10.10.2006
Im niederfrequenten Bereich von wenigen Hertz wurden Untersuchungen an Kraftmessgeräten in einer hydraulischen Kraftmesseinrichtung durchgeführt und es wurde gezeigt, dass hier Messunsicherheiten von einigen 0,01% erzielt werden können. Um dies zu erreichen, wurde die Signalerfassung und Auswertung durch einen geeigneten Datenalgorithmus verbessert und auch der Biegemomenteneinfluss deutlich reduziert.
In der Arbeitsgruppe Periodische Kräfte wurde eine neue Kraftmesseinrichtung für kontinuierliche und periodische Kräfte aufgebaut. Mit dieser Einrichtung können sowohl Druck- wie auch Zugkräfte bis maximal 100 kN und Frequenzen bis 100 Hz hydraulisch erzeugt werden.
Die Maschine arbeitet mit einem hochgenau kalibrierten Kraftaufnehmer als Kraftreferenz. Dieses in der Kraftmesstechnik seit langem angewendete Messprinzip wurde dahingehend modifiziert, dass auch kontinuierliche Kräfte dargestellt werden können. Im Gegensatz zur statischen Kalibrierung von Kraftaufnehmern nach DIN EN ISO 376 mit diskreten, ansteigenden und abfallenden Kraftstufen ist unter einer kontinuierlichen Kalibrierung eine Kalibrierung mit sich stetig ändernden Kräften beliebigen Verlaufes zu verstehen.
Eine ursprünglich für Materialprüfungen konzipierte hydraulische Belastungsmaschine wurde für den neuen Einsatzzweck konstruktiv so geändert, dass der Maschinenrahmen schwingungstechnisch verbessert und mit einem geeigneten Krafterzeuger ausgestattet wurde. Eine spezielle Einspannvorrichtung für Kraftaufnehmer erlaubt eine biegemomentenfreie Einkopplung von der auch im Vorzeichen wechselnden Messkraft in den Prüfling. Die guten dynamischen Eigenschaften des verwendeten servo-hydraulisch wirkenden Zylinder-Kolbensystems als Krafterzeuger in Verbindung mit einer präzisen Regelelektronik erlauben darüber hinaus die Erzeugung periodischer Kraftverläufe bis 100 Hz im Kraftbereich bis 100 kN. Bei reduzierter Kraft sind auch höhere Frequenzen erreichbar. Als Signalformen sind sinus-, dreieck-, trapez- und eingeschränkt rechteckförmige Kraftverläufe darstellbar. Grundsätzlich können Kraftverläufe beliebiger Signalform im Rahmen der maximal möglichen Kraftanstiegsgeschwindigkeit, also auch Rechtecke und Stöße dargestellt werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass relative Messunsicherheiten von einigen 10-4 erreichbar sind.
Als Messverstärker werden die gleichen Anzeigegeräte wie für statische Messungen verwendet, deren interne Signalverarbeitung jedoch umgangen wird. Dafür kommen ein mehrkanaliger schneller ADU und für die Auswertung ein eigenständiger Datenalgorithmus zum Einsatz. Nunmehr ist es möglich, Kraftaufnehmer mit Signalformen zu kalibrieren, die denen im realen Einsatz nahe kommen. Bild 1 zeigt den mechanischen Teil der Messeinrichtung und Bild 2 den Verlauf einer gemessenen relativen Abweichung des Ausgangssignals eines gebräuchlichen Kraftaufnehmers von seinem in einer Direktbelastungsmaschine bestimmten Kennwert.
Bild 1: Messeinrichtung für kontinuierliche und periodische Kräfte
Bild 2: Relative Abweichung des Ausgangssignals eines gebräuchlichen Kraftaufnehmers von seinem in einer Direktbelastungsmaschine bestimmten Kennwert als Funktion der Frequenz
Ansprechpartner:
Rolf Kumme, FB 1.2, AG 1.23, E-mail: rolf.kumme@ptb.de
Bernd Glöckner, FB 1.2, AG 1.23, E-mail: bernd.gloeckner@ptb.de