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Darstellung Kraft

Arbeitsgruppe 1.21

Profil

Die Arbeitsgruppe 1.21 ist zuständig für die Darstellung und Weitergabe der physikalischen Größe "Kraft". Die Realisierung der Kraftskala erfolgt mit Kraft-Normalmesseinrichtungen (K-NME) nach zwei unterschiedlichen Prinzipien. In Normalmesseinrichtungen mit direkter Massewirkung wird die Kraft durch die Gewichtskraft von Belastungskörpern im Schwerefeld der Erde erzeugt (bis 2 MN). Große Kräfte (bis 16,5 MN) werden durch eine hydraulische Übersetzung der Gewichtskraft realisiert.

Zur Weitergabe der Kraftskala werden Kraftmessgeräte in den K-NME der Arbeitsgruppe nach unterschiedlichen Messverfahren kalibriert. Neben den Arbeiten zur Darstellung und Weitergabe der Kraftskala wird Grundlagenforschung auf dem Gebiet der "Kraftmessung" betrieben. Dazu zählt die Entwicklung und Untersuchung von neuen Messeinrichtungen, Kraftmessgeräten und Messverfahren zur Messung statischer und dynamischer Kräfte sowie internationale Vergleichsmessungen.

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Forschung/Entwicklung

Darstellung der Kraftskala für Druck- und Zugkräfte bis 16,5 MN

Die Kraft ist eine abgeleitete vektorielle physikalische Größe mit der Einheit Newton (N). Ein Newton ist definiert als die Kraft, die einem Körper der Masse 1 kg die Beschleunigung 1 m/s² erteilt.
Kraft-Normalmesseinrichtungen stellen die höchsten nationalen Normale für die physikalische Größe Kraft dar. In ihnen wird die Einheit der Kraft - das Newton - statisch mit diskreten Werten im Messbereich von 0,5 N bis 16,5 MN sowie periodisch bei unterschiedlichen Frequenzen im Messbereich von 10 N bis 2 kN realisiert.

Untersuchungen an Kraft-Normalmesseinrichtungen, Kraft-Bezugsnormalmesseinrichtungen und Kraftaufnehmern

Kraft-Normalmesseinrichtungen und -Bezugsnormalmesseinrichtungen werden messtechnisch und wissenschaftlich untersucht um die Messunsicherheiten zu ermitteln und zu reduzieren. Für die Untersuchungen werden Präzisionskraftaufnehmer als Transfernormale eingesetzt. Die Aufnehmereigenschaften wie Reproduzierbarkeit, Kriechen, Hysterese und Linarität werden dazu analysiert.

Darstellung periodischer Kräfte

Es werden neue Messeinrichtungen und Messverfahren zur Erzeugung und Messung dynamischer und insbesondere periodischer Kräfte entwickelt und untersucht.

Spannungsberechnungen mit Hilfe der Methoden der Finiten Elemente

Zur theoretischen Analyse der Wirkung von Kräften in Kraft-Normalmesseinrichtungen, in Kraftaufnehmern oder komplexen Kraftmesssystemen werden numerische Berechnungsverfahren wie z.B. die Methode der Finiten Elemente eingesetzt.

Entwicklung und Untersuchung von Messverfahren und Prüfständen für die dynamische Kalibrierung von Kraftaufnehmern

Für zeitlich veränderliche Kräfte ist das dynamische Verhalten der Kraftmesssysteme zu berücksichtigen. Im Laboratorium werden dafür neue Messverfahren entwickelt und Einrichtungen aufgebaut und die Frequenzgänge von Kraftmessgeräten bestimmt. Die dynamischen Kräfte werden dabei über die Beschleunigung der wirksamen Belastungsmassen ermittelt.

Internationale Vergleichsmessungen

Internationale Vergleichsmessungen werden zur Sicherstellung einer weltweit einheitlichen Kraftskala mit Krafttransferaufnehmern durchgeführt. Die Arbeitsgruppe 1.21 ist dabei ein Pilotlabor für die CIPM und EUROMET Key Comparisons für die Meßgröße "Kraft".

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Dienstleistungen

Anschlussmessungen und Kalibrierungen

Die Weitergabe der Kraftskala an Laboratorien in Forschung und Industrie erfolgt durch die Kalibrierung von Kraftmessgeräten und durch Anschlussmessungen von Kraft-Bezugsnormalmesseinrichtungen.

Begutachtung von Kalibrierlaboratorien für Kraft und Prüfmaschinen im Auftrag der Deutschen Akkreditierungsstelle

Kalibrierlaboratorien werden im Auftrag der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) begutachtet.

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Informationen

200-N-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 200-N-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung 0,5 N, 1 N, ..., 5 N
1 N, 2 N, ..., 10 N
2 N, 4 N, ..., 20 N
5 N, 10 N, ..., 50 N
5 N, 10 N, ..., 100 N
10 N, 20 N, ..., 200 N

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2-kN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 2-kN-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung 50 N, 100 N, 150 N, 200 N, 250 N
300 N, 350 N, 400 N, 500 N,
500 N, 600 N, ..., 1000 N,
1200 N, 1400 N, ..., 2000 N

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20-kN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 20-kN-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung 0,25 kN, 0,5 kN, ..., 2 kN,
2,5 kN, ..., 5 kN,
6 kN, ..., 10 kN,
12 kN, ..., 20 kN

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100-kN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 100-kN-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung 2 kN, 4 kN, 5 kN, 6 kN, 8 kN,
10 kN, 12 kN, 14 kN, 15kN,
16 kN, 18 kN, 20 kN,
25 kN, ..., 50kN, 60 kN, ..., 100kN

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1-MN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 1-MN-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung

20 kN, 40 kN, 50 kN, ...,
1000 kN

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2-MN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 2-MN-K-NME
Prinzip direkte Massewirkung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 2·10-5
Kraftstufung 50 kN, 60 kN, 70 kN, ...,
2000 kN

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5-MN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 5-MN-K-NME
Prinzip hydraulische Übersetzung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 1·10-4
Kraftstufung 50 kN, 100 kN, 150 kN, ...,
5000 kN

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16,5-MN-Kraft-Normalmesseinrichtung

Kurzbezeichnung 16,5-MN-K-NME
Prinzip hydraulische Übersetzung
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit 1·10-4
Kraftstufung 0,1 MN, 0,2 MN, ...,
16,5 MN


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400-N-Messeinrichtung für dynamische Kraftkalibrierung

Kraftbereich 10 N bis 200 N
Frequenzbereich 10 Hz bis 2000 Hz
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit Frequenzbereich:
40 Hz – 700 Hz
700 Hz- 1 kHz
1 kHz – 2 k Hz

0,5 %
1,0 %
2,0 %
Bemerkungen Im Bereich < 40 Hz sind Messungen für DMS-Kraftaufnehmer nicht rückgeführt. 

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10-kN-Messeinrichtung für dynamische Kraftkalibrierung

Kraftbereich Frequenzbereich:
10 Hz – 50 Hz
> 50 Hz- 2 kHz

10 N bis 1 kN
10 N bis 2 kN
Frequenzbereich 10 Hz bis 2000 Hz
rel. erw. (k=2) Messunsicherheit Frequenzbereich:
40 Hz – 700 Hz
700 Hz- 1 kHz
1 kHz – 2 kHz

0.5 %
1.0 %
2.0 %
Bemerkungen Im Bereich < 40 Hz sind Messungen für DMS-Kraftaufnehmer nicht rückgeführt. 

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