DE102007036214B4

DE102007036214B4 - Automatisierte Eigengewichtskraftmessmaschine zur Kalibrierung von Dehnungsmesskraftaufnehmern

Info

Publication number: DE102007036214B4
Application number: DE102007036214A
Authority: DE
Inventors: Kumar Jain Kamlesh; Prasad Poddar Hari Nandan; Prasas Singhal Raghunandan
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: DE102007036214A1; ITMI20071712A1; DE102007036214B8

Abstract

Es ist eine kostengünstige, präzise Normalbelastungsmaschine entwickelt worden, die in der Lage ist, Kraftmesszellen mit einer Kapazität von 2, 5 und 10 kN zu kalibrieren. Das System arbeitet mit einem einzelnen Zentralbolzen, der durch die Mitte der Gewichte hindurchgeführt ist, die jeweils von einer eigenen Stütze getragen werden und mit pneumatischen Betätigungselementen zum Aufladen und Abladen dieser Gewichte versehen sind. Dadurch kann jedes beliebige ausgewählte Gewicht an die Testkraftmesszelle, unabhängig von ihrer Position innerhalb des Gewichtsstapels, angelegt werden. Des Weiteren entsteht dadurch ein nahezu vibrationsfreies System, wodurch sich die Maschine in der kürzestmöglichen Zeit stabilisiert. Die Kalibrierung des Kraftaufnehmers kann im Druckmodus entsprechend einem beliebigen der international anerkannten Kalibrierungsverfahren gemäß der höchstmöglichen Genauigkeitsanforderung entsprechend dem Standard ausgeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatisierte Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen. Insbesondere ist die Normalbelastungsmaschine der vorliegenden Erfindung zur Kalibrierung von Kraftmesszellen im Druckmodus geeignet, die entweder zum Wiegen oder zum Messen einer statischen Kraft verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird eine kostengünstige automatisierte Normalbelastungsmaschine bereitgestellt, die in der Lage ist, Kraftmesszellen mit einer Kapazität von 2, 5 und 10 kN zu kalibrieren. Das System arbeitet mit einem einzelnen Zentralbolzen, der durch die Mitte der Gewichte hindurchgeführt ist, die jeweils von einer eigenen Stütze getragen werden und mit pneumatischen Betätigungselementen zum Aufladen und Abladen dieser Gewichte versehen sind. Dadurch kann jedes beliebige ausgewählte Gewicht an die Testkraftmesszelle, unabhängig von ihrer Position innerhalb des Gewichtsstapels, angelegt werden. Des Weiteren entsteht dadurch ein nahezu vibrationsfreies System, wodurch sich die Maschine in der kürzestmöglichen Zeit stabilisiert. Die Kalibrierung des Kraftaufnehmers kann im Druckmodus entsprechend einem beliebigen der international anerkannten Kalibrierungsverfahren gemäß der höchstmöglichen Genauigkeitsanforderung entsprechend dem Standard ausgeführt werden.
Das stetig zunehmende Verlangen nach höherer Genauigkeit beim Messen von Druckkräften macht es für die nationalen meteorologischen Laboratorien, wie zum Beispiel das Nationale Physikalische Laboratorium (NPL), ein Partnerlaboratorium im Rahmen des Rates für wissenschaftliche und industrielle Forschung (CSIR), Indien, erforderlich, der Erhöhung der Genauigkeit und Standardisierung der Kraftmessung besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Die präzise Messung von Kräften hat für die Konstruktion sicherer Gebäude, für die Beurteilung der Festigkeit von Materialien, für die Steuerung von Produktionsprozessen, für die Schubkraftmessung von Düsentriebwerken, Raketen und Gasturbinen, für Kraftmesszellen-Wiegebrücken, für das Wiegen von Flugzeugen und für das Vergleichen großer Gewichte zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zu einigen Gebieten, die nicht ignoriert werden dürfen, gehören das Gebiet der Automobile und die medizinische Forschung für die Messung von Kräften in Knochengelenken des menschlichen Körpers, obgleich die erforderliche Präzision von einigen Prozent bis zu einigen Teilen je eine Million Teilen variieren kann.
Das vorrangige Verfahren zum Realisieren oder Erzeugen von Kräften von einigen (N) bis zu einigen Mega-(N) bestand herkömmlicherweise im direkten Anlegen von Totgewichten, was im Allgemeinen als das Grundinstrument angesehen wird. Der vorrangige Standard bei der Kraftmessung sind Maschinen, deren Messunsicherheit durch physikalische Prinzipien direkt auf die grundlegenden Basiseinheiten der Masse, der Länge und der Zeit hin verifiziert werden kann. Die vertikale Kraft, die durch ein ruhendes Totgewicht auf seine Unterlage in Luft ausgeübt wird, ist durch F = (g – Δg) m (1 - ρ_ab_m) gegeben, wobei F die Kraft in (N) ist, m die Masse in Kilogramm (kg) ist, g die örtliche Schwerkraft ist, die nahe dem Boden der Maschine gemessen wird, Δg die Veränderung von g entlang der Höhe der Maschine ist und ρ_a, b_m die Dichten von Luft bzw. des Materials der Massen sind.
Aus der obigen Gleichung ist zu erkennen, dass die Gesamtunsicherheit bei der Kraft, die durch die Normalbelastungsmaschine ausgeübt wird, die Messunsicherheiten beinhaltet, die mit der Bestimmung der Masse m des Totgewichts, der Beschleunigung infolge der Schwerkraft g sowie der Dichten ρ_a und ρ_m der Masse bzw. der Luft verbunden sind.
Es ist festgestellt worden, dass wir mittels eines Totgewichts oder mittels Hebelverstärkung des Totgewichtssystems Kräfte von bis zu beispielsweise 1 oder 2 Meganewton erreichen können, während wir in der Praxis Kräfte messen müssen, die in einer höheren Größenordnung liegen, beispielsweise 15 oder 20 Meganewton. Eine praktische Realisierung einer solchen höheren Größenordnung von Kräften ist nur mit hydraulischen Maschinen möglich. Um eine gelinge Unsicherheit bei den gemessenen Kräften zu erreichen, sind die Kraftmessmaschinen auf dem Prinzip der hydraulischen Verstärkung von Totgewichten aufgebaut. Eine geringe Kraft in Form eines Totgewichts wird auf eine Kolben-Zylinder-Baugruppe mit kleinem Durchmesser angeordnet. Diese kleine Baugruppe ist über eine Hydraulikleitung mit einer Kolben-Zylinder-Baugruppe mit großem Durchmesser verbunden. Die in der Hydraulikbelastungsmaschine erzeugte Kraft ist die durch den Kolben mit größerem Durchmesser erzeugte Kraft, die gleich der Kraft auf den Kolben mit kleinerem Durchmesser, multipliziert mit dem Verhältnis der Wirkfläche der Kolben-Zylinder-Baugruppe, ist. Oder anders ausgedrückt: Die durch die Kolben-Zylinder-Baugruppe mit großem Durchmesser erzeugte Kraft (F) ist durch F = mg(1 – ρ_ab_m) A/a gegeben, wobei F die Kraft in (N) ist, m die Masse in Kilogramm (kg) ist, g die örtliche Schwerkraft ist, die nahe dem Boden der Maschine gemessen wird, und ρ_a, b_m die Dichten von Luft bzw. des Materials der Massen sind. A und a sind die Wirkflächen der Kolben-Zylinder-Baugruppe mit größerem Durchmesser bzw. der Kolben-Zylinder-Baugruppe mit kleinerem Durchmesser. Reibung verursacht einen Fehler, weil die Reibung eine Kraft von dem Kolben direkt zu dem Zylinder anstatt zu dem Fluid überträgt. Die Reibung kann durch genügend Spiel und durch lange Führungsflächen zum Verhindern eines Blockierens minimiert werden. Zum Minimieren der Reibungskräfte wird der Zylinder gedreht.
Zwar sind diese Verfahren in Gebrauch, um statische Kräfte in Abhängigkeit von der erforderlichen Bandbreite und Genauigkeit zu realisieren, doch das gebräuchlichste Verfahren zum Erreichen der größtmöglichen Genauigkeit ist nur die Normalbelastungsmaschine. Eine Normalbelastungsmaschine bildet ein zweckmäßiges Mittel zum Auswählen und Anlegen bekannter statischer Kräfte in Form von Totgewichten direkt auf die zu kalibrierende Kraftnachweisvorrichtung.
Die verfügbaren Normalbelastungsmaschinen werden von internationalen Unternehmen hergestellt und vermarktet, wie zum Beispiel die Carl Schenk AG, Deutschland, GTM, Deutschland, und die Power House MNC, Korea. Das Nationale Physikalische Laboratorium (NPL), ein Partnerlaboratorium im Rahmen des Rates für wissenschaftliche und industrielle Forschung (CSIR), Indien, hat ebenfalls eine Normalbelastungsmaschine konstruiert und hergestellt. Alle diese Maschinen arbeiten mit einem elektromechanischen System zum Aufladen und Abladen der gewünschten Totgewichte. Dieses Verfahren ist vibrations- und schwingungsanfällig und benötigt somit zusätzliche Zeit zum Stabilisieren. Darüber hinaus ist es unzweckmäßig, unterschiedliche Belastungsregimes entsprechend den Vorgaben unterschiedlicher internationaler Standards, wie ASTM E-74-2000, ISO 376-2000 oder IS 4169-1988, zum Kalibrieren der Kraftnachweisvorrichtung, die zum Kalibrieren der Materialtestmaschinen verwendet werden, zu haben.
Des Weiteren sind im Allgemeinen in allen Maschinen die Totgewichte entweder mittels der drei Kupplungen oder mittels einer speziellen Art von Konuskupplung um den Umfang herum zusammengesetzt, was leichter zu einer nicht-axialen Belastung infolge der Fehlausrichtungen der Kupplungen führt, was zu einer höheren Größenordnung an Schwingungen und Vibrationen und somit zu einer größeren Unsicherheit bei der angelegten Kraft führt. Des Weiteren können bei diesen Maschinen die Gewichte nur sequenziell aufgeladen und abgeladen werden, wodurch eine größere Anzahl an Totgewichten benötigt wird, um die Kraftnachweisvorrichtung mit einer bestimmten Kapazität zu kalibrieren.
Die von der Firma Moorehouse, USA, hergestellte und vermarktete Normalbelastungsmaschine arbeitet mit einem pneumatisch gesteuerten System zum Aufladen und Abladen der gewünschten Totgewichte und hat bis zu einem gewissen Grad den Vibrationseffekt minimiert, kann aber nicht die Schwingungen kontrollieren, so dass genügend Zeit zum Stabilisieren benötigt wird, bevor die Messwerte aufgezeichnet werden können. Des Weiteren kann die Maschine die Kraftnachweisvorrichtung nur gemäß dem internationalen Kalibrierungsstandard ASTM-E-74-2000 und nicht gemäß anderen internatonalen Standards kalibrieren, weil man nicht mehr als fünf Steigerungsschritte anwenden kann, bevor man zu null zurückehrt.
Da die Normalbelastungsmaschinen sperrig und teuer sind, ist ihr Einsatz im Allgemeinen auf eine geringe Kapazität beschränkt. Des Weiteren können sie aufgrund der Einschränkungen bei der Abstimmung der Eigenfrequenz auf die Frequenz der Gewichte nicht für eine ultra-hohe Kapazität konstruiert und gebaut werden. Als Alternative zur Normalbelastungsmaschine werden Normalbelastungs-Hebelwerkverstärkungsmaschinen verwendet, um die Kräfte in den höheren Bereichen zu realisieren. Diese Maschinen arbeiten mit Hebeln zum Verstärken eines kleinen Totgewichts, um eine hohe Kraftgrößenordnung zu erzeugen. Die Totgewichtskomponenten in diesen Maschinen können fünf bis zehn Prozent der Kapazität der Maschine ausmachen, d. h. es kann ein Hebelübertragungsverhältnis von 10 oder 20 verwendet werden. Wenn ein einzelner Hebel für das gewünschte Übertragungsverhältnis verwendet wird, so müssen die Abmessungen des Hebels so klein wie möglich gehalten werden, um eine ausreichende Steifigkeit zu erhalten.
Nun gibt es Maschinen mit einer Kapazität von bis zu 2,5 MN mit einer Gesamtunsicherheit von nur 4 Teilen je 10.000 Teile. Hier sei auf DMS-gesteuerte Blattfedergelenke aus jüngerer Zeit verwiesen, die von A. Sawla, H. Gassmann und W. Kuhn in Proceedings IMEKO, ”Force, Torque, Mass Measurement”, September 2001, beschrieben werden. Anstelle des herkömmlichen Schneidenlagersystems werden Blattfedern in Hebelverstärkungsmaschinen verwendet, um die Unsicherheit bei der Kraft zu mindern, die sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung gemessen wird. Abgesehen von ihrer relativ höheren Unsicherheit bei den gemessenen Kräften aufgrund der größeren Unsicherheit bei der Berücksichtigung der Reibungskräfte an den Schneidlagern und der Wirklänge des Hebelarms können diese Maschinen nicht für Zwecke verwendet werden, wo die Unsicherheit beim Anlegen der erforderlichen Kraft geringer als 1 Teil in 10.000 Teilen ist.
In einer ähnlichen Maschine, die von der Carl Schenk AG, Deutschland, hergestellt wird, sind alle Gewichte mit Hilfe von drei mittig verbundenen Metallstäben miteinander verbunden. Die Totgewichte ruhen auf den mechanischen Hebeln, die elektrisch betätigt werden, um die gewünschten Gewichte aufzuladen und abzuladen. Diese Maschine kann nicht dafür verwendet werden, die Totgewichte in der gleichen Reihenfolge abzuladen, in der sie aufgeladen wurden, ohne zuerst das aufgeladene Gewicht vom Kraftaufnehmer zu nehmen, und man muss einen zusätzlichen Druck anlegen, welcher der angelegten Kraft entspricht, während man die Hysterese nimmt, wodurch die Maschine sperrig, teuer und umständlich in der Benutzung wird. Die Unsicherheit bei der realisierten Kraft ist auf die Steuerung und Beibehaltung des Hydraulikdrucks auf den Kraftaufnehmer beschränkt, während man die Hysterese nimmt.
Hier sei auf eine Normalbelastungsmaschine aus jüngerer Zeit verwiesen, die von der Firma GTM, Deutschland, in ihrer internationalen Publikation vom September 2004 beschrieben wird. Anstelle der Verwendung von herkömmlichen drei Kupplungen entlang des Umfangs der Totgewichte, um sie zusammenzuhalten, wird eine spezielle glockenförmige Kupplung verwendet, um den Gewichtsstapel zusammenzuhalten. Obgleich eine geringere Unsicherheit in Verbindung mit der in der Maschine realisierten Kraft geltend gemacht wird, wird eine größere Anzahl von Totgewichten benötigt, um die Kraftaufnehmer zu kalibrieren, da alle Gewichte nur sequenziell aufgeladen und abgeladen werden können, und ihr Aufladen und Abladen erfolgt durch ein Elektromotor-Getriebe-System, was auch wieder Vibrationen erzeugt. Und es ist ebenfalls kein anderes Belastungsregime möglich, das erforderlich wäre, um die Kraftaufnehmer gemäß anderen international anerkannten Kalibrierungsstandards zu kalibrieren.
Es sei hier auf das Patent EP 0075847 B1 verwiesen. Bei dieser patentierten Hydraulikbelastungsmaschine, in der der exakte Hydraulikdruck durch einen Kolben mit kleinem Durchmesser erzeugt wird, der sich in einem passenden Zylinder dreht, und der Kolben mittels Totgewichten mit einer bekannten Kraft belastet wird, wird dieser bekannte Druck zu einem Kolben mit einem relativ großen Durchmesser übertragen, der sich in einem passenden Zylinder dreht, und anhand der Kenntnis des Wirkflächenverhältnisses der kleinen und der großen Kolben-Zylinder-Baugruppe kann die Kraft am Boden den großen Kolbens bestimmt werden. Die bestmögliche Genauigkeit, die mit diesem System bisher erreicht wurde, ist immer kleiner als ±0,01%.
Es sei ebenfalls auf das Patent EP 0586859 B1 verwiesen. In dem Patent hat ein Hydraulikzylinder einer Hydraulikbelastungsmaschine einen drehbar montierten Zylinderring und umfasst zwei unabhängige Kolben. Einer ist ein Arbeitskolben, und der andere ist ein Führungskolben. Ein exakter Hydraulikdruck, der durch den präzisionsbearbeiteten Kolben erzeugt wird, der sich in dem passenden Zylinder dreht und durch Totgewichte mit einer bekannten Kraft beaufschlagt wird, wird durch einen geführten Kolben an den Arbeitskolben angelegt, und das Produkt aus dem Hydraulikdruck und der Wirkfläche der großen Kolben-Zylinder-Baugruppe führt zu der erforderlichen Kraft am Boden des Kolbens.
Es sei ebenfalls auf das Patent JP 9166536 A verwiesen. In dem Patent wird die Genauigkeit der durch die Belastungsmaschine gemessenen Kraft verbessert, indem der Mikrovibrationen erzeugende Mechanismus in einer der Kolben-Zylinder-Baugruppen oder in beiden installiert wird, um die statische Reibungskraft eines Zylinders und eines Stößels zu verringern.
Es sei ebenfalls auf das Patent CN 1609569 A verwiesen. In dem Patent ist eine mechanisch vergleichende Normalbelastungsmaschine für die Leistungsdetektion von Wiegesensoren offenbart. In diese Maschine ist es dank digitaler Steuerungstechnologie und präziser mechanischer Übertragungstechnik möglich, die Mikroverschiebung und dynamische Belastung mit einer Präzision von einem Zehntausendstel zu erfassen.
Es sei ebenfalls auf die Schrift RU 212271 C1 verwiesen. In der Hydraulikkraftmessmaschine werden der Bezugskraftmessgeber, die Kraftmesseinheit, der die Elektroeinheit steuernde Hydraulikverteiler und Teile der Installation der Dynamometer dafür verwendet, die Kraftnachweisvorrichtung mit dem Bezugskraftmessgeber zu vergleichen.
Es sei ebenfalls auf das Patent EP 0646780 B1 verwiesen. In dem Patent besteht der Massenstapel aus mehreren Gewichtsplatten, die übereinander gestapelt sind und die formschlüssig mittels dreier umfänglicher Verbindungselemente verriegelt sind. Die verbundenen Gewichtsplatten hängen von Lastrahmen der Maschine herab. Jedes Verbindungselement ist eine Kopfschraube, die an einer Gewichtsplatte befestigt ist und deren Kopf durch einen radial offenen Schlitz in der anderen Platte hervorsteht. Die Kopfschraube hat mittige Abschnitte mit verringertem Durchmesser. Eine zylindrische Fläche passt in den Schlitz.
Die Druckschrift DE 199 11 086 C2 offenbart eine Kraft-Normalmessmaschine mit einem Massestapel aus mehreren unterschiedlichen Massescheiben, wobei für einen Lastwechselvorgang der Massestapel angehoben wird.
In allen bisher bekannten und oben angeführten Offenbarungen des Standes der Technik sind die allgemeinen Nachteile folgende:

1. In einer hydraulischen Verstärkungsmaschine wird eine geringe Genauigkeit in der Größenordnung von 0,01% erreicht.
2. Es ist eine häufige Kalibrierung zur Nachbestätigung der Genauigkeit erforderlich.
3. Die Hydraulikmaschine kann infolge der Schwierigkeit beim Erhalt der Hysterese nicht zum Kalibrieren einer Kraftnachweisvorrichtung gemäß internationalen Standards zur Kalibrierung von Kraftnachweisinstrumenten verwendet werden.
4. Es ist eine höhere Genauigkeit beim Anlegen der Kraft erforderlich.
5. Der Betrieb der Maschine erfolgt unter strenger Kontrolle der Temperatur, um Eigenschaften des Druckübertragungsfluids zu minimieren, die sich ihrerseits auf den Betrieb der Maschine auswirken.
6. Die Kraftvergleichsmaschinen arbeiten mit kalibrierten Standardkraftmesszellen, und die Kalibrierung der Kraftnachweisvorrichtung erfolgt durch direkten Vergleich anhand der kalibrierten Kraftmesszelle, die im besten Fall eine Gesamtgenauigkeit von maximal 0,02% hat. Insofern kann die Maschine nicht zum Kalibrieren der Kraftnachweisinstrumente verwendet werden, die für die Klassifizierung von Materialtestmaschinen auf die höchste Klassifikation gemäß den internationalen Standards für die Kalibrierung der Kraftnachweisvorrichtung verwendet werden.
7. Es gibt keine Möglichkeit, die Hysterese aufzuzeichnen, was zu einer unzureichenden Charakterisierung der Kraftmesszellen (der Kraftnachweisvorrichtung) führt.
8. In der Normalbelastungsmaschine erzeugt das Elektromotor-Getriebe-System, das für das Anlegen der Kraft verwendet wird, Lärm, Vibrationen und Schwingungen, was zu längeren Stabilisierungszeiten führt. Des Weiteren können die Totgewichte nur sequenziell von dem Gewichtsstapel angelegt oder entfernt werden, wodurch eine größere Anzahl an Gewichten für die Kalibrierung von Kraftmesszellen mit ähnlicher Kapazität benötigt wird. Des Weiteren gibt es keine Möglichkeit einer vor Ort ausgeführten Nachbestätigung der Kraft, die an die zu kalibrierende Kraftnachweisvorrichtung angelegt oder von ihr entfernt wird.
9. Alle diese Maschinen verbrauchen eine sehr große Energiemenge, sei es zum Erzeugen des statischen Hydraulikdrucks, zum Bewegen des Stößels oder zum Betreiben des Getriebesystems zum Anlegen der Kraft.
10. Alle diese Maschinen haben sich bewegende Passteile, die aufgrund von Verschleiß ausgetauscht werden müssen, wobei dieser Verschleiß zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Kraft führt, die durch die Maschinen gemessen wird, so dass eine häufige Kalibrierung erforderlich ist.

Aus dem bisher bekannten und oben dargelegten Stand der Technik wird deutlich, dass es einen definitiven Bedarf an einer automatisierten Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen gibt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer automatisierten Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen, welche die Nachteile des bisher bekannten und oben dargelegten Standes der Technik beseitigt Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Normalbelastungsmaschine, die sowohl in einem Automatikmodus als auch in einem manuellen Modus verwendet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Kraftmessmaschine, welche die Probleme der Vibrationen und Schwingungen beim Aufladen und Abladen der Totgewichte umgeht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung der Möglichkeit der Zeitplanung einer Sequenz im automatischen Systembetrieb.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Einzelpunktgestängemechanismus zum Stapeln von Totgewichten für eine schnellere Stabilisierung und minimierte parasitäre Komponenten der angelegten Kraft.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Belastungsmaschine, die mit einer sehr geringen Unsicherheit bei der Erzeugung und Messung von Kräften arbeitet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Belastungsmaschine, die mit einer ultra-geringen Unsicherheit in Bezug auf die Wiederholbarkeit der Erzeugung und Messung von Kräften arbeitet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung der Möglichkeit des Aufladens und Abladens von Totgewichten unabhängig von ihrer Position in dem Gewichtsstapel (Zufallsprinzip) sowie sequenziell, damit der Benutzer eine Kraftnachweisvorrichtung mit unterschiedlichen Kapazitäten von bis 10 kN mit einer geringeren Anzahl von Totgewichten kalibrieren kann.
Die Normalbelastungsmaschine besteht aus einer Lastaufhängevorrichtung zum Tragen der Totgewichte, die durch die Lastaufhängevorrichtung angelegt werden können, um die gewünschten Kräfte zu erzeugen, Lastplatten zum Tragen der Kraftmesszelle und einem starren Hauptrahmen zum Tragen aller dieser Komponenten. Das Pneumatiksystem, das mit pneumatischen Betätigungselementen ausgestattet ist, die Stromversorgung und der Luftkompressor dienen der sanften Bewegung der Gewichte während des Aufladens und Abladens.
In der vorliegenden Erfindung wird eine automatisierte Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen bereitgestellt, die Kraftmesszellen mit einer Kapazität von 2,5 und 10 kN kalibrieren kann. Die Maschine der vorliegenden Erfindung verwendet einen Zentralbolzen für jedes Totgewicht, der in einen anderen ähnlichen Bolzen für nachfolgende Gewichte eingeschraubt ist, und so weiter, um als ein einzelner Bolzen zu fungieren, der durch die Mitte jedes Gewichts hindurch verläuft, und sein oberes Ende ist in die Lastaufhängevorrichtung eingeschraubt und wird so ein integraler Bestandteil von ihr, d. h. das Mindesttotgewicht, das an die zu kalibrierende Kraftmesszelle angelegt wird. Die Lastaufhängevorrichtung wie auch die Gewichte ruhen auf pneumatischen Betätigungselementen, die zum Aufladen und Abladen dieser Totgewichte verwendet werden. Jedes pneumatische Betätigungselement ist mit einer Einsteck-Aufnahme-Kupplung versehen, um ein Aufladen und Abladen von derselben Position aus zu gewährleisten, was zu einer verbesserten Wiederholbarkeit führt. Jedes pneumatische Betätigungselement ist einem individuellen Ein-Aus-Ventil eines Druckluftsystems zugeordnet, um jedes Gewicht aus dem Gewichtsstapel unabhängig von seiner Position in dem Gewichtsstapel aufzuladen und abzuladen, damit der Benutzer Kraftmesszellen mit unterschiedlichen Kapazitäten von bis 10 kN mit einer geringeren Anzahl von Gewichten kalibrieren kann. Diese Maschine der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein Aufladen und Abladen fast vibrations- und schwingungsfrei, wodurch sich die Maschine in der kürzestmöglichen Zeit stabilisieren kann. Die Kalibrierung der Kraftmesszelle kann im Druckmodus gemäß der höchsten Genauigkeitsanforderung international anerkannter Kalibrierungsstandards ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist in den 1 bis 6b der Zeichnungen, die dieser Spezifikation beiliegen, veranschaulicht.
In 1 der Zeichnungen ist ein Blockschaubild der automatisierten Normalbelastungsmaschine der vorliegenden Erfindung zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen zu sehen. In 1 ist ein Kraftaufnehmer (30) gezeigt, der kalibriert werden soll und der an eine digitale Anzeige (24) angeschlossen ist. Die Totgewichte (18) sind mit einem pneumatischen Betätigungselementsystem (25, 26, 29) verbunden, das aus mehreren Druckluftventilen (25) besteht, die mit einer Stromversorgung (26) und einem Kompressor (29) verbunden sind. Dieses pneumatische Betätigungselementsystem (25, 26, 29) ist zur manuellen oder automatischen Steuerung befähigt. Die automatische Steuerung erfolgt durch eine Kombination aus einem eingebetteten Serversystem (27) und einem Personalcomputer (28), die mit der digitalen Anzeige (24) und dem pneumatischen Betätigungselementsystem (25, 26, 29) verbunden sind.
2 der Zeichnungen zeigt die Normalbelastungsmaschine der vorliegenden Erfindung, wobei (1) eine obere Endplatte ist und die mehreren Platen (2) mit ähnlichen Abstandshaltern (3) nahe den vier Ecken miteinander verbunden sind. Mehrere Lagergehäuse (4) sind an der oberen Platte befestigt und können ein Ende, das untere Ende, mehrerer Führungsschrauben (5) aufnehmen. Die anderen Enden, die oberen Enden, der Führungsschrauben (5) erstrecken sich durch mehrere Lagergehäuse (6) hindurch, die an einer Stützplatte (7) befestigt sind, die mit einem Riemen-Seilscheiben-System (8) versehen ist, um eine vertikale Bewegung einer Druckplatte (9) zu ermöglichen, die einen zu kalibrierenden Kraftaufnehmer (30) tragen kann. Die Stützplatte (7) ist mittels mehrerer vertikaler Stangen (10) an die obere Platte geschraubt. Eine untere Endplatte (11) wird durch vier Nivellierungsschrauben (12) getragen, die auf einer flachen Platte (13) ruhen, wodurch ein starrer Rahmen gebildet wird. Zwei Stangen (14) verlaufen durch die Druckplatte (9) hindurch, um einen oberen Balken (15) und einen unteren Balken (16) miteinander zu verbinden, um als eine Lastaufhängevorrichtung zu fungieren, die auf pneumatischen Betätigungselementen (17) ruht. Ein Stapel besteht aus mehreren Totgewichten (18) und ruht auf pneumatischen Betätigungselementen (21), die aus mehreren pneumatischen Betätigungselementen (22) bestehen, und ein Zentralbolzen (20), der einem bestimmten Totgewicht zugeordnet ist, ist in einen anderen ähnlichen Bolzen eingeschraubt, der zu einem nachfolgenden Gewicht in dem Gewichtsstapel gehört, und so weiter, so dass ein einziger Zentralbolzen entsteht, und sein oberes Ende ist in den unteren Balken (16) der Lastaufhängungsvorrichtung eingeschraubt. Jedes pneumatische Betätigungselement ist mit einer Einsteck-Aufnahme-Kupplung versehen, um ein Anheben und Absetzen an derselben Position zu ermöglichen, was eine verbesserte Wiederholbarkeit zur Folge hat. Jedes pneumatische Betätigungselement ist einem individuellen Ein-Aus-Ventil eines Druckluftsystems zugeordnet, um jedes Gewicht aus dem Gewichtsstapel unabhängig von seiner Position in dem Gewichtsstapel aufzuladen und abzuladen, damit der Benutzer Kraftmesszellen mit unterschiedlichen Kapazitäten von bis 10 kN mit einer geringeren Anzahl von Gewichten kalibrieren kann.
3(a) und (b) der Zeichnungen zeigen das Prinzip der Verbindung der Totgewichte. 3(a) zeigt Gewichte, die in aufgeladener Position verbunden sind, und 3(b) zeigt Gewichte, die in abgeladener Position verbunden sind.
4 zeigt die Wiederholbarkeit der Kalibrierung der Kraftmesszelle, wobei die Kraftmesszelle an einer einzelnen Position auf ihrer Achse gehalten wird. Ein Satz Punktewurde in einer Reihe aufgezeichnet, ein Satz Punktewurde in einer zweiten Reihe aufgezeichnet ohne die Position der Kraftmesszelle zu stören, ein Satz Punktewurde in einer dritten Reihe aufgezeichnet, ohne die Position der Kraftmesszelle zu stören.
5 zeigt die Wiederholbarkeit der Kalibrierung der Kraftmesszelle, wobei die Kraftmesszelle um verschiedene Winkel auf ihrer Achse gedreht gehalten wird. Ein Satz Punkte ist für den Kraftaufnehmer in der gehaltenen Position, ein andererist für denselben Kraftaufnehmer, um 120° gedreht, und noch ein anderer ist für denselben Kraftaufnehmer, um 240° gedreht.
6(a) und (b) zeigt die Flussdiagramme einer menügesteuerten anwendungsspezifischen Software. 6(a) ist das Flussdiagramm für den Automatikmodus, und 6(b) zeigt das Flussdiagramm für den manuellen Modus, wobei die Funktionsweise der anwendungsspezifischen eingebetteten Software in Verbindung mit der Hardware gezeigt ist, um die Maschine zu bedienen und die Daten zu erfassen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine automatisierte Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen bereit, die in Kombination ein Totgewichtssystem, ein pneumatisches Betätigungselementsystem, das in der Lage ist, jedes Gewicht aus dem Gewichtsstapel unabhängig von seiner Position in dem Gewichtsstapel aufzuladen und abzuladen, und ein Automatiksteuerungssystem umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Totgewichtssystem aus einer Kombination aus einer beweglichen Druckplatte, die eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen halten kann, einer Lastaufhängungsvorrichtung und einem aus mehreren Totgewichten bestehenden Totgewichtsstapel besteht, wobei jedes Totgewicht einen Zentralbolzen aufweist, der in einen anderen ähnlichen Bolzen für nachfolgende Gewichte eingeschraubt werden kann, um als ein einzelner Bolzen zu fungieren, der durch die Mitte jedes Gewichts hindurch verläuft und dessen oberes Ende in die Unterseite der Lastaufhängevorrichtung eingeschraubt ist; wobei die Lastaufhängevorrichtung wie auch die Gewichte auf pneumatischen Betätigungselementen ruhen, die mit einer Einsteck-Aufnahme-Kupplung versehen sind; wobei jedes der pneumatischen Betätigungselemente einem individuellen Ein-Aus-Ventil des Druckluftsystems zugeordnet ist, das aus einer Kombination aus einem Luftkompressor und einer Stromversorgung besteht; wobei der elektrische Ausgang der zu kalibrierenden Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen an das Automatiksteuerungssystem angeschlossen ist, das aus einer herkömmlichen digitalen Anzeige und einem Computersystem besteht, das mit einem eingebetteten Serversystem ausgestattet ist, das in der Lage ist, das Aufladen und Abladen der Gewichte mittels des pneumatischen Betätigungselementsystems zu steuern.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer Kombination aus einem Druckluftsystem, das aus einem Kompressor und einer Stromversorgung besteht, und den pneumatischen Betätigungselementen eine beliebige manuelle Auswahl der Gewichte aus dem Gewichtsstapel.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer Kombination aus einem Druckluftsystem, das aus einem Kompressor und einer Stromversorgung besteht, und den pneumatischen Betätigungselementen eine beliebige automatische Auswahl der Gewichte aus dem Gewichtsstapel durch eine Kombination aus einem eingebetteten Serversystem, einer computerkompatiblen Anzeige und einem Personalcomputer über eine menügesteuerte anwendungsspezifische Software.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die automatisierte Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen: einen starren Hauptrahmen, der aus einer horizontalen oberen Endplatte (1), einer horizontalen unteren Endplatte (11), die durch vier Nivellierungsschrauben (12) getragen wird, die auf einer flachen Platte (13) ruhen, und mehreren horizontalen Platten (2) besteht, die durch mehrere ähnliche Abstandshalter (3) getrennt sind und nahe den vier Ecken der oberen Endplatte (1), der unteren Endplatte (11) bzw. den mehreren Platten (2) miteinander verbunden sind; wobei die obere Platte an der Oberseite mit mehreren Lagergehäusen (4) versehen ist, die ein Ende, das untere Ende, von mehreren Führungsschrauben (5) aufnehmen können, wobei die oberen Enden der Führungsschrauben (5) durch mehrere Lagergehäuse (6) hindurchgeführt sind, die an einer Stützplatte (7) befestigt sind, die an der oberen Platte mittels mehrerer vertikaler Stangen (10) angeschraubt sind; wobei die obere Platte (7) mit einem Riemen-Seilscheiben-System (8) versehen ist, das eine vertikale Bewegung einer horizontalen Druckplatte (9) ermöglicht, die eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen tragen kann; wobei die Druckplatte (9) mit einer Lastaufhängungsvorrichtung versehen ist, die aus zwei vertikalen Stangen (14) besteht, die durch die horizontale Druckplatte (9) hindurch verlaufen, um einen oberen horizontalen Balken (15) und einen unteren horizontalen Balken (16) miteinander zu verbinden; wobei sich an der Unterseite des Balkens (16) mehrere miteinander verbundene, konisch zulaufende Zentralbolzen (20) mit einem Gewichtsstapel (19) befinden, der aus mehreren Totgewichten (18) besteht, die durch die mehreren miteinander verbundenen verjüngten Zentralbolzen (20) miteinander verbunden sind, die einen Teil der Lastaufhängungsvorrichtung bilden; wobei jedes der Gewichte auf pneumatischen Betätigungselementen (21) aus mehreren pneumatischen Betätigungselementen (22) ruht; wobei die pneumatischen Betätigungselemente (21, 22) mit einem Luftkompressor und einer Stromversorgung (26) verbunden sind, um ein pneumatisches Betätigungselementsystem zu bilden; wobei der elektrische Ausgang der zu kalibrierenden Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen an eine herkömmliche digitale Anzeige (24) und an ein Computersystem angeschlossen ist, das mit einem eingebetteten Serversystem (27) ausgestattet ist, das in der Lage ist, das Aufladen und Abladen der Gewichte mittels des pneumatischen Betätigungselementsystems zu steuern.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Größenordnung der angelegten Kraft im Bereich von 0,2 kN bis 10 kN.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kraft in einem Bereich von 0,2 kN bis 10 kN gemessen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Unsicherheit bei der Kraftmessung im Druckmodus über den gesamten Bereich kleiner als ±0,004%.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Masse so zum oberen und zum unteren Teil verteilt, dass sich der Masseschwerpunkt des Lastrahmens unter der Kraftnachweisvorrichtung befindet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Gewichte axial gestapelt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung misst der Spalt zwischen jeweils zwei Gewichten zwischen 10 mm und 150 mm mit einer Toleranz von ±0,5 mm.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kegelsitz des Zentrallochs der Gewichte einen eingeschlossenen Winkel in einem Bereich zwischen 60° und 120° auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Zentralbolzen jedes der Gewichte einen eingeschlossenen Verjüngungswinkel in einem Bereich zwischen 60° und 120° auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die horizontale Druckplatte, die eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen tragen kann, und der obere horizontale Balken der Lastaufhängungsvorrichtung mit Lastblöcken versehen, die auf HRC 50 bis 65 gehärtet sind und auf eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit von 0,2 bis 0,4 Mikrometer geschliffen sind und konzentrische Kreise aufweisen, um ein Zentrieren der zu kalibrierende Kraftmesszelle zu ermöglichen.
Der Hauptrahmen der Maschine besteht aus einer schweren Platte und mehreren Platten (2), die durch Abstandshalter (3) miteinander verbunden sind, wobei die unterste Platte von Nivellierungsschrauben (12) getragen wird, die auf einer flachen Platte (13) ruhen, wie in 2 der Zeichnungen schematisch gezeigt. Die Druckplatte (9) im oberen Abschnitt des Maschinenrahmens weist mehrere Löcher auf, durch die die Verbindungsstange der Lastaufhängungsvorrichtung hindurchgeführt wird. Diese Druckplatte wird von zwei Schrauben gestützt, die mit einem Ende auf der oberen Platte aufliegen und deren anderes Ende an einem Riemen-Seilscheiben-System befestigt ist, um die Testkraftmesszelle von 20 bis 300 mm in Druck aufzunehmen. Die horizontale Druckplatte, auf der man die Kraftmesszelle aufliegen lässt, ist auf HRC 50 bis 65 gehärtet und auf eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit von 0,2 bis 0,4 Mikrometer geschliffen. Auf der horizontalen Druckplatte sind konzentrische Kreise ausgebildet, um das Zentrieren der Kraftmesszelle zu erleichtern. Die Höhe vom Boden bis zur obersten Stützplatte (7) liegt ungefähr in der Größenordnung von 4 Meter, und die Oberseite des Gewichtsstapels (19) befindet sich ungefähr 3,0 Meter hoch über dem Boden, wo der Wert g, die lokale Schwerkraft nahe dem Boden der Maschine, praktisch gemessen wird. Eine Last wird an die Kraftmesszelle über die lasttragende Aufhängungsvorrichtung (14, 16) angelegt. Die Masse wird so zum oberen und zum unteren Teil verteilt, dass sich der Masseschwerpunkt des Lastrahmens unter der Kraftmesszelle befindet. Die auf der Druckplatte (9) angeordnete Kraftmesszelle (30) trägt die obere Platte der Aufhängungsvorrichtung, während das untere Ende der Aufhängungsvorrichtung direkt mit dem Gewichtsstapel (19) verbunden ist. Die Gewichte ruhen auf einem individuellen Einzelträger, und darum kann jedes Gewicht unabhängig von seiner Position in dem Gewichtssatz angelegt oder entfernt werden, um die Kalibrierungskräfte zu erhöhen oder zu verringern. In der vorliegenden Erfindung dient der Zentralbolzen (20) dazu, ein Gewicht in einer Belastungsposition zu halten. Der Kegelwinkel liegt im Bereich von 60° bis 120°. Ein Führungskegel zwischen dem Zentralbolzen (20) und dem Gewichtskörper hilft bei einer besseren Ausrichtung, wie in den 3(a) und (b) gezeigt. Das oberste Gewicht ist mit dem Lastrahmen verbunden, um die Last an die Kraftmesszelle anzulegen, die auf der Druckplatte (9) angeordnet ist. Die Aufhängungsvorrichtung wirkt immer als erstes auf die zu kalibrierende Kraftmesszelle ein und wird als letztes von der zu kalibrierenden Kraftmesszelle entfernt. Die Platte (2), der Abstandshalter (3) und das Gewicht sind so konstruiert, dass der Abstand von 10 mm bis 150 mm zwischen zwei Gewichten auf eine geringe Toleranz von ±0,5 mm beibehalten bleibt, um das Aufladen und Abladen der Gewichte innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls in einem Bereich von 10 Sekunden bis 300 Sekunden zu ermöglichen. Alle Gewichte ruhen zu Beginn auf dem individuellen pneumatischen Betätigungselement, das auf der jeweiligen Platte (2) aufliegt. Durch allmähliches Absenken des Gewichts mittels Betätigung des Betätigungselements nimmt die Lastaufhängungsvorrichtung vorgegebene Totgewichte auf, wodurch die Kraftmesszelle belastet wird. Die auf die Kraftmesszelle einwirkenden Gewichte sind die Summe des Gewichts plus das Gewicht der Lastaufhängungsvorrichtung.
Die Maschine ist über menügesteuerte pneumatische Betätigungselemente vollständig automatisiert, um die vorgegebene Kraft an die zu kalibrierende Testkraftmesszelle anzulegen. Die pneumatischen Betätigungselemente halten in der offenen Stellung alle Gewichte in einer festen Position und sind über das eingebettete Serversystem (27) und die Stromversorgung (26) an einen PC (28) angeschlossen. Speziell entwickelte Hardware- und Software(HW/SW)-Teilsysteme wurden zur Automatisierung der Belastungsmaschine verwendet. Ein auf einem Mikrocontroller basierendes, mit einem PC verbundenes eingebettetes Serversystem macht den Betrieb der Maschine mit der menügesteuerten, auf Windows basierenden anwendungsspezifischen Software interaktiv, wie in den Flussdiagrammen in den 6(a) und 6(b) der Zeichnungen

Claims

Automatisierte Normalbelastungsmaschine zur Kalibrierung von Kraftmesszellen mit Dehnungsmessstreifen, die in Kombination ein Totgewichtssystem, ein pneumatisches Betätigungselementsystem, das in der Lage ist, jedes Gewicht aus dem Gewichtsstapel (19) unabhängig von seiner Position in dem Gewichtsstapel (19) aufzuladen und abzuladen, und ein Automatiksteuerungssystem umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Totgewichtssystem aus einer Kombination aus einer beweglichen Druckplatte (9), die eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen halten kann, einer Lastaufhängungsvorrichtung und einem aus mehreren Totgewichten (18) bestehenden Totgewichtsstapel besteht, wobei jedes Totgewicht einen Zentralbolzen (20) aufweist, der in einen anderen ähnlichen Bolzen für nachfolgende Gewichte eingeschraubt werden kann, um als ein einzelner Bolzen zu fungieren, der durch die Mitte jedes Gewichts hindurch verläuft und dessen oberes Ende in die Unterseite der Lastaufhängevorrichtung eingeschraubt ist; wobei die Lastaufhängevorrichtung wie auch die Gewichte auf pneumatischen Betätigungselementen (21, 22) ruhen, die mit einer Einsteck-Aufnahme-Kupplung versehen sind; wobei jedes der pneumatischen Betätigungselemente (21, 22) einem individuellen Ein-Aus-Ventil des Druckluftsystems zugeordnet ist, das aus einer Kombination aus einem Luftkompressor und einer Stromversorgung (26) besteht; wobei der elektrische Ausgang der zu kalibrierenden Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen an das Automatiksteuerungssystem angeschlossen ist, das aus einer herkömmlichen digitalen Anzeige (24) und einem Computersystem besteht, das mit einem eingebetteten Serversystem (27) ausgestattet ist, das in der Lage ist, das Aufladen und Abladen der Gewichte mittels des pneumatischen Betätigungselementsystems zu steuern.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bereitstellung einer Kombination aus einem Druckluftsystem, das aus einem Kompressor und einer Stromversorgung besteht, und den pneumatischen Betätigungselementen eine beliebige manuelle Auswahl der Gewichte aus dem Gewichtsstapel ermöglicht.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bereitstellung einer Kombination aus einem Druckluftsystem, das aus einem Kompressor und einer Stromversorgung besteht, und den pneumatischen Betätigungselementen eine beliebige automatische Auswahl der Gewichte aus dem Gewichtsstapel durch eine Kombination aus einem eingebetteten Serversystem und einem Personalcomputer über eine menügesteuerte anwendungsspezifische Software ermöglicht.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Maschine Folgendes umfasst: einen starren Hauptrahmen, der aus einer horizontalen oberen Endplatte (1), einer horizontalen unteren Endplatte (11), die durch vier Nivellierungsschrauben (12) getragen wird, die auf einer flachen Platte (13) ruhen, und mehreren horizontalen Platten (2) besteht, die durch mehrere ähnliche Abstandshalter (3) getrennt sind und nahe den vier Ecken der oberen Endplatte (1), der unteren Endplatte (11) und/oder den mehreren Platten (2) miteinander verbunden sind; wobei die obere Platte an der Oberseite mit mehreren Lagergehäusen (4) versehen ist, die ein Ende, das untere Ende, von mehreren Führungsschrauben (5) aufnehmen können, wobei die oberen Enden der Führungsschrauben (5) durch mehrere Lagergehäuse (6) hindurchgeführt sind, die an einer Stützplatte (7) befestigt sind, die an der oberen Platte mittels mehrerer vertikaler Stangen (10) angeschraubt sind; wobei die obere Platte (7) mit einem Riemen-Seilscheiben-System (8) versehen ist, das eine vertikale Bewegung einer horizontalen Druckplatte (9) ermöglicht, die eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen tragen kann; wobei die Druckplatte (9) mit einer Lastaufhängungsvorrichtung versehen ist, die aus zwei vertikalen Stangen (14) besteht, die durch die horizontale Druckplatte (9) hindurch verlaufen, um einen oberen horizontalen Balken (15) und einen unteren horizontalen Balken (16) miteinander zu verbinden; wobei sich an der Unterseite des Balkens (16) mehrere miteinander verbundene, konisch zulaufende Zentralbolzen (20) mit einem Gewichtsstapel (19) befinden, der aus mehreren Totgewichten (18) besteht, die durch die mehreren miteinander verbundenen verjüngten Zentralbolzen (20) miteinander verbunden sind, die einen Teil der Lastaufhängungsvorrichtung bilden; wobei jedes der Gewichte auf pneumatischen Betätigungselementen (21) aus mehreren pneumatischen Betätigungselementen (22) ruht; wobei die pneumatischen Betätigungselemente (21, 22) mit einem Luftkompressor und einer Stromversorgung (26) verbunden sind, um ein pneumatisches Betätigungselementsystem zu bilden; wobei der elektrische Ausgang der zu kalibrierenden Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen an eine herkömmliche digitale Anzeige (24) und an ein Computersystem angeschlossen ist, das mit einem eingebetteten Serversystem (27) ausgestattet ist, das in der Lage ist, das Aufladen und Abladen der Gewichte mittels des pneumatischen Betätigungselementsystems zu steuern.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Größenordnung der angelegten Kraft im Bereich von 0,2 kN bis 10 kN liegt.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraft in einem Bereich von 0,2 kN bis 10 kN gemessen wird.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Unsicherheit bei der Kraftmessung im Druckmodus über den gesamten Bereich kleiner als ±0,004% ist.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Masse so zum oberen und zum unteren Teil verteilt ist, dass sich der Masseschwerpunkt des Lastrahmens unter der Kraftnachweis-vorrichtung befindet.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gewichte axial gestapelt sind.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spalt zwischen jeweils zwei Gewichten zwischen 10 mm und 150 mm mit einer Toleranz von ±0,5 mm misst.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kegelsitz des Zentrallochs der Gewichte einen eingeschlossenen Winkel in einem Bereich zwischen 60° und 120° aufweist.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zentralbolzen jedes der Gewichte einen eingeschlossenen Verjüngungswinkel in einem Bereich zwischen 60° und 120° aufweist.
Automatisierte Normalbelastungsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die horizontale Druckplatte eine zu kalibrierende Kraftmesszelle mit Dehnungsmessstreifen tragen kann und der obere horizontale Balken der Lastaufhängungsvorrichtung mit Belastungsblöcken versehen ist, die auf HRC 50 bis 65 gehärtet sind und auf eine durchschnittliche Oberflächen-rauigkeit von 0,2 bis 0,4 Mikrometer geschliffen sind und konzentrische Kreise aufweisen, um ein Zentrieren der zu kalibrierende Kraftmesszelle zu ermöglichen.