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Erschienen in QZ, Qualität & Zuverlässigkeit 11/2007

Handmessmittel und der Einfluss der Messkraft:

Den richtigen Dreh finden

Der überwiegende Anteil der typischen Anwendungen von Hand-messgeräten entfällt auf Bügelmessschrauben und Messschieber. Verschiedene Faktoren wirken sich bei diesen klassischen Längenmessgeräten auf die Sicherheit des Messergebnisses aus. Ein Faktor allerdings beeinflusst den Messunsicherheitsanteil mehr oder weniger stark: der Mensch und die von ihm aufgebrachte Messkraft. Sie ist deutlich abhängig vom Benutzer des Geräts.

Die Definition ist klar: „Messkraft ist die Kraft, die von einer Messeinrichtung beim Messen auf den Prüfgegenstand ausgeübt wird." Während für Bügelmessschrauben die Messkraft für Standard-Bügelmessschrauben in der DIN 863-1 mit 5N-10N scheinbar eindeutig festgelegt ist, ist die Messkraft für Messschieber bauartbedingt zu einem großen Teil vom Bediener abhängig und somit gänzlich undefiniert.

Berücksichtigt man zu der aufgebrachten Messkraft auch noch die zugehörige Messfläche, also die Flächenpressung am gemessenen Werkstück, so ergeben sich zum Beispiel bei Sondermessschrauben mit „nadelspitzen“ Messflächen Messabweichungen, die unbedingt kompensiert werden sollten.

So oder so spielt der  „Faktor Mensch“ beim Arbeiten mit Handmessgeräten nach wie vor eine große Rolle. Weil er die Messkraft – und damit letztlich das Messergebnis – entscheidend beeinflusst.


Der Mensch bestimmt die Messkraft

Die Erklärung dafür ist simpel: Während Benutzer A mit den Pianistenhänden seine Handmessgeräte mit viel Feingefühl bedient, geht sein Kollege B eher grobmotorisch zu Werke. Während Anwender C als Facharbeiter weiß, wie er eine relativ hohe Wiederholpräzision erzielt, kennt Aushilfskraft D den Begriff erst gar nicht und macht jede Messung zu einem neuen Abenteuer.

Vergleichsmessungen zeigen deutlich, dass die Wiederholpräzision im Vergleich Facharbeiter/Laie beim Arbeiten mit üblichen digitalen Bügelmessschrauben  bei  3µm und mehr liegen können. Beim Messschieber kann das mit 20 µm bis 30 µm noch deutlich gravierender sein.

All diesen Einflüssen versuchen die Messgerätehersteller  mit konstruktiven Lösungen zu begegnen. Bei Bügelmessschrauben ist das einfacher als bei Messschiebern.

Die Bügelmessschraube und die Drehgeschwindigkeit

Eine Bügelmessschraube besteht aus einem festen Amboss und einer mit einem Feingewinde verstellbaren Messfläche, die durch einen Bügel miteinander verbunden sind. Das zu messende Teil wird zwischen diese bei-den Messflächen gebracht und das Gewinde über eine Einstellschraube so weit verstellt, bis beide Messflächen den Prüfgegenstand berühren.

Das Zudrehen der Messschraube (Spindel) erfolgt je nach Anwendung (Einhandbedienung oder Ständeranwendung) über die Trommel oder den Schnelltrieb. Sie wird damit zur „Schnittstelle" für die Übertragung der Messkraft vom Bediener auf das Gerät. Hier entscheidet die Drehgeschwindigkeit erheblich mit über das Messergebnis. Mancher Anwender bedient das Messgerät hier mit mehr oder weniger viel „Effet".

Um die von der Norm vorgegebene Spanne von 5N bis 10N für die Mess-kraft einzuhalten, sind die Trommeln der Bügelmessschrauben mit einer Drehmomentbegrenzung versehen. Man unterscheidet in der Regel vier Bauarten:

Die Standarddrehmomentbegrenzung mit Ratschenfunktion im Schnelltrieb.

Sie ist unkompliziert und komfortabel bedienbar: Sind die Messflä-chen über den Schnelltrieb bis an das Werkstück herangeführt, soll-te die Ratsche im Schnelltrieb noch zweimal „durchgedreht“ und dann der Messwert abgelesen werden.

Die Ratschentrommel.

Mit Ratschenfunktion in der Trommel und festem Schnelltrieb weist diese für den Einhandbetrieb bevorzugte Bauform eine hohe Wie-derholpräzision auf.

Die Kombiratsche.

Ausführung mit Ratschenfunktion in Trommel und Schnelltrieb für den universellen Einsatz, das heißt  Einhandbedienung, Zweihand-bedienung und Ständeranwendung.

Die Friktionstrommel.

Sie agiert mit festem Schnelltrieb und einer gleichmäßigen Schleiffunktion in der Trommel. Anders als bei der Ratsche, bei der sich die Stöße der Ratsche bis auf das Werkstück übertragen, sorgt die Friktionstrommel für ein absolut ruckelfreies Durchschleifen der Kupplung. Sie eignet sich deshalb besonders für die Messung empfindlicher Werkstücke.

Eine Ausnahmelösung zur ganz exakten Beherrschung der Messkraft ist eine Bauart, wie sie Mitutoyo mit einer Ausführung der „Quick"- Bügelmessschrauben-Serie bietet. Sie verfügt über eine Messkrafteinstellung an der Trommel, an der sich die gewünschte Messkraft punktgenau je nach Gerät zwischen 0,5N und 10N einstellen lässt.

Mit ihr hat man nicht nur den unkalkulierbaren Faktor Mensch besser unter Kontrolle, sondern hat auch die Möglichkeit die Messkraft genau definiert und darüber hinaus konstant anzuwenden da die digitale Anzeige beim Erreichen der Messkraft „einfriert“ und der Wert gehalten wird.


Der Messschieber und das Komparatorprinzip

Das vom deutschen Astronomen, Physiker, Optiker und Unternehmer Ernst Abbe begründete „Abbesche Komparatorprinzip“ besagt: Die zu messende Länge am Prüfgegenstand und die Vergleichsstrecke an der Maßverkörpe-rung müssen in der Messrichtung fluchtend angeordnet sein, um Messab-weichungen durch Kippungen vernachlässigbar klein zu halten.

Die Bügelmessschraube erfüllt diese Voraussetzung – der Messschieber jedoch nicht. Das verschärft bei ihm die Problematik der Messkraft, da bei-de Aspekte eng miteinander verknüpft sind.

Prinzipbedingt – und deshalb unvermeidbar – weisen Messschieber einen Abbeschen Fehler auf. Hier sind Maßstab und zu messende Strecke paral-lel versetzt. Der Schieber als bewegliches Teil des Messschiebers kippt unter anderem aufgrund seines mehr oder weniger vorhandenen Spiels zwischen ihm und der Schiene bei der Aufbringung einer Messkraft weg. Dieser Kippfehler wird als Fehler 1. Ordnung bezeichnet.

Je nach Bediener muss man beim Messschieber mit Messkräften zwischen 2N und 7N rechnen, was zu deutlichen Abweichungen im ermittelten Mess-wert führt.

Weiterhin ist die Messabweichung durch den Kippfehler umso gravieren-der, je weiter außen zwischen den Messschenkeln das Werkstück gemes-sen wird. Im Umkehrschluss steuert also bereits das richtige Positionieren des Prüfgegenstands möglichst weit oben zwischen den Messflächen – das heißt möglichst nah an der Maßverkörperung – eventuellen Messabwei-chungen entgegen. Darüber hinaus bieten natürlich auch hochwertige Qua-litätsgeräte mit optimaler Einstellung aller beweglichen Teile und möglichst geringen Führungsabweichungen zwischen Schieber und Schiene einen höheren Schutz gegen Kippfehler 1. Ordnung als billige Messschieber un-klarer Herkunft.

Nicht aufsitzen sollte man zudem der falschen Annahme, die an manchen Messschiebern vorhandene Antriebsrolle diene einer Regulierung der Messkraft. Ganz im Gegenteil: Über die Rolle lässt sich eine zu hohe Messkraft noch sehr viel „bequemer" auf das Werkstück übertragen, da sich mit ihr eine größere Messkraft ausüben lässt  als beim normalen Ver-fahren des Schiebers ohne Rolle, bei dem man sehr viel mehr Gefühl aus-üben kann. Die Rolle dient einzig dem zügigen „Antreiben“ des Schiebers an das Werkstück.

Grundsätzlich ist das Dosieren der Messkraft beim Messschieber also un-gleich schwieriger als bei der Bügelmessschraube.

Für Sonderanwendungen wie dem Prüfen besonders empfindlicher Werkstücke gibt es jedoch auch hier spezielle Ausführungen, zum Beispiel einen Messschieber mit Kraftmesszeiger von Mitutoyo. Mit ihm lässt sich die Messkraft durch das Ablesen eines Messkraftanzeigers exakt  dosieren.

 

 
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