Die neu entwickelte MKA-Messeinrichtung punktet nicht nur durch den Messbereich, den Aufbau und die schiere Größe – vor allem das Automatisierungskonzept stellt ein Novum dar. Die neue Bezugsnormal-Messeinrichtung ermöglicht die genaue Steuerung und Regelung der Krafteinleitung über selbstentwickelte Hexapoden, während die hochpräzise und ebenfalls eigenentwickelte Aufnehmer-Messtechnik sämtliche Kräfte und Momente in Echtzeit und mit bislang unerreichter Genauigkeit erfasst und auswertet.
Entwicklung in der Metrologie
GTM wurde im Jahr 2005 als erstes Laboratorium für Mehrkomponenten-Messtechnik nach ISO/IEC17025 akkreditiert. Seitdem hat das Unternehmen nicht nur Kraft- und Drehmomentaufnehmer kalibriert, sondern auch Mehrkomponenten-Aufnehmer. Dabei gibt es zwei Ansätze: Entweder wird der Betrag der Kraft für jede einzelne Komponente präzise bestimmt, während die weiteren Größen wie Kraftangriffspunkte, Kraftrichtung und Hebelarme lediglich geschätzt werden. Diese Messungen erfolgen auf einaxialen Messeinrichtungen. Der zweite Ansatz besteht darin, den Kraftvektor vollständig zu messen. GTM ist überzeugt, dass sich letzteres langfristig in staatlichen Instituten wie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und in der Industrie durchsetzen wird. Aus diesem Grund wurde in Ergänzung zur einaxialen Mehrkomponenten-Bezugsnormalmesseinrichtung eine vollautomatische Anlage entwickelt, die neue Möglichkeiten eröffnen soll.
Lange Vorgeschichte
Die Entwicklung der neuen MKA-Messeinrichtung von GTM war eine technologische Herausforderung, für die zahlreiche Vergleichsmessungen und teilweise sogar Grundlagenforschung nötig waren. Als produktiv erwiesen sich Diskussionen mit Gutachtern und die Akkreditierung der Einrichtung im Jahr 2022. Bisherige Mehrkomponenten-Kalibrierungsverfahren wiesen Schwachstellen auf, sei es in Bezug auf die erreichbare Messunsicherheit oder den Kalibrieraufwand – beides kundenrelevante Aspekte. Die Überlegungen, eine neue Messeinrichtung zu entwickeln, begannen bereits 2016, als die Nachfrage nach MKA-Kalibrierungen so stark anstieg, dass alle Aufträge mit der damals bestehenden Messeinrichtung und dem bisherigen Verfahren nicht mehr abgewickelt werden konnten. Denn: Der bis dahin ausschließlich manuelle Kalibrierprozess war sehr aufwändig und zeitraubend, was sich in erhöhten Durchlaufzeiten widergespiegelt hat. Mit der neuen vollautomatischen Messeinrichtung hat GTM den Zeitaufwand und die damit verbundenen Durchlaufzeiten deutlich reduziert. Die Kalibrierung erfolgt automatisiert, teils sogar über Nacht.
Geringe Messunsicherheit
Die in Eigenregie entwickelte Messeinrichtung hat die Messunsicherheit der Kalibrierung im Vergleich zur bisherigen Akkreditierung um den Faktor fünf verringert. Gleichzeitig sind die Abmessungen mit 4,5m3 sehr kompakt. Der Kalibrierbereich wurde erweitert, er berücksichtigt realistische und anwendungsorientierte Einbaubedingungen des Kalibriergegenstands. Die Messunsicherheit beträgt laut Anbieter nur 0,1 Prozent. Die Einrichtung kann Kräfte von 4 bis 500kN axial und 2 bis 200kN quer präzise messen. Auch die Messung von Momenten zwischen 2 und 50kN·m ist möglich. Solche Messbereiche bei einer so geringen Messunsicherheit sind normalerweise nur mit einaxialen Einrichtungen erreichbar.
Um diese Ergebnisse zu erzielen, hat GTM erheblichen konstruktiven Aufwand betrieben. Die Basis der Messeinrichtung besteht aus drei verschiedenen Plattformen, die mit Blick auf die Größe der Kalibriergegenstände hohe Flexibilität bieten. Die Kraftaufnehmer der Serie K, die zum Einsatz kommen, sind speziell angepasste Modelle, ausgestattet mit ebenfalls eigenentwickeltem Zubehör. Während der Entwicklung der neuen Messeinrichtung stellte sich schnell heraus, dass es keine geeigneten mechanischen Komponenten auf dem Markt gab, z.B. einen passenden Hexapoden. Daher entschied sich GTM noch in einer sehr frühen Phase der Entwicklung kurzerhand dazu, diese Einheit und alles, was dazu gehört, selbst zu entwickeln. Aufbauend auf der kompletten mechanischen Eigenentwicklung hat GTM bei Antriebstechnik und leistungsstarker Messelektronik von Beckhoff die perfekte Ergänzung für die neue MKA-Messeinrichtung gefunden.
Hochpräzise Messungen
Die neue Messeinrichtung soll neue Möglichkeiten in verschiedenen Anwendungsgebiete bieten. So etwa in der Luftfahrtindustrie bei detaillierten Messungen und aerodynamischen Versuchen im Windkanal oder der exakten Bewertung von Modifikationen. Ähnliches gilt für Rotorblätter von Windenergieanlagen, für Schiffsantriebe oder die Messung des Rollwiderstands von Autoreifen. Ein weiterer Vorteil der GTM-Konstruktion liegt darin, dass sie die Schwerkraft präzise in beliebiger Richtung nachbilden kann. Dadurch können kundenspezifische Anwendungen unter realistischen Bedingungen kalibriert werden.
