Kostenlose App für digitale Kraftkalibrierungen

GTMCalibrationApp mit integriertem ForceManager

GTMCalibrationApp mit integriertem ForceManager

Druckkraftkalibrierung mit Tablet-PC

Druckkraftkalibrierung mit Tablet-PC

50kN-Zugkraftkalibrierung mit Tablet-PC

50kN-Zugkraftkalibrierung mit Tablet-PC

Ausgelöste Überlastsicherung an Smartphone

Ausgelöste Überlastsicherung an Smartphone

Die neue GTMCalibrationApp ermöglicht, dass lediglich ein Tablet-Computer benötigt wird, um Kalibrierungen von Kraftaufnehmern durchzuführen. Bei kleineren Kräften bis 20 kN ist sogar die Verwendung von Smartphones ausreichend. Die App ist damit das erste Projekt, das im Rahmen des von der Bundesregierung im Koalitionsvertrag genannten Zukunftprojektes "Industrie 4.0" zum erfolgreichen Abschluss geführt wurde. Die App ist für Android-, Apple iOS- und alle Linux- sowie Microsoft-Windows-Betriebssysteme erhältlich.

Die einzige wesentliche Bedingung, welche die Tablets oder Smartphones erfüllen müssen, ist die Implementation eines Breitband-Vibrationsquarzes. In der Regel verfügen die heutigen Geräte ausnahmslos über einen Vibrationsalarm. Ob dieser durch einen qualitativ hochwertigen Breitband-Vibrationsquarz ausgelöst wird, prüft die App während der Installation. Wenn die vorliegenden Hardwarevoraussetzungen nicht ausreichen, um die die technischen Bedingungen zu erfüllen, wird die Installation abgebrochen und der Nutzer informiert.

Funktionsweise der GTMCalibrationApp und Diskussion der Messunsicherheitsbeiträge

Zur Druckkraftkalibrierung wird das Tablet in einfacher Weise auf den Druckkraftaufnehmer aufgelegt. Bei der Zugkraftkalibrierung sollte das Tablet möglichst unter Verwendung der Original-Krafteinleitungsteile angehängt werden. Bei der anschließenden Kalibrierung wird die Eigenmasse des Tablets durch periodische Erregung des Vibrationsquarzes verstärkt, um die gewünschte Kraftwirkung zu erzeugen. Da die Kraftwirkung proportional der Frequenz ist, lassen sich damit vergleichsweise große Kräfte erzielen. Beträgt die Eigenmasse im statischen Zustand beispielsweise nur 470 g und unter Berücksichtigung der lokalen Schwerebeschleunigung damit etwa 4,6 N, kann durch Frequenzverdopplung bereits eine Kraftwirkung von 9,2 N erzielt werden und bei 10 Hz bereits 46 N. Vibrationsquarze lassen sich spielend bis in den 105 Hz-Bereich erregen, woraus Kraftwirkungen im hunderter kN-Bereich resultieren.

Ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens ist, dass die Frequenzerzeugung rein digital erfolgt und durch entsprechend abgesicherte Datenprotokolle eine fehlerfreie Frequenzinformation vorliegt. Der Messunsicherheitsbeitrag der Frequenzerzeugung geht damit gegen Null.

Um die Eigenmasse des Tablets möglichst genau festzustellen, wird zu Beginn der Kalibrierung ein ausgeklügeltes Frequenzspektrum durchfahren, aus dem die genaue Eigenmasse bestimmt werden kann. In der mehrmonatigen Entwicklungsphase der App wurde festgestellt, dass das optimale Frequenzspektrum in seiner Abfolge genau der Schicksalssymphonie von L. v. Beethoven entspricht. Zu diesem Werk liegen viele digitale Vergleiche vor und damit einhergehend wird eine große statistische Sicherheit erzielt. Der relative Unsicherheitsbeitrag der Tabletmasse beträgt deshalb nur etwa 1,8·10-6, was dem Leistungsvermögen einer sehr guten Totlastmesseinrichtung entspricht.

Einen großen Messunsicherheitsbeitrag stellen in der Regel die verwendeten Messverstärker dar. Deshalb verfügt die GTMCalibrationApp vorteilhafterweise über eine vollständig digitale Messwerterfassung, die jegliche unsicherheitsbehaftete analogen Bauteile überflüssig macht. Über den Vibrationsquarz werden frequenzmoduliert zu den Belastungsschwingungen hochfrequente mechanische Schwingungen in den Verformungskörper des Kalibriergegenstandes eingeleitet, die eine digitale Wandlung über die Dehnmessstreifen der Wheatstone-Brückenschaltung bis in das elektrische Anschlusskabel erfahren. Dabei erfolgt die Frequenzmodulation derart, dass die Messsignale aus dem Anschlusskabel per WLAN nach dem Standard IEEE 802.11 h zum Tablet zurück übertragen werden.

Eingebauter Überlastschutz

Mit der GTMCalibrationApp ist der Anwender in der Lage, einen bislang unerreicht weiten Messebereich abzudecken. Zum Schutz der Kalibriergegenstände war deshalb die Integration eines verlässlichen Überlastschutzes eines der höchsten Entwicklungsziele. Auf Grund der Eigenschaften der Breitband-Vibrationsquarze muss der Überlastschutz innerhalb weniger µs-Bruchteile zum sicheren Entlasten des Kalibriergegenstandes führen. Dazu wird prinzipiell die gleiche Technik verwendet, die auch im Automobilbau die Airbags auslöst: bei Überschreiten der zulässigen Maximalkraft des Kalibriergegenstandes wird das Tablet oder Smartphone aus dem Belastungszyklus katapultiert und der Kalibriergegenstand umgehend entlastet. Nachteilig ist, dass das Tablet dabei selbst Schaden nehmen kann. Vergleicht man aber die entstehenden Kosten mit den Kosten einer möglichen Beschädigung des Kalibriergegenstandes, sind diese absolut vernachlässigbar.

Laufendes Akkreditierungsverfahren

Bisher ist in der GTMCalibrationApp lediglich ein Werks-Kalibrierscheinformular, das den Anforderungen der DIN EN ISO 17025 genügt, enthalten. Der App-Nutzer ist damit in der Lage, seine durchgeführte Kalibrierung kompetent zu dokumentieren. Die Kalibrierscheinvorlage ist bereits unterschrieben und mit einem Stempel versehen. Die Messwerte werden automatisch eingefügt, so dass der Kalibrierschein umgehend ausgedruckt werden kann.

Der Abschluss des Akkreditierungsverfahrens für die neue App durch die DAkkS (Deutsche Akkreditierungsstelle) dürfte noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Schließlich gewährleistet das digitale Kalibrierverfahren durch seine geringen Messunsicherheitsanteile jeglichem Anwender die Kompetenz zur Kalibrierung, was zukünftige Akkreditierungen von Laboratorien überflüssig machen könnte. Weil sich das Verfahren auch problemlos auf andere physikalische Messgrößen übertragen lässt, fürchtet man in der Abteilung 5 „Metrologie“ der DAkkS ein Ausbleiben der Aufträge. In der Berliner DAkkS-Zentrale denkt man deshalb seit geraumer Zeit über eine Umbenennung und neue Orientierung nach: Lediglich durch Hinzufügen von zwei Buchstaben könnte sich die Abteilung 5 künftig „Meteorologie“ nennen und die Missstände der deutschen Wetterkunst aufarbeiten.

Die Bedeutung der App

Große Entdeckungen wurden schon oft per Zufall entdeckt: Christoph Columbus war bekanntlich 1492 nicht aufgebrochen, um Amerika, sondern einen neuen Seeweg nach Indien zu entdecken. Ähnlich bedeutsam könnte sich auch die neue GTMCalibrationApp entwickeln: ursprünglich war die App gedacht, die Durchlaufzeiten in den Kalibrierlaboratorien zu verkürzen. 

Nun kann sich Jedermann nach Download der App seine Kraftaufnehmer und Kraftmessdosen selbstständig im eigenen Unternehmen kalibrieren. Unter Berücksichtigung der eingesparten Transportzeiten ergibt sich ein immenser Gewinn für die früheren Kalibrierkunden. Umso erstaunlicher, dass die GTMCalibrationApp in kostenlosem Service als Download zur Verfügung steht.

Download: GTMCalibrationApp