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Kraftstoß-Kalibriereinrichtung für große Kräfte bis 250 kN

15.01.2011

Für den Bereich der dynamischen Kraftmessung wurde eine Messeinrichtung zur Primärkalibrierung von Kraftaufnehmern mit stoßförmigen Kräften bis 250 kN entwickelt und in Betrieb genommen. Die Messeinrichtung erweitert die Kalibriermöglichkeiten der vorhandenen 20-kN-Stoßkraft-Messeinrichtung um mehr als eine Größenordnung und eignet sich insbesondere auch für voluminöse und schwere Kraftaufnehmer aus dem industriellen Umfeld.

Die Entwicklung als auch ein Großteil der Fertigung erfolgten in enger Zusammenarbeit mit dem Wissenschaftlichen Gerätebau der PTB, wobei auf Erfahrungen mit der älteren Messeinrichtung zurückgegriffen werden konnte. Die neue Kalibriereinrichtung verwendet zwei luftlagergeführte Massekörper von etwa 100 kg, die mit dem zu kalibrierenden Kraftaufnehmer zum Stoß gebracht werden. Abweichend von dem früheren Design, sind diese Edelstahlmassen diesmal von zylindrischer Form (Durchmesser 240 mm) und überdecken ihre Luftlagertaschen vollständig. Um dabei eine Anpassung an unterschiedlich lange Prüflinge zu ermöglichen, lässt sich das Luftlager mit dem gestoßenen Massekörper (im großen Bild links) und dem darauf zu montierenden Prüfling (blau im kleinen Bild) in axialer Richtung um etwa 30 cm verschieben. Die Luftlagerschalen sind jeweils horizontal geteilt, um die schweren Massen mit Hilfe eines Kranes in die Lager einsetzen zu können. Der stoßende Massekörper wird von einem hydraulischen Antrieb auf einer Strecke von maximal 50 mm auf seine Stoßgeschwindigkeit beschleunigt. Zur Erzielung unterschiedlicher Kraftamplituden lässt sich die Stoßgeschwindigkeit von 0,02 m/s bis 1,5 m/s variieren. Die Forderung eines prellfreien Antriebs über diesen weiten Bereich stellte dabei eine besondere Herausforderung an die technische Realisierung des hydraulischen Antriebs dar, der von einem industriellen Partner entwickelt und geliefert wurde.

Die primäre Rückführung der dynamischen Kraftgröße erfolgt analog zur Definition F = m·a über die Kenntnis der beschleunigten Massen m (aus Wägung) und der Messung der zeitlich veränderlichen Beschleunigungen a(t) mit Hilfe von zwei Laser-Doppler-Interferometern (Vibrometer von Polytec). Die über Schwingungsisolatoren von der Umgebung entkoppelten Vibrometer erfassen die Bewegungen beider Stoßkörper diesmal direkt auf der Bewegungsachse, weshalb der Stoßzylinder auf der Antriebsseite mit einer Bohrung zur Durchführung des Laser-Messstrahls versehen wurde.

Neue Kraftstoß-Kalibriereinrichtung für Kräfte bis 250 kN

Bild 1: Neue Kraftstoß-Kalibriereinrichtung für Kräfte bis 250 kN

Literatur:

[1] Kobusch M.; Bruns Th.; Klaus L.; Müller M.: The 250 Kilonewton Primary Shock Force Calibration Device at PTB, IMEKO 2010: TC3, TC5 and TC22 Conferences, Pattaya, 21-25, November, 2010, Download: http://www.imeko.org/publications/tc3-2010/IMEKO-TC3-2010-003.pdf

Ansprechpartner:

Michael Kobusch, FB 1.7, AG 1.73, E-Mail: michael.kobusch@ptb.de