Kalibrierung von Zugprüfmaschinen und Kraftmessgeräten

Die Kalibrierung von den axial gerichteten bzw. lateral gerichteten Kraftmesseinrichtungen (die auch als „vertikal und horizontal ausgerichtete Kraftmesseinrichtungen“ bezeichnet werden könnten, aber dies wäre keine präzise Bezeichnung) der Zugprüfmaschinen bzw. der Zug- und Druckkraftmessgeräte führen wir fast ausnahmslos vor Ort durch.

Zum Einen aus dem Grund, weil in der Mehrheit der Fälle diese Einrichtungen aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts nicht oder nur unter besonderem Aufwand für den Transport geeignet sind; zum Anderen aber auch aus dem Grund, weil diese Einrichtungen laut Vorschriften der einschlägigen Norm nach einer Verlagerung, einem Transport bzw. einer Umplatzierung usw. am Aufstellungsort des Geräts  neu kalibriert werden müssen.

Der vollständige Name der einschlägigen Prüfungsnorm: MSZ EN ISO 7500-1 Prüfung von statischen einachsigen Prüfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen - Prüfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung

Die Kalibrierung nach der internationalen Norm MSZ EN ISO 7500-1 beinhaltet folgende Prüfschritte:

Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung des Geräts, aufgrund deren folgende metrologische Parameter ermittelt werden:

• regelmäßiger Fehler der Maschine
• Wiederholungsfehler der Maschine
• Umkehrfehler der Maschine
• Nullpunktfehler der Maschine

Wissenswertes...

Aufgrund der Anforderungen in der einschlägigen Norm lassen sich die Prüfgeräte in folgende Genauigkeitsklassen einordnen:

TABELLLE 1: Norm MSZ EN ISO 7500-1, Tabelle 2.

Ein wenig Theorie...

Klassifizierung der Zugkraftmessgeräte aufgrund ihrer Funktionsweise:

• mechanisch (in Pendelausführung, mit Laufmasse-Waagebalken, Federwaage usw.)
• hydraulisch (Manometer, Pendel-Manometer usw.)
• elektronisch (Druckmesszelle, Messverstärker usw.)

Zug-, Druck- und Biegeprüfung
Zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten erweist sich im Allgemeinen die Zugprüfung als meist vorteilhaft. Die Zugprüfung ist nichts Anderes als die Modellierung der einachsigen Zugbeanspruchung. Der Zugprüfkörper ist ein represäntatives Muster, welches dem Material oder der Materialcharge entnommen wird. An den Zugprüfkörper bzw. an die Zugprüfmaschine, die die Zugprüfung durchführt, werden festgelegte Anforderungen gestellt.
Im Laufe der Zugprüfung wird ein Zugdiagramm aufgenommen, d.h. es wird eine Dehnung-Kraft-Kurve ermittelt.
Die DEHNUNG-KRAFT Kurve kann folgendermaßen ermittelt werden:

• Grobe Messung – das Dehnsignal wird durch die Bewegung der Klemme geliefert
• Feinmesssung – der am Signalabstand des Prüfkörpers befestigte Wegaufnehmer ist der Sender des Dehnsignals. (dazu ist meistens eine Präzionsdehnungsmesser mit großer Auflösung erforderlich)

Im ersten Fall ist nur die Messung der charakteristischen Kraftkennwerte genau, im letzteren Fall können auch die Wegwerte für die Auswertung genutzt werden.

Die Zugprüfung besteht aus vier Phasen:

• Phase der elastischen Verformung,
• Phase des Fließens,
• Phase der Verfestigung,
• Phase der Kontraktion.

ABBILDUNG 1: Zugversuchsdiagramm

Aufgrund der Zugdiagramme bzw. der Maße der Prüfkörper vor und nach der Prüfung lassen sich folgende Kennwerte berechnen:

Festigkeitskennwerte:

• Zugfestigkeit: fiktive Spannung, die sich aus dem Quotienten der maximalen Zugkraft , dividiert durch die ursprüngliche
  Querschnittsfläche errechnet:
• Streckgrenze: charakteristische Spannung, die aus der Kraft errechnet werden kann, die zum Phänomen des Fließens gehört:
• Konventionelle Streckgrenze: die Spannung, die aus der Kraft errechnet werden kann, die der bleibenden Verformung von 0,2% entspricht:
• Reale (“wahre”) Spannung: errechnet sich aus der charakteristischen Kraft, dividiert durch die momentan gültige Querschnittsfläche:

Verformungskennwerte:

• Gleichmaßdehnung:
• Bruchdehnung:
• Kontraktion:
• Logarithmische Formänderung:

Bei den Umformtechnologien wird die logarithmische Formänderung verwendet, da die aufeinander folgende prozentuale Formänderungen in diesem Fall korrekt addiert werden können. Die Ergebnisse einer Zugprüfung stellen in dem technischen Leben wichtige Grundlagen für die Größenbestimmung dar. Als Grundlage für die Größenbestimmung bei elastischer Verformung bzw. bei Steifigkeit dient der Elastizitätsmodul  während bei einer Querkontraktion die Poissonzahl verwendet wird.

Grundlagen für die statische Festigkeitsgrößenbestimmung: die Streckgrenze (die sog. zugelassene Spannung, die durch einen entsprechenden Sicherheitsfaktor reduziert wird), die konventionelle Streckgrenze, sowie die Zugfestigkeit.

Neben den Zugprüfungen sind auch die Druck-Biege-Prüfungen verbreitet. Diese werden zur Qualifizierung von wenig umformbaren Keramiken, Gußeisen, Hartmetallen, spröden Verbundwerkstoffen usw. verwendet.