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VDI-Richtlinie führt zu teils lückenhaften Prüfergebnissen

Optimiertes Kalibrieren von
Bügelmessschrauben

Die Empfehlungen der VDI/VDE/DGQ-Richtlinie 2618 zur Prüfanweisung für Bügelmessschrauben führt zu teils lückenhaften Ergebnissen. Das entdeckte und belegte jetzt ein japanischer Spezialist des Messgeräteherstellers Mitutoyo. Ursache ist vermutlich die im Prinzip lobenswerte Absicht des VDI, den Zeitaufwand  für die Kalibrierung zu reduzieren.

Hideo Kawada, Abteilungsleiter im Produktmanagement der Mitutoyo Messgeräte GmbH war nicht wenig irritiert: Vor ihm lag eine gerade von ihm angefertigte Skizze der Messpositionsverteilung bei der Prüfung von Bügelmessschrauben. Und die wollte ihm nicht recht gefallen . Was allerdings weniger an seinen zeichnerischen Fähigkeiten lag als an der auffallend ungleichmäßigen Verteilung der Prüfpunkte auf dem Umfang der Bügelmessschrauben-Trommel und innerhalb einer Spindelsteigung. Ganz klar: Hier stimmte etwas nicht. Bloß was?

Die Frage war berechtigt. Denn schließlich hatte Kawada sich bei seinen Berechnungen und Zeichnungen strikt nach den Empfehlungen der gültigen VDI/VDE/DGQ-Richtlinie 2618, Blatt 10.1 vom November 2001 „Prüfanweisung für Bügelmessschrauben“ gerichtet. Eine Arbeitsgrundlage, an der sich nahezu jeder Praktiker in der Prüfmittelüberwachung von analogen und digitalen Bügelmessschrauben mit 25 Millimeter Messspanne orientiert.

Diese – so weiß man und so steht es ja auch ganz oben auf Seite 2 der VDI-Richtlinie – basiert auf den DIN 863-1 und DIN 863-3 für das Prüfen von Bügelmessschrauben und beschreibt nach eigener Aussage die dafür erforderlichen Arbeitsgänge.

Doch genau das ist in einem ganz wesentlichen Punkt eben nicht der Fall: bei der Ermittlung der maximalen Längenmessabweichung. Und genau da, im letzten und alles entscheidenden Arbeitsgang der VDI-Prüfanweisung „liegt der Hase im Pfeffer“. Weil es hier zu einer Verkürzung der DIN-Vorgaben durch die VDI-Richtlinie kommt.

Jede zweite Messposition gestrichen

Wörtlich empfiehlt die VDI-Prüfanweisung unter der laufenden Nummer 3.2.4 der Arbeitsgangbeschreibung: „... Die Zwischenwerte sind so zu wählen, dass bei unterschiedlichen Winkelstellungen der Skalentrommel kalibriert wird. Beispiel für Messpositionen an einer Bügelmessschraube mit Messbereich 0 bis 25 mm: 0; 5,1 mm; 10,3 mm; 15,0 mm; 20,2 mm und 25,0 mm. Aus den Einzelabweichungen die maximale Messabweichung ermitteln.“

„Doch genau das ist gar nicht korrekt möglich“, erläutert Hideo Kawada. „Weil gegenüber der DIN 863 in der VDI-Richtlinie jede zweite Messposition kurzerhand gestrichen wurde.“

Tatsächlich gibt die DIN elf Messpositionen vor. Nämlich 0; 2,5; 5,1; 7,7; 10,3; 12,9; 15,0; 17,6; 20,2; 22,8 und 25,0 Millimeter.

Setzt man diese elf Werte als Winkelangaben zeichnerisch in eine kreisförmige Grafik um, die den Umfang der Bügelmessschrauben-Trommel und ihre Skalierung sowie die Spindelsteigung darstellt, erkennt man, dass sich die Messpunkte relativ gleichmäßig über 360 Grad verteilen. Somit also über den gesamten Bereich einer kompletten Spindelumdrehung. Dies sowohl bei einer Spindelsteigung von 0,5 Millimeter als auch bei ein Millimeter und sogar zwei Millimeter (Darstellung 1, oben).

Die Vorgabe nach DIN 863 bringt demnach eine ausreichend sichere Erkenntnis über die maximale Abweichung der Bügelmessschrauben-Anzeige.

Ganz anders die VDI-Richtlinie. Sie verkürzt die Messpositionsfolge der DIN um praktisch die Hälfte auf nur noch sechs Werte: 0; 5,1; 10,3; 15,0; 20,2 und 25,0 Millimeter.

In die bereits bekannte Kreisgrafik übertragen, ergeben diese Restwerte allerdings ein lückenhaftes Bild (Darstellung 1, unten).

Sofort wird deutlich, dass bei einer Spindelsteigung von 0,5 Millimetern nicht einmal zwei Drittel, bei einer Steigung von einem Millimeter sogar weniger als nur ein Drittel einer Spindelumdrehung von der Prüfung erfasst werden.

Bei einer Spindelsteigung von zwei Millimetern – wie sie weltweit einzig die neue digitale Bügelmessschraube QuantuMike von Mitutoyo aufweist – konzentrieren sich die Messpunkte sogar lediglich auf zwei enge Bereiche des Trommelumfangs beziehungsweise der Spindelumdrehung.

Mit anderen Worten: Die Empfehlungen der VDI-Richtlinie 2618, Blatt 10.1 erlauben keine zuverlässige Aussage über die maximale Abweichung der Anzeige einer nach ihr geprüften Bügelmessschraube mit einem Messbereich bis 25 Millimeter. Und das bei allen drei Spindelsteigungen.

Wie konnte das passieren?

Lobenswerte Absicht unglücklich umgesetzt

Dr. Eberhard Bressel, Leiter der Qualitätssicherung bei der Mitutoyo Messgeräte GmbH und gleichzeitig Mitglied im VDI-Fachunterausschuss, sucht nach einer Erklärung: „Meiner Recherche und auch Überzeugung nach steckt dahinter die eigentlich löbliche Absicht des VDI, den Arbeitsaufwand des Kalibrierens zu verringern und dadurch wirtschaftlicher zu machen. Das ist ja auch ein erstrebenswertes Ziel. Nur hat man sich in diesem Fall die Sache ganz offensichtlich unglücklich und rein theoretisch umgesetzt. Scheinbar hat niemand abschließend geprüft, welche Folgen daraus für die Prüfpraxis erwachsen.“

„Relativierend kann man eventuell anführen“, so Dr. Bressel weiter, „dass der VDI bei der Liste der Messpositionen ja von Beispielen redet.“ Doch bekanntlich interpretiert jeder Praktiker die „Beispiele“ in der VDI-Richtlinie als Vorgabe – zumal dort ja auch nicht auf die vollständige Messpositionsreihe der DIN verwiesen wird, der Anwender also keine Alternativen zu den aufgeführten Werten findet.

Und natürlich auch deswegen, weil sich mit der empfohlenen Messpunktreihe des VDI der erforderliche Endmaßsatz zur Kalibrierung der Bügelmessschrauben um die Hälfte verkleinern lässt. Was letztlich Kosten spart.

Denn während die angebotenen Prüfsätze zum Beispiel von Mitutoyo oder anderen Anbietern, die sich streng an der DIN 863 orientieren, zehn Endmaße beinhalten, würden laut VDI ja auch fünf völlig reichen. Was aber keineswegs der Fall ist, was wir dank Hideo Kawada nun wissen.

Wieso hat sich der Handmessmittel-Spezialist der Mitutoyo Messgeräte GmbH eigentlich gerade jetzt mit dem Thema beschäftigt? Schließlich gibt es die VDI-Richtlinie 2618 in dieser Form doch schon seit November 2001.

„Schon richtig“, erklärt Kawada. „Allerdings gibt es erst seit Mai 2008 eine digitale Bügelmessschraube mit zwei Millimeter Spindelsteigung, unseren QuantuMike. Und da habe ich einfach wissen wollen, ob auch er mit dem vorhandenen Endmaßsatz und nach gültigen Normen sowie Richtlinien zuverlässig zu prüfen ist. Also habe ich begonnen, eine grafische Umsetzung des Themas zu entwickeln. Dabei bin ich  – sozusagen als Nebeneffekt – auf die Auswirkungen der VDI-Empfehlung gestoßen.“

Neuer Endmaßsatz löst alle Probleme

Zwar ergaben Hideo Kawadas Auswertungen, dass auch das Kalibrieren der Zwei-Millimeter-Spindelsteigung des neuen QuantuMike mit den vorhandenen Endmaßsätzen grundsätzlich möglich ist. Aber er sah auch einen deutlichen allgemeinen Optimierungsbedarf für das Kalibrieren.

Ziel von Mitutoyo war die perfekte Prüfung aller drei Spindelsteigungsvarianten 0,5 Millimeter, ein Millimeter und zwei Millimeter mit einem zehnteiligen Endmaßsatz, wie ihn die DIN ja auch empfiehlt. Und gleichzeitig die ebenfalls lückenlose Kalibrierung aller drei Spindelauslegungen mit einer aus Wirtschaftlichkeitsgründen um die Hälfte verkürzten Messpunktliste – so wie es sich die VDI-Richtlinie wünscht.

Dieses Ziel wurde erreicht. Am Ende stand eine neu definierte Reihe von Messpositionen: 0; 2,2; 4,8; 7,8; 10,4; 12,0; 15,2; 17,4; 19,6; 22,6 und 25,0 Millimeter.

Das Besondere daran: Mit dieser Messpunktfolge wird nicht nur die Zwei-Millimeter-Spindelsteigung des digitalen Mitutoyo-Neulings QuantuMike perfekt erfasst, sondern auch die 0,5- und 1-Millimeter-Spindelsteigung aller analogen und digitalen Bügelmessschrauben. Und zwar mit einer weitaus günstigeren Verteilung auf dem gesamten Umfang der Trommel und der Skalierung als es nach DIN 863 gefordert wird. (Darstellung 2, oben).

Sogar nach Streichen jeder zweiten Messposition bleibt die lückenlose Symmetrie der Messpunktverteilung über 360 Grad erhalten. (Darstellung 2, unten).

Bei Mitutoyo hat man denn auch gleich Nägel mit Köpfen und aus der Theorie handfeste Praxis gemacht: Schon in den nächsten Wochen ist ein neu entwickelter Kalibriersatz mit den genannten Endmaßen erhältlich.