Messtechnik: Grundlagen und Messinstrumente

Grundlagen der Messtechnik

Die Messtechnik ist die Wissenschaft, die sich mit der Messung verschiedener physikalischer Größen befasst. Eine Größe ist alles, was messbar ist, wie Länge, Masse oder Zeit. Ziel ist es, Messverfahren zu standardisieren, wofür das SI (Internationales Einheitensystem) eingeführt wurde, um weltweit einheitliche Einheiten zu gewährleisten.

Die Messgenauigkeit beschreibt den Grad der Annäherung einer Messung an den wahren oder konventionell festgelegten Wert der Größe. Die Präzision hingegen bezeichnet die Fähigkeit eines Messgeräts, bei wiederholten Messungen unter gleichen Bedingungen sehr ähnliche Ergebnisse zu liefern.

Messverfahren

Es gibt verschiedene Arten von Messverfahren:

• Direkte Messung: Der Messwert wird direkt von der Skala des Messinstruments abgelesen.
• Indirekte Messung: Der gesuchte Wert wird durch mathematische Operationen aus einem oder mehreren direkt gemessenen Werten ermittelt.
• Vergleichende Messung: Die Dimensionen eines unbekannten Werkstücks werden mit einem bekannten Maß (Muster oder Normal) verglichen, um Unterschiede festzustellen.
• Prüfmessung (Prüfung): Es wird überprüft, ob die Maße eines Werkstücks oder einer Serie von Werkstücken innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen.

Messinstrumente

Instrumente zur Längenmessung

• Maßband

  Zur Messung großer Längen (bis zu 50 m). Die Ablesegenauigkeit beträgt typischerweise 1 mm bis 10 mm (1 cm).

• Gliedermaßstab (Meterstab)

  Für mittlere Längen mit einer Ablesegenauigkeit von etwa 1 mm.

• Stahlmaßstab

  Wird häufig in Werkstätten verwendet, wenn keine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist. Verfügbar in verschiedenen Längen (z. B. 250 mm bis 1000 mm).

• Messschieber

  Der Messschieber besteht aus zwei Hauptteilen: einem festen Lineal mit einer Hauptskala (meist in mm-Teilung) und einem beweglichen Schieber mit einer Nonius-Skala, die das Ablesen von Bruchteilen (z. B. Zehntelmillimetern) ermöglicht.

  Ablesung: Der ganzzahlige Millimeterwert wird an der Nullposition des Nonius auf der Hauptskala abgelesen. Der Nachkommawert ergibt sich aus dem Strich auf der Nonius-Skala, der exakt mit einem Strich der Hauptskala übereinstimmt.

  Mit dem Messschieber können Außen-, Innen- und Tiefenmaße gemessen werden.

• Mikrometer (Mikrometerschraube)

  Dient zur Messung von Teilen mit sehr hoher Genauigkeit (typischerweise 0,01 mm).

  Funktionsweise: Nutzt ein präzises Schraubgewinde (Spindel und Muttergewinde), um eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzusetzen. Auf der festen Hülse befindet sich eine Skala mit Millimeter- und Halbmillimeter-Teilung. Die drehbare Messtrommel (Skalentrommel) ist in 50 Teilstriche unterteilt. Die Ablesegenauigkeit ergibt sich aus der Steigung des Gewindes und der Anzahl der Teilstriche auf der Trommel.

Vergleichs- und Prüfinstrumente

• Fühlerlehren (Spion)

  Vergleichsinstrumente, die als Referenz dienen. Sie werden verwendet, um sehr kleine Spalte oder das Spiel zwischen zwei Teilen zu messen, besonders an schwer zugänglichen Stellen.

• Endmaße (Parallelendmaße)

  Prismatische Blöcke mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt aus Stahllegierung oder Keramik mit extrem hoher Maßgenauigkeit (maximaler Fehler z. B. +/- 0,05 x 10^-6 m). Durch Kombination (Ansprengen) mehrerer Endmaße können beliebige Längen zusammengestellt werden.

• Komparator (Messuhr)

  Diese Instrumente zeigen Längenunterschiede zwischen zwei Werkstücken an, messen aber nicht die absolute Länge eines Stücks.

• Grenzlehren (Gut-/Ausschusslehren)

  Werden in der Serienfertigung eingesetzt, um schnell zu prüfen, ob ein Maß innerhalb der zulässigen Toleranz liegt. Man unterscheidet:

  • Lehrdorne (für Bohrungen): Bestehen oft aus zwei zylindrischen Prüfkörpern an einem Griff. Ein Zylinder entspricht dem Mindestmaß (Gut-Seite), der andere dem Höchstmaß (Ausschuss-Seite).
  • Lehrringe oder Rachenlehren (für Wellen): Bei Rachenlehren gibt es eine Gut-Öffnung (entspricht Höchstmaß der Welle) und eine Ausschuss-Öffnung (entspricht Mindestmaß der Welle). Lehrringe sind einzelne Ringe für das Höchst- bzw. Mindestmaß.

Winkelmessgeräte

• Winkelmesser (Goniometer)

  Besteht typischerweise aus einem festen Schenkel (Lineal) (1), einem drehbaren Teilkreis (2), auf dem oft eine Nonius-Skala (3) angebracht ist. Eine zentrale Scheibe (4) kann einen beweglichen Arm (5) tragen, der verschiebbar und feststellbar ist.

  Ablesung: Der volle Gradwert wird am Nullstrich des Nonius auf dem Teilkreis abgelesen. Stimmt der Nullstrich genau mit einem Gradstrich überein, ist die Messung ganzzahlig. Andernfalls sucht man den Strich auf dem Nonius, der mit einem Strich auf dem Teilkreis übereinstimmt, um die Winkelminuten oder Gradbruchteile zu bestimmen. Die Richtung (rechts oder links vom Nullstrich) ist dabei zu beachten.