Normen und Richtlinien in der Kraftmessung – ein umfassender Überblick
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Technika měření síly se opírá o systém vzájemně na sebe navazujících norem. Podle normy ISO 376 se měřicí přístroje síly kalibrují a zařazují do čtyř tříd (00, 0,5, 1, 2). Norma ISO 7500 upravuje kalibraci zkušebních strojů a stanovuje požadavky na referenční snímač síly, které musí splňovat třída podle normy ISO 376. Norma DKD-R 3-3 umožňuje zjednodušené kalibrace mimo oblast zkoušení materiálů, avšak s vyššími nejistkami měření. GTM-RL-003 je vlastní postup společnosti GTM, který díky většímu počtu montážních poloh dosahuje nižších měřicích nejistot než norma ISO 376. EURAMET Calibration Guide No. 4 doplňuje všechny uvedené normy o praktické výpočtové pomůcky pro měřicí nejistotu. Která norma je vhodná pro kterou aplikaci, závisí na oblasti použití, požadované třídě přesnosti a regulačním rámci.
Präzision bei der Kraftmessung beginnt mit den richtigen Normen. Doch davon gibt es einige, und es ist nicht immer einfach, hier den Überblick zu behalten: ISO 376, DKD-R 3-3, ISO 7500 – welche davon ist für eine bestimmte Anwendung besonders wichtig, und wie unterscheiden sie sich?
Fest steht: Von international anerkannten Kalibrierstandards bis hin zu branchenspezifischen Richtlinien spielt jede davon eine entscheidende Rolle, um Genauigkeit, Rückverfolgbarkeit und Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus gibt es einige weitere Ansätze, die sogar über konventionelle Normen hinausgehen, um noch geringere Messunsicherheiten zu erzielen. Ein Beispiel dafür ist GTM-RL-003, ein von uns bei GTM entwickeltes Kalibrierverfahren.
Welche Norm oder Vorschrift nun für eine bestimmte Anwendung relevant ist und zum Tragen kommt, ist keine triviale Entscheidung. Je nachdem, ob es um maximale Präzision, kosteneffiziente Kalibrierung oder eine speziell auf die Anwendung zugeschnittene Norm geht: Wer die Unterschiede kennt, hat es leichter mit dem eigentlichen Messprozess. Und aus diesem Grund geben wir an dieser Stelle eine kurze Übersicht der wichtigsten Normen und welche Auswirkungen sie haben.
ISO 376: Die internationale Norm zur Kalibrierung von Kraftmessgeräten
Die ISO 376 ist die weltweit anerkannte Norm zur Kalibrierung von Kraftmessgeräten und wird seit über 60 Jahren in verschiedenen Versionen angewendet (ihre Anfänge reichen sogar noch weiter zurück). Ursprünglich entwickelt und auch heute noch so angewendet, um Werkstoffprüfmaschinen bei statischen Kräften zu klassifizieren, ist sie aufgrund ihrer hohen Anerkennung die Grundlage für die Kalibrierung in vielen Bereichen.
Die ISO 376 umfasst:
- Wiederholpräzision: Zwei Messreihen unter identischen Bedingungen in derselben Einbaustellung – das Ergebnis zeigt, wie wiederholbar der Sensor bei unveränderten Bedingungen misst.
- Vergleichspräzision: Messungen in drei Einbaustellungen, jeweils um 120° der Messachse gedreht. So wird erfasst, wie der Sensor auf unterschiedliche Einbaustellungen reagiert — ein Maß für seine Reproduzierbarkeit im realen Einsatz.
- Umkehrspanne (Hysterese): Beschreibt den Unterschied im Ausgangssignal zwischen steigender und fallender Belastung — ein Maß für die Richtungsabhängigkeit des Sensors.
- Regressionsabweichung: Die Abweichung zwischen der realen Sensorkennlinie und der mathematischen Kurvenanpassung.
- Kriechen: Die Signalveränderung unter konstanter Last über die Zeit — seit ISO 376:2011 ein eigenständiges Klassifizierungskriterium.
Besonders die Vergleichspräzision berücksichtigt den vektoriellen Charakter der Kraft. Eine Kalibrierung ist maximal 26 Monate gültig. Eine frühere Rekalibrierung ist erforderlich, sollte der Kraftaufnehmer überlastet oder instandgesetzt worden sein.
Die Norm wird nicht nur für die Kalibrierung von Kraftmessgeräten verwendet, sondern ist durch die ISO 7500 vorgeschrieben, welche die Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen regelt. So muss beispielsweise eine Klasse 0,5-Prüfmaschine mit einem nach ISO 376 klassifizierten Kraftmessgerät der Klasse 0,5 kalibriert werden.
ISO 7500: Kalibrierung und Überprüfen von Werkstoffprüfmaschinen
Die ISO 7500 ist eine internationale Norm, die besonders in der Materialprüfung von Bedeutung ist. Sie stellt sicher, dass Werkstoffprüfmaschinen die aufgebrachten Kräfte präzise und zuverlässig messen. International findet dieses Verfahren eine sehr hohe Anerkennung.
Die ISO 7500 schreibt außerdem vor, dass Materialprüfmaschinen regelmäßig überprüft und kalibriert werden müssen, um die Genauigkeit der Kraftmessung sicherzustellen. So empfiehlt die Norm als Kalibrierintervall einen Abstand von nicht mehr als 12 Monaten. Eine Neukalibrierung ist außerdem zwingend erforderlich, wenn sich der Aufstellungsort der Prüfmaschine ändert oder nach Reparaturen, die die Kraftmessung beeinflussen könnten.
DKD-R 3-3: Die deutsche Richtlinie zur Kalibrierung von Kraftmessgeräten
Für industrielle Anwender, die einfachere und kostengünstigere Kalibrierverfahren suchen, wurde die DKD-R 3-3 vom Deutschen Kalibrierdienst (DKD) in Zusammenarbeit mit der PTB entwickelt. Diese Richtlinie beschreibt vereinfachte Kalibrierabläufe im Vergleich zur ISO 376.
Dabei gibt es eine Besonderheit zu beachten: Durch die Vereinfachung können die vektoriellen Eigenschaften der Kraft möglicherweise nicht vollständig erfasst werden. Zudem darf ein vereinfachtes Verfahren nicht zu kleineren Messunsicherheiten führen. Daher schreibt die DKD-R 3-3 vor, sogenannte a-priori-Werte, beispielsweise aus früheren Kalibrierungen, zu berücksichtigen. Wichtig: Nach DKD-R 3-3 kalibrierte Kraftmessgeräte erfüllen nicht die für die Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen geforderten Voraussetzungen.
GTM-RL-003: Herstellereigenes Kalibrierverfahren für Referenzkraftaufnehmer in Kraftmesseinrichtungen
Für Anwendungen, die maximale Genauigkeit und minimale Messunsicherheiten erfordern, bieten wir ein eigenes, von uns selbstentwickeltes Verfahren an: die GTM-RL-003. Diese Richtlinie wurde speziell für die Kalibrierung von Referenzkraftaufnehmern entwickelt, die in Kraft-Bezugsnormalmesseinrichtungen oder bei Ringvergleichen eingesetzt werden.
Unser Verfahren umfasst:
- Kalibrierung in vier oder mehr Einbaustellungen.
- Zwei oder mehr Messreihen pro Einbaustellung.
Mit der GTM-RL-003 können kleinere Messunsicherheiten erzielt werden als bei einer Kalibrierung nach ISO 376. Dieses Verfahren ist besonders für nationale metrologische Institute und andere hochpräzise Anwendungen geeignet.
EURAMET Calibration Guide No. 4: Leitfaden zur Messunsicherheit in der Kraftmessung
Die europäische Richtlinie EURAMET Calibration Guide No. 4 (aktuelle Version 3.0, Stand Februar 2022) bietet eine Anleitung zur Abschätzung der Messunsicherheit in verschiedenen Bereichen der Kraftmessung. Sie enthält Hinweise für die Kalibrierung, einschließlich der Auswahl geeigneter Referenznormale und der Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen.
Sie ist eine wertvolle Ergänzung für:
- Kraftaufnehmerkalibrierungen nach ISO 376
- Werkstoffprüfmaschinenkalibrierungen nach ISO 7500
- Verschiedene Bauarten von Kraftmesseinrichtungen
Der Leitfaden ist besonders hilfreich für Fachleute, die ein Messunsicherheitsbudget für ihre Anwendungen erstellen müssen. Er ergänzt die bestehenden Normen und bietet praktische Unterstützung bei der Bewertung von Unsicherheiten. Weiterhin dient die Richtlinie dazu, die Kalibrierverfahren in Europa zu vereinheitlichen.
... und warum sind diese Normen so wichtig?
Soweit unser kompakter Überblick! Normen und Richtlinien wie die ISO 376, DKD-R 3-3 oder GTM-RL-003 sind nicht nur technische Standards – sie schaffen Vertrauen in die Messgenauigkeit und sorgen für weltweite Vergleichbarkeit. Ob in der Forschung, Industrie oder Kalibrierung: Die richtige Norm kann einen Unterschied ausmachen.
Autor: Daniel Schwind, Technischer Geschäftsführer der GTM Testing and Metrology GmbH
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