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Aufbau von Messeinrichtungen zur Bestimmung der Verformung von Kraftaufnehmern

15.10.2009

An statischen und dynamischen Kraftmesseinrichtungen wurden Aufbauten realisiert und untersucht, welche eine Verformungsmessung von Kraftaufnehmern unter Last mittels eines differentiellen Laser-Vibrometers ermöglichen. Gerade im Bereich dynamischer Messungen ist zusätzlich zur Kraft oftmals die Kenntnis des Verformungsweges vonnöten.

Im Bild 1 sind diese Aufbauten an einem 10 kN-Schwingerregersystem (links) und an der 20 kN-Kraft-Normalmesseinrichtung (rechts) zu sehen. Im Fall der dynamischen Anwendung ist der gesamte Aufbau auf einem Schwingungsdämpfungstisch platziert, wodurch der Einfluss von vom Schwingerreger verursachten Vibrationen minimiert wird. Die beiden Laserköpfe sind auf einem Ausleger angebracht und können direkt über dem eingebauten Kraftaufnehmer positioniert werden.

Vibrometereinrichtungen zur Messung der Verformung von Kraftaufnehmern unter Last. Links: Aufbau am 10 kN-Schwingerreger; rechts: Aufbau an der 20 kN-Kraft-Normalmesseinrichtung.

Bild 1: Vibrometereinrichtungen zur Messung der Verformung von Kraftaufnehmern unter Last.
Links: Aufbau am 10 kN-Schwingerreger; rechts: Aufbau an der 20 kN-Kraft-Normalmesseinrichtung.

Die Verformungsmessung erfolgt derart, dass ein Laserstrahl auf der Grundplatte des Schwingerregers, der andere auf der Oberseite des Kraftaufnehmers reflektiert wird. Mittels dieser differentiellen Messung wird die Verformung des Kraftaufnehmers erfasst. Die statische Messung erfolgt nach dem gleichen Prinzip. Hier wurde ein Rahmen konstruiert und in die Maschine integriert, welcher der Montage der Laserköpfe dient. Zusätzlich wurde eine Reflexionsplatte auf dem Aufnehmer montiert, um dessen Oberseite für den Laserstrahl zugänglich zu machen.

Erste Messungen an beiden Aufbauten zeigten relative Unsicherheiten < 1%, wobei im Fall dynamischer Messungen das Resonanzverhalten des Kraftaufnehmers berücksichtigt werden muss: Bei Frequenzen an denen Querresonanzen auftreten, wird die rein vertikale Bewegung des Kraftaufnehmers mit Querbewegungen überlagert, welche zu starken Verfälschungen der Messergebnisse führen können. In derartigen Fällen kann die relative Wiederholgenauigkeit Werte über 10% annehmen. Außerhalb dieser Frequenzbereiche lag die Wiederholgenauigkeit bei unter 0,5% [1, auch unter www.imeko.org].

[1] A. Buß: Static and dynamic measurement of force transducer’s deformation under load, Proceedings of the XIX IMEKO World Congress, Lisbon, Portugal, Sept. 6-11, 2009

Ansprechpartner:

Andre Buß, FB 1.2, AG 1.23, E-Mail: andre.buss@ptb.de