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Untersuchungen zur Kalibrierung von Impulshämmern

13.09.2017

Für die Kalibrierung von Impulshämmern in dynamischen Messeinrichtungen mit primärer Rückführung wurden theoretische Untersuchungen und experimentelle Tests durchgeführt. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation mit dem mexikanischen Metrologieinstitut CENAM erfolgten erste Vergleichsmessungen.

Impulshämmer sind ein weitverbreitetes Werkzeug zur dynamischen Anregung und modalen Untersuchung von mechanischen Strukturen. Die Hämmer besitzen einen integrierten Kraftaufnehmer zur Messung des anregenden Stoßpulses. Die Pulsdauer lässt sich über Schlagspitzen unterschiedlicher Härte den Anforderungen anpassen. Bei der Modalanalyse wird das Hammersignal mit der Strukturantwort verglichen, die an interessierenden Messpunkten beispielsweise mittels Beschleunigungssensoren erfasst wird.

Motiviert durch das zunehmende Interesse an der Kalibrierung von Impulshämmern wurden in der PTB Messeinrichtungen zur dynamischen Kalibrierung mit primärer Rückführung aufgebaut und theoretisch und experimentell untersucht. Der Impulshammer stößt einen Massekörper und der übertragene Kraftpuls, die Referenzkraft, bestimmt sich aus dem Produkt von Masse (bekannt aus Wägung) und Beschleunigung (beim Stoß gemessen). Die Messeinrichtungen verwenden unterschiedlich große zylindrische Stoßkörper, die mittels Fadenaufhängung (Pendel) oder Luftlager reibungsarm geführt werden. Die Beschleunigung in axialer Stoßrichtung wird mittels Laservibrometer oder Beschleunigungssensor auf der dem Stoß gegenüberliegenden Stirnseite erfasst und zusammen mit dem Signal des Impulshammers mit hoher zeitlicher Auflösung gemessen.

Als Kalibrierergebnis wird die Stoßempfindlichkeit als das Verhältnis von Hammersignal zu Referenzkraft bestimmt. Die Analyse der Messdaten kann dabei im Zeit- oder Spektralbereich erfolgen. Bei der Auswertung im Zeitbereich werden typischerweise Signalspitzenwerte gemessen. Beim Stoß angeregte hochfrequente Signalanteile lassen sich durch eine geeignete Filterung unterdrücken.

Im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation mit dem mexikanischen Metrologieinstitut CENAM konnten erstmals Vergleichsmessungen an verschiedenen Messeinrichtungen beider Institute durchgeführt werden. Das Bild 1 zeigt die bei der Kalibrierung eines Impulshammers mit Stahlspitze gemessenen Pulsspitzenwerte. Die Steigung der Regressionsgerade entspricht hierbei der gesuchten Stoßempfindlichkeit. Die Werte von PTB und CENAM sind in sehr guter Übereinstimmung (Abweichung ca. 1%) und passen zur Spezifikation im Datenblatt.

Bild 1: Kalibrierung eines Impulshammers Kistler 9726A20000 mit Stahlspitze.

Weitergehende Informationen siehe [1].

Literatur:

[1] M. Kobusch, L. Klaus, L. Muñiz Mendoza, “Investigations of impact hammer calibrations”, Proc. of IMEKO 23rd TC3, 13th TC5 and 4th TC22 International Conference, Helsinki, Finland, 2017. Opens external link in new window http://www.imeko.org/publications/tc3-2017/IMEKO-TC3-2017-029.pdf

Ansprechpartner:

Michael Kobusch, FB 1. 7, AG 1. 73, E-Mail:Opens window for sending email michael.kobusch(at)ptb.de