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Forschungsprojekt zur erweiterten Rückführbarkeit der Kraftmessung gestartet

18.12.2019

Die Kraft ist eine der wichtigsten Messgrößen bei mechanischen Prüfungen, bei denen die Ergebnisse auf die Messung der wirksamen statischen und dynamischen Belastungen basieren. Daher müssen die Kräfte in den Anwendungen der Materialprüfung mit validierten Messverfahren und mit rückgeführten Kraftmessgeräten nicht nur für statische, sondern auch für zeitabhängige Kräfte gemessen werden. Zur Entwicklung dieser erweiterten Messverfahren ist im September 2019 das neue europäische Forschungsprojekt „ComTraForce“ gestartet.

In vielen Anwendungen in Industrie und Forschung werden statische und dynamische Kräfte gemessen. Die Rückführung statischer Kräfte erfolgt über die Kalibrierung von Krafttransfernormalen, die in den Kraft-Normalmesseinrichtungen der nationalen Metrologieinstitute (z. B. PTB) oder in den an die nationalen Normale angeschlossenen Kraft-Bezugsnormalmesseinrichtungen der akkreditierten Kalibrierlaboratorien (z. B. DAkkS) kalibriert wurden. Dies geschieht nach internationalen Normen (z. B. DIN EN ISO 376) und Richtlinien (z. B. DKD-R 3-3).

Die auf Kraftmessung beruhende Materialprüfungen und wissenschaftlichen Untersuchungen an Materialien, Werkstoffen und Bauteilen werden in sogenannten Werkstoffprüfmaschinen durchgeführt, die über Krafttransfernormale nach statischen Kalibrierverfahren (z. B. DIN EN ISO 7500-1) kalibriert werden. Die dabei aufgebrachten Kräfte sind aber nicht nur rein statisch, sondern die Belastungen sind zeitabhängig. Dadurch kann die tatsächlich wirksame Kraft stark von der in der Prüfmaschine oder im Prüfstand angezeigten Kraft abweichen. Bei quasi-statischen Belastungen mit kontinuierlich zu- oder abnehmenden Kräften wird dies z.B. durch die Synchronisation der Messkanäle verursacht. Bei dynamischer Belastung führen die zusätzlichen dynamischen Kräfte durch die Beschleunigung der beteiligten Massen zu einer Abweichung. Zur Berücksichtigung der dynamischen Effekte werden in einigen Normen (z. B. ASTM E467, ISO 4965) Verfahren vorgestellt, wie diese Einflüsse berücksichtigt werden können. Eine metrologische Rückführung auf Krafttransfernormale und auf validierte Verfahren mit Messunsicherheitsbetrachtung fehlt aber noch, so dass keine Aussagen über die Messunsicherheit der Prüf- und Forschungsergebnisse möglich sind.

Vor diesem Hintergrund wurde im September 2019 das neue internationale Forschungsprojekt „Comprehensive traceablility for force metrology services“ mit der Kurzbezeichnung „ComTraForce“ gestartet. In diesem von der PTB koordinierten Forschungsprojekt arbeiten 13 internationale Partner an der Entwicklung neuer Kalibrierverfahren und an der Entwicklung neuer Krafttransfernormale für die rückführbare statische, kontinuierliche und dynamische Kraftkalibrierung. Zunächst wird eine Übersicht über die weltweit verfügbaren Typen von Maschinen und Prüfständen erarbeitet, in denen Kräfte gemessen werden sowie über die dabei zum Einsatz kommenden Kraftmessgeräte (Kraftaufnehmer und Messverstärker) und die angewendeten genormten Verfahren. Zur Beschreibung des statischen, kontinuierlichen und dynamischen Verhaltens von Kraftmessgeräten werden dann erweiterte Modelle zu ihrer Beschreibung abgeleitet und messtechnisch verifiziert und validiert. In weiteren Arbeitsschritten erfolgt die Entwicklung geeigneter rückführbarer Kraftkalibrierverfahren für kontinuierliche Kraftbelastungen wie sie z.B. im Zugversuch auftreten und die Entwicklung rückführbarer Kalibrierverfahren für dynamische Kräfte in Prüfständen bei Kraftverläufen mit zyklischen Belastungen. Das Projekt hat eine Laufzeit von 3 Jahren. Weitere Informationen sind auf der Projektwebseite veröffentlicht.

Projektwebsite:

Opens external link in new windowwww.ptb.de/empir2019/comtraforce/project/overview/

Ansprechpartner:

Rolf Kumme, FB 1.2, E-Mail: Opens window for sending emailrolf.kumme@ptb.de