Mechanische und digitale Messuhren erfordern bei der Prüfmittelüberwachung unterschiedliche Vorgehensweisen, um korrekte Ergebnisse zu erzielen. Denn bauartbedingt weisen beide Systeme jeweils ganz typische Fehlerquellen auf. Diese müssen beim Kalibrieren zielgenau erfasst werden.

„Messuhr ist Messuhr“, sagen sich viele Anwender – und unterziehen bei der Prüfmittelüberwachung mechanische und digitale Ausführungen einem identischen Prozess. Keine gute Idee. Denn im Ergebnis dürften zumindest für eine der Uhren – meist für die digitale Variante – deutlich außerhalb der Spezifikation liegende Prüfwerte die Folge sein. Der Grund dafür: Analoge und digitale Messuhren „ticken“ beim Kalibrieren völlig anders. Weil sie systembe-dingt ebenso typische wie unterschiedliche Fehlerquellen besitzen. Nur wenn diese beim Prüfen individuell berücksichtigt werden, kann die Prüfmittelüberwachung zu korrekten Resultaten führen.

Prüfmerkmale und typische Fehlerquellen

Die traditionellen Merkmale für die Kalibrierung von mechanischen Messuhren sind die Gesamtabweichungsspanne fges, die Abweichungsspanne fe, die Messwertumkehrspanne fu, die Wiederholbarkeit fw sowie unter Umständen die Abweichungsspanne im Teilmessbereich 0,1 mm ft (auf die verzichtet werden kann, wenn fe mit ausreichend vielen Messpunkten bestimmt wurde).

Diese Prüfmerkmale beruhen auf den spezifischen Schwachstellen analoger Modelle. So kann zum Beispiel das Zahnradwerk Spiel aufweisen, das sich dann bei der Wegumkehr aus dem Übertragungselement in die Anzeige überträgt. Denkbar ist auch ein Teilungsfehler der Maßverkörperung, die bei der mechanischen Messuhr durch die Zahnstange in der Messspindel gebildet wird. Auch ein solcher Teilungsfehler kann sich in das Uhrwerk überleiten und in der Anzeige niederschlagen.

Auf diese individuellen Problemquellen mechanischer Geräte fokussieren sich denn auch die älteren Prüfanweisungen für Messuhren beziehungsweise die Vorgehensweisen vieler Anwender. Auch dann, wenn sie eine digitale Messuhr vor sich haben. Allerdings führt diese Methode in den meisten Fällen zu falschen Kalibrierergebnissen, da sie die typischen Fehlerursachen der digitalen Bauweise nicht erfasst.

Diese konzentrieren sich vor allem auf den Maßstab – bei modernen digitalen Modellen häufig ein kapazitiver Glasmaßstab. Liegt er beispielsweise nicht exakt in der Achse der Messbewegung, kommt es zu einem Steigungsfehler.

Probleme gibt es auch dann, wenn sich Schmutzpartikel auf dem Lesekopf ablagern oder er kleine Beschädigungen aufweist. Ein Teilungsfehler des Lesekopfs ist bei konventioneller Wahl der Messstellen mit gleichen Teilungsabständen nicht „herauszumessen“.

Befindet sich etwa eine Beschädigung an der Messstelle zwischen 1,9 und 2 Millimeter, erfasst der Lesekopf diesen Bereich eventuell nicht. Er „springt“ dann von 1,98 auf 2 Millimeter, ohne Zwischenschritte zu berücksichtigen. Dieser Vorgang wiederholt sich naturgemäß bei 2,98 auf 3 Millimeter, 3,98 auf 4 Millimeter und so weiter. Die Maße 1,0 Millimeter, 2,0 Millimeter etc. werden dagegen mit geringer Abweichung erfasst.

Unterschiede akzeptieren

Diese Eigenheiten digitaler Messuhren müssen bei der Kalibrierung unbedingt berücksichtigt werden. Andererseits haben wichtige Prüfkriterien analoger Systeme – etwa die Messwertumkehrspanne fu – bei digitalen Ausführungen untergeordnete Relevanz, da diese überhaupt kein Zahnradwerk besitzen. Ebenso verzichtbar ist die Ermittlung der Gesamtabweichungsspanne fges.

Kalibriert man eine digitale Uhr dennoch nach dem Analog-Muster – also mit hinein- und herausgehendem Messbolzen – stehen Prüfergebnis und Spezifikation oft in keinem sinnvollen Zusammenhang mehr. Kurz: Die Ka-librierung ist weitgehend wertlos, da man zu Messergebnissen kommt, die vom Hersteller nicht für das Gerät spezifiziert sind.

Neue VDI/VDE-Richtlinie schafft Klarheit

Schutz davor bietet die im Entwurf vorliegende neue VDI/VDE/DGQ-Richtlinie 2618, Blatt 11.1. „Prüfanweisung für Messuhren“. Sie gilt in Verbindung mit der VDI/VDE/DGQ 2618, Blatt 1.1 „Grundlagen“ sowie Blatt 1.2 „Messunsicherheit“ und ist bereits für Anwender erhältlich und zur Nutzung freigegeben.

Als erste Richtlinie ihrer Art unterscheidet sie detailliert die Vorgehensweise beim Kalibrieren mechanischer und digitaler Messuhren. Damit wird sie zum wichtigen Leitfaden für Anwender dieser Standard-Handmessmittel. Nicht nur, was die Qualität der Prüfmittelüberwachung angeht, sondern auch für die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit im Kalibrierprozess.

So führt die typgerechte Prüfung digitaler Uhren zu einer erheblichen Zeitersparnis. Denn gegenüber den fünf Merkmalen bei mechanischen Modellen sind bei den digitalen nur noch drei Merkmale mit wesentlich weniger Einzelmessungen zu erfassen: fe für die Abweichungsspanne, fw für die Wiederholbarkeit sowie ft für die Abweichungsspanne im Teilmessbereich 0,1 Millimeter.

Ein weiterer Vorteil digitaler Messuhren mit Schnittstelle ist die Möglichkeit, die Prüfwerte direkt auszulesen und mit entsprechenden Messuhrenprüfgeräten vollautomatisch zu messen sowie zu dokumentieren.

Spezialisten-Tipp

Ergänzend zu den Anweisungen der neuen VDI/VDE-Richtlinie halten einige kundenorientierte Hersteller zudem weitere Tipps für ihre Messuhren-Anwender bereit.

Da alle digitalen Uhren eine Messspanne von über 10 Millimeter haben gibt der weltweit größte Anbieter von Handmessmitteln, Mitutoyo, in der Spezifikation für digitale Messuhren zum Beispiel sinnvollerweise die Wiederholpräzision und – statt der Abweichungsspanne fe – die Fehlergrenze fG an. Die Fehlergrenze ist dabei eine symmetrische Spanne um die Nulllinie, innerhalb der alle Messwerte liegen müssen.

Zudem empfehlen die Spezialisten in der Prüfmittelüberwachung von Mitutoyo, beim Kalibrieren von digitalen Modellen die Messpunkte nicht gleichmäßig zu verteilen, sondern sie zu „streuen“. Also statt  exakt an den 1-, 2-, 3-, 5- und 10-Millimeter-Punkten zu messen, lieber die Verteilung 1,15 – 2,26 – 3,37 – 5,58 Millimeter etc. zu wählen.

Durch diese Vorgehensweise entdeckt man gegebenenfalls eine der typischen Fehlerquellen digitaler Messuhren: das oben beschriebene lückenhafte Ablesen durch Schmutz oder Beschädigungen auf dem Lesekopf. Zeigt sich bei einer solchen ungleichmäßigen Messpunktverteilung nämlich ein sogenannter „Peak“, weist das auf einen systematischen Fehler der Messuhr hin.

Wer ganz sicher gehen will, kann die Prüfmittelüberwachung natürlich auch gleich komplett in die Hände des herstellereigenen Prüflabors geben. Nicht nur bei einer größeren Zahl von Handmessmitteln im Unternehmen ist das sogar häufig die wirtschaftlich sinnvolle Alternative zur zeit- und kostenaufwändigen Prüfmittelüberwachung in Eigenregie.