen sich mehrere Europäische Direktiven wie die Maschinenrichtlinie und die Öko-Design-Richtlinie direkt auf die Schallleistung. Ein europäisches Projekt zur Rückführbarkeit der Messgröße Schallleistung startete im Juni 2013.


Reziprozitätskalibrierungen von Messmikrofonen im Diffusfeld

In der PTB ist es gelungen, Primärkalibrierungen von Diffusfeldmikrofonen in einem Modellhallraum durchzuführen.


Monte-Carlo-Simulationen der Suszeptometermethode zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Gewichtstücken

Mit einem Suszeptometer lassen sich sowohl die magnetische Volumensuszeptibilität als auch die vertikale Komponente der permanenten magnetischen Polarisation eines Gewichtstücks prüfen. Um im Rahmen von Vergleichsmessungen und Ringvergleichen die erweiterten Messunsicherheiten der magnetischen Eigenschaften angeben zu können, wurden Monte-Carlo-Simulationen der Suszeptometermethode durchgeführt.


Wärmetransport in fluidgefüllten Mikroporen

Im Jahre 1960 entdeckten die beiden US-Amerikaner Woodside und Messmer, dass ein mit Gas in seinen Poren gesättigter Sandstein die Wärme schlechter transportiert als derselbe mit einer Flüssigkeit gesättigte Stein, obwohl beide Füllfluide die gleiche Wärmeleitfähigkeit besitzen. Bisher war man der Ansicht, dass der Knudsen-Effekt dieses Phänomen verursacht. Er tritt auf in Poren, die kleiner sind als die freie Weglänge der Gasmoleküle. Eigene Messungen an Sandstein bestätigten zwar den Woodside-Messmer-Effekt, ließen jedoch Zweifel an seiner bisherigen Deutung aufkommen. Im Rahmen der kinetischen Gastheorie wurde eine neue Hypothese aufgestellt und erfolgreich an Glassieben anstelle von Sandsteinen experimentell validiert. Hierbei fand sich sogar ein bisher noch unbekannter weiterer Wärmetransporteffekt.


Neues Verfahren zur Prüfung exponentieller Sweep-Signale mit Hilfe der Hilbert-Transformation

Akustische Signale werden mit Hilfe von Schallpegelmessgeräten analysiert, wobei sogenannte Filterbänke zum Einsatz kommen. Diese müssen auf ihre Echtzeitfähigkeit hin untersucht werden. Dazu verwendet man Prüfsignale, die wiederum bestimmte Bedingungen erfüllen müssen. Ein neues Verfahren zur Prüfung von Prüfsignalen für die Echtzeitprüfung von Filtern kann helfen, falsche Prüfergebnisse zu vermeiden.


Untersuchung des dynamischen Verhaltens der 250-kN-Kraftstoß-Normalmesseinrichtung

Zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens einer 250-kN-Kraftstoß-Normalmesseinrichtung wurden experimentelle Messungen mit montiertem Kraftaufnehmer durchgeführt und die stärksten Eigenschwingungen identifiziert. Für das Beispiel eines 25 kg schweren Aufnehmers wurde das beobachtete Schwingverhalten mittels Finite-Elemente-Modellierung bestätigt. Weitere Experimente belegen, dass die Koppelresonanz des montierten Kraftaufnehmers stark von der mechanischen Adaption und den Anziehdrehmomenten abhängt.


Metrologie für die Wirtschaft

Neuentwickelte mobile Messanlage für Methanschlupf an Biogasaufbereitungsanlagen erfolgreich in Dienst gestellt

Für die Quantifizierung des Methanaustrages über den Abgasstrom einer Biogasaufbereitungsanlage wurde eine mobile Messanlage für die Durchführung von Messkampagnen erfolgreich in Dienst gestellt. Die vor Ort erfassten Messwerte der Gasanalyse- und Gasdurchflussmessung im CO2-Gasabscheiderstrom werden per Datenfernübertragung in die PTB gesendet. Mit diesen Daten und den Daten des Produktgasstromes der Biogasanlage, die mittels geeichter Messtechnik erfasst werden, kann eine Bilanzierung des  Methanschlupfes erfolgen.


Hochtemperatur-Gasdurchflussprüfstand erfolgreich in Betrieb genommen

Ein von der PTB konzipierter Gasdurchflussprüfstand für hohe Betriebstemperaturen wurde erfolgreich in Betrieb genommen und dem PTB-Kuratorium auf dessen diesjähriger Tagung vorgestellt. Der Prüfstand eignet sich für die Prüfung und Kalibrierung sowie wissenschaftliche Untersuchung von Gasdurchflussmessgeräten in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 600 °C.


Bauteilkatalog „Skelettbau“ der DIN 4109 "Schallschutz im Hochbau" überarbeitet

Im Rahmen der europäischen Harmonisierung wird zurzeit die Norm DIN 4109 "Schallschutz im Hochbau" grundlegend überarbeitet. Diese Norm enthält auch einen bauaufsichtlich eingeführten "Bauteilkatalog", der für gängige Bauweisen und Bauteile Schalldämmwerte aufführt, die ohne individuelle Prüfung zum Nachweis ausreichenden Schallschutzes verwendet werden dürfen.


Vorschläge für die Überarbeitung der Norm für die Kalibrierung von Drehmomentschlüsseln

Mit Drehmomentschlüsseln werden unter anderem Radmuttern und –schrauben am Auto angezogen, das Drehmoment ist dabei vom Hersteller des Fahrzeugs vorgegeben. Diese Schlüssel gibt es in einer auslösenden Version („Knickschlüssel“), es kommen aber auch vermehrt anzeigende Schlüssel mit einem elektronischen Display auf den Markt. Für die Kalibrierung dieser Messgeräte wird die DIN/EN/ISO 6789 verwendet, die aber einige Schwächen hinsichtlich der untersuchten Einflussfaktoren hat. Eine Messunsicherheitsberechnung fehlt gänzlich. Für die derzeit laufende Überarbeitung hat die PTB zusammen mit dem DKD Vorschläge veröffentlicht.


Wärmetransport von fluidgesättigtem Sander Sandstein

Sander Sandstein ist benannt nach seiner Herkunft, der Stadt Sand am Main. Wie andere Sandsteine auch, wird er nicht mehr nur zur Restaurierung von Gebäuden (z. B. Reichstag) verwendet, sondern auch wieder für Neubauten, gilt er doch als natürliches Baumaterial. Aufgrund seiner porösen Struktur leitet der luftgesättigte Sandstein die Wärme relativ schlecht, was Heizenergie einsparen lässt. Und obwohl Sandstein seit Jahrhunderten benutzt wird, kennt man seinen Wärmetransport nur unzureichend. Hinreichend Motivation für experimentelle Untersuchungen, die schließlich zu einem einfachen, aber präzisen Modell zur Wärmeleitung von Sandstein und anderen porösen Werkstoffen geführt haben.


Ein Sensor zur Bestimmung der Effektivität von Ultraschallreinigungsgeräten

Ultraschallreinigungsbäder sind in der Industrie und im Gewerbe seit langem weit verbreitet. Trotzdem gibt es bisher kein einheitliches Verfahren, mit dem die erzielte Reinigung von Gütern durch verschiedenen Geräte, oder auch die Reinigungswirkung eines Gerätes in verschiedenen Betriebszuständen verglichen werden kann. Die PTB hat ein Verfahren entwickelt, mit dem direkt der Abtrag von Partikeln von einer Oberfläche – also ein Reinigungsprozess – gemessen werden kann.


Metrologie für die Gesellschaft

Ursachen von Zellschädigungen im Zusammenhang mit Katarakt-Operationen zur Behandlung des grauen Stars

Nach einer Katarakt-Operation werden bei der überwiegenden Mehrzahl der Patienten Schädigungen der auf der Innenseite der Hornhaut liegenden Endothelzellen beobachtet. Die Ursachen für diese Zellschäden sind bisher nur unvollständig geklärt und können zu einer Beeinträchtigung der von diesen Zellen bewerkstelligten Hornhautdehydrierung führen. Die in diesem Fall geminderte Leistungsfähigkeit der Endothelzellen verursacht bei den betroffenen Patienten eine vorrübergehende Schwellung der Hornhaut. Bei sehr seltenen Vorbelastungen durch Vorerkrankungen oder früheren Augenoperationen besteht jedoch zudem die Gefahr einer Hornhaut-Trübung und damit einer permanenten Erblindung des Patienten. In einem interdisziplinären Forschungsprojekt mit Beteiligung von Augenärzten konnten an der PTB nun neue Erkenntnisse über die mögliche Ursache für die Zellschädigungen erzielt werden.


Untersuchungen der Effektivität von pulverbetriebenen Viehbetäubungsapparaten im Hinblick auf den Tier- und Arbeitsschutz

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist in Deutschland als Benannte Stelle für die Serienprüfung von pulverbetriebenen Viehbetäubungsapparaten (VBA) nach Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ausschließlich im Sinne des Arbeitsschutzes zuständig. Jährlich werden bis zu zehn vorgelegte Baumuster für den europäischen Markt neu oder wiederholt geprüft. Aufgrund medial thematisierter, hoher Fehlbetäubungsraten solcher VBA zur Rinderschlachtung - laut Literaturangaben zwischen 4% und 9% - sahen es das Max-Rubner-Institut für Fleischforschung (MRI) in Kulmbach und die Herstellerfirma  Schermer in Ettlingen als notwendig an, jetzt auch eine Untersuchung zur Effektivität verschiedener Apparatetypen im Sinne des Tierschutzes durchzuführen. Seit dem 1. Januar 2013 wird mit der neuen Verordnung 1099/2009 versucht, den Schutz von Tieren zum Zeitpunkt der Schlachtung zu verbessern. Die PTB unterstützt diese Bemühungen im Rahmen eines wissenschaftlichen Forschungsprojektes.


Überarbeitung des WELMEC Leitfadens 2.4 für Wägezellen

Vertreter der Waagenindustrie, von Produzenten von Wägezellen und der PTB diskutierten im Juni 2013 Vorschläge zur Anpassung des WELMEC Leitfadens 2.4 „Wägezellen“ an das im WELMEC Leitfaden 8.8 beschriebene „Modulare Konzept“.


Anerkennung von Herstellerprüfergebnissen in OIML MAA Zertifikaten

Im September 2013 fand eine Begutachtung zur Anerkennung von Herstellerprüflaboratorien im Rahmen der OIML Vereinbarung zur gegenseitigen Anerkennung von Zertifikaten (OIML MAA) auf dem Gebiet der nichtselbsttätigen Waagen statt. Die Ergebnisse der Begutachtung stimmen vorsichtig optimistisch, dass eine Aufnahme der auditierten Herstellerlaboratorien in die Liste der Prüflaboratorien für das DoMC R76 durch das zugehörige „Committee on Participation Review (CPR)“ in 2014 erfolgen kann.


Quantitative Fehleranalyse bei videobasierten VKS-Abstandsmessungen mit Präzisions-GPS-Inertialsystem bestätigt korrekte Funktionsweise eindrucksvoll

Zur videobasierten Abstands- und Geschwindigkeitsmessung von Kraftfahrzeugen kommen von der PTB zugelassene Verkehrs-Kontrollsysteme (VKS) der Fa. VIDIT zum Einsatz. In einer Gemeinschaftskooperation mit dem Zulassungsinhaber und der Fa. DTC konnte erstmalig die Messabweichung des VKS unter den Bedingungen realer Fahrmanöver bestimmt werden.


Aktuelle Untersuchungsergebnisse zur Temperaturverteilung in großen Lagertanks

Lagertanks werden neben ihrer Funktion, Flüssigkeiten zu lagern, meist auch für die Messung der eingelagerten Flüssigkeitsmenge verwendet. Die Ermittlung des Flüssigkeitsvolumens mittels Füllstandsmessung und geometrischer Fülltabellenbestimmung ist hierbei durch zahlreiche Standards und Vorschriften verhältnismäßig gut abgesichert. Auf Grund der durch die Wärmeausdehnung bedingten  Abhängigkeit dieses Volumens von der Temperatur  ist  jedoch für die Bestimmung der tatsächlichen Flüssigkeitsmenge die Umwertung auf eine entsprechende Referenztemperatur notwendig, wofür die exakte Kenntnis der jeweiligen mittleren Flüssigkeitstemperatur im Tank erforderlich ist. Über Temperaturverteilung und -verhalten von Flüssigkeiten in großen Lagertanks unter realen Bedingungen ist jedoch zur Zeit wenig bekannt. Fundierte Untersuchungsergebnisse, auf deren Grundlage entsprechend abgesicherte Verfahren zur Bestimmung der mittleren Flüssigkeitstemperatur in einem Tank entwickelt werden können, fehlten bisher.


Bessere Dämpfung akustischer Raummoden durch abstimmbare Helmholtz-Resonatoren

In bestimmten Frequenzbereichen ist die Dämpfung störender Schallwellen mit herkömmlichen Absorbern nicht möglich. Mit einem Optimierungsverfahren lassen sich unter Einsatz feinabgestimmter Resonatoren, die entsprechend dimensioniert und im Raum positioniert werden, verschiedene Dämpfungswirkungen erzielen.


Internationale Angelegenheiten

Aktuelles aus der OIML

Vom 8. bis 10. Oktober 2013 fand die 48. Sitzung des Internationalen Komitees für das gesetzliche Messwesen (CIML) in Ho Chi Minh City, Vietnam, statt. Insgesamt nahmen 144 Delegierte aus 40 Mitgliedstaaten und 11 korrespondierenden Mitgliedstaaten teil. Die wichtigsten Entscheidungen und Entwicklungen werden vorgestellt.


Europäische Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Messung sehr großer Kräfte bis 50 MN

In zahlreichen industriellen Anwendungen steigt die Nachfrage nach der Rückführung für große Kräfte. Dabei sind verschiedene Einflussgrößen zu berücksichtigen, um kleinste Messunsicherheiten zu erzielen. Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojektes soll die Kraftmessung im Meganewton-Bereich verbessert werden.


COOMET-Vergleich der Durchfluss-Primärnormale für Wasser erfolgreich abgeschlossen

Vergleiche von Flüssigkeits-Primäranlagen sind stets mit einer Reihe von Besonderheiten verbunden, die vor allem hohe Anforderungen an die zu verwendenden Vergleichsnormale stellen. Einerseits wachsen auf Grund der zunehmenden wirtschaftlichen Bedeutung von Flüssigkeitsmessungen die Ansprüche an die Messgenauigkeit, so dass stationäre Normalanlagen mit immer kleineren Messunsicherheiten von wenigen Hundertstel Prozent entstehen. Dem steht die Tatsache gegenüber, dass der Durchfluss als abgeleitete Messgröße im Rahmen eines dynamischen, nicht wiederholbaren Messprozesses bestimmt wird und einer Vielzahl von unterschiedlichen, messtechnisch relevanten Einflüssen unterliegt.


Archiv der Forschungsnachrichten | Jahresberichte

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© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2014-02-13, Webmaster Abteilung 1 Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF