Präzises Konstruieren mit zuverlässiger Messtechnik

Messtechnik - Source:unsplash.com

Die Messtechnik ist beim Bau und der Konstruktion von Maschinen und Produkten von entscheidender Bedeutung. Sie ist maßgeblich für das Erreichen und Einhalten der erforderlichen Maße und Toleranzen vorgesehen. Deshalb begleitet die Messtechnik die Entstehung seines Produktes von Beginn an.

Aufgaben der Messtechnik

Die Messtechnik erfüllt in einem Konstruktions- und Produktionsbetrieb folgende Aufgaben

  • Ermittlung spezifischer Werte von Eingangsmaterial
  • Qualitätskontrolle
  • Konstruktion und Fertigung

Die Messtechnik beschränkt sich nicht nur auf die Erfassung von dimensionalen Werten. Sie bezieht auch zahlreiche werkstoffspezifische Parameter mit ein. Für jeden dieser Parameter wird ein anderes Messgerät benötigt.

Parameter in Produktion und Fertigung

Für die Herstellung eines Produkts müssen unterschiedliche Werte definiert werden. Die Einhaltung dieser Werte ist unterschiedlich stark gewichtet und wird mit Toleranzen definiert. Das fertige Erzeugnis muss sich stets innerhalb dieser Parameter bewegen, sonst ist es für den Kunden unbrauchbar. Typische Parameter für Produkte sind folgende:

  • Masse
  • Maße
  • Zähigkeit
  • Zugfestigkeit/Streckgrenze
  • Oberflächeneigenschaften
  • weitere Werkstoffeigenschaften

Die Masse ist das spezifische Gewicht eines Produkts. Die Ermittlung der Masse ist nicht nur eine Kontrolle dieses einen Werts, sie gibt auch Aufschluss auf viele weitere Parameter. Abweichungen im Gewicht können auf Materialfehler, falsche Werkstoffe oder Fehler bei der Fertigung hindeuten.

Die Maße sind die Dimensionen des Bauteils an allen Geometrien. Sie beziehen sich nicht nur auf die Außenmaße, sondern schließt auch die Abstände der einzelnen Ausformungen am Produkt mit ein. Die dazu erforderlichen Kennwerte sind die Maß-, Form- und Lagetoleranzen.

Härte, Zähigkeit, Zugfestigkeit und Streckgrenze sind primäre Eigenschaften des Werkstoffs. Sie bestimmen, wie sich das Bauteil im verwendeten Zustand verhält.

Die Oberflächeneigenschaften erhält ein Produkt während des Produktionsprozesses. Parameter dazu sind beispielsweise Rauheit, Haftung, Reibwiderstand oder elektrische Isolation. Dieser Wert kann sich auf das Produkt selbst beziehen oder auf seine Beschichtung.

Weitere Werkstoffeigenschaften sind beispielsweise die Reinigungsfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder aseptische Eigenschaften. Sie bestimmen die Eignung eines Produktes in bestimmten Umgebungen.

Geräte in der Messtechnik

Die Messtechnik ist das Feld der hochpräzisen Prüfgeräte. Genügen auf Baustellen Zollstöcke und Wasserwaagen, benötigt der Maschinenbau deutlich genauere Mittel zum Prüfen der diversen Parameter. Der Grund dafür ist, dass sich Metalle unter Wärmeeinfluss ausdehnen. Bauteile, die im kalten Zustand locker zueinander passen, können im betriebswarmen Zustand ungünstige Spannungen erzeugen. Deshalb ist es wichtig, dass für jeden Parameter eine Toleranz definiert wird und sich das fertige Produkt ausschließlich innerhalb dieser Toleranzen bewegt. Das gilt nicht nur für die Form-, Maß- und Lagetoleranzen, sondern auch für alle anderen produkt- und werkstoffspezifischen Eigenschaften.

Für die Kontrolle der definierten Toleranzen bietet die Messtechnik folgende Messgeräte an:

  • Mikroskope
  • Abtastgeräte
  • Ultraschallgeräte
  • Röntgenprüfgeräte

Mithilfe von Mikroskopen und Abtastgeräten lassen sich Oberflächeneigenschaften feststellen.
Ultraschall- und Röntgenprüfgeräte schauen tief ins Material hinein. Sie finden dort Bruchstellen, Einschlüsse, Lunker und andere Störungen. Diese Geräte sind zur Prüfung von Gussteilen und Schweißnähten sehr wichtig.

Prüfen, bis es bricht

Die zerstörende Werkstoffprüfung kontrolliert die Werkstoffeigenschaften durch die gezielte Überlastung von Probenstücken. Die dazu verwendeten Geräte sind Folgende:

  • Universal-Zugprüfmaschine
  • Härteprüfgerät
  • Kerbschlaghammer
  • Spektralanalyse-Gerät

Die Universal-Zugprüfmaschine dient zur Feststellung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit eines Werkstoff-Probenstücks. Die Streckgrenze definiert den elastischen Bereich eines Werkstoffs. Das ist der Bereich, innerhalb dessen das eingebaute Werkstück unter Belastung wieder in seinen Ruhezustand zurück federt. Die Zugfestigkeit ist entsprechend die Bruchgrenze. Dazu wird ein Probenstab mit definierter Geometrie hergestellt und in der Prüfmaschine bis zum Durchreißen auseinandergezogen. Die Kennzahlen werden elektronisch ermittelt und in einer Datenbank festgehalten. Universal-Prüfgeräte lassen sich auch für die Durchführung von Biegeproben umbauen.

Das Härteprüfgerät misst den Widerstandswert eines Werkstoffs. Je nach Material kommen unterschiedliche Geräte oder Verfahren zum Einsatz. Für die Prüfung von Schweißnähten in Stahlkonstruktionen hat sich beispielsweise das Vickers-Verfahren bewährt. Dabei wird eine Nadel mit einer pyramidenförmigen Spitze mit einer definierten Kraft in ein präpariertes Probenstück eingetaucht. Die Breite der Diagonalen des dabei entstehenden Quadrates lassen sich zu einem Härtewert umrechnen.

Der Kerbschlaghammer ist ein Gerät zur Prüfung der Zähigkeit eines Werkstoffs. Dazu werden kleine Probenquader hergestellt, die in der Mitte eine eingefräste Kerbe haben. An dieser Stelle werden die Probenstücke von einem Schwinghammer durchschlagen. Dieser Hammer hat ein festgelegtes Gewicht und Länge. Seine Fallhöhe ist ebenfalls definiert, sodass eine gleichförmige Messung gewährleistet ist. Die Strecke, die der Hammer nach dem Durschlagen des Probestückes noch weiter schwingt, gibt den Zähigkeitswert an.

Werkstoffe molekular aufschlüsseln mit dem Spektrometer

Das Spektrometer ist ein Messgerät, mit dem sich die Zusammensetzung eines Werkstoffs präzise prüfen lässt. Dazu wird ein gereinigtes und poliertes Probestück gezielt mit einer Flamme beschossen. Das Licht, welches das Probenstück beim Verbrennen aussendet, wird durch einen Spektralkörper geleitet. Dabei zerlegt es sich in seine Wellenlängen. Jeder Bestandteil eines Werkstoffs sendet beim Verbrennen Licht in einem anderen Spektralbereich ab. Das Farbspektrum gibt damit die Zusammensetzung des Werkstoffs genau wieder.
Dieses Verfahren ist für Gießereien sehr wichtig. Sie ermitteln damit die Qualität ihrer hergestellten Halbzeuge. Für metallverarbeitende Industrien ist es ebenfalls von hoher Relevanz. Spektrometer stellen präzise fest, ob der gelieferte Werkstoff für den angedachten Zweck geeignet ist. Ein zu hoher Kupferanteil im Stahl senkt beispielsweise seine Zugfestigkeit und fördert die Korrosion.

Umgang mit Messgeräten

Der Umgang mit der Messtechnik erfordert ein hohes Qualitätsbewusstsein, Erfahrung und teilweise eine spezielle Schulung. Das gilt vor allem für die Röntgenprüfer. Die Handhabung von Röntgengeräten ist gefährlich und kann bei fehlerhaftem Umgang zu schweren Erkrankungen führen.

Die Interpretation von Schallbildern aus der US-Prüfung erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und Vorwissen. Dies ist über "Learning by doing" nur bis zu einem gewissen Punkt erreichbar.

Die Geräte der technisch-mechanischen Zerstörungsprüfung lassen sich durchaus vor Ort erlernen. Dies sollte aber stets unter Aufsicht eines ausgebildeten Werkstoffprüfers geschehen. Im Fall einer Revision oder eines Audits kann es aber zu Schwierigkeiten kommen, wenn bekannt wird, dass nur angelernte Hilfskräfte mit der Qualitätsprüfung im Werkstofflabor beauftragt sind.

Es ist daher immer empfohlen, bei diesen anspruchsvollen Tätigkeiten sich um eine entsprechende Qualifikation zu bemühen. Die Ausbildung zum Werkstoffprüfer ist modular aufgebaut. Man kann diese Berufsausbildung daher sehr gut berufsbegleitend absolvieren.

Manuelle Messgeräte wie Messschrauben oder Messschieber können für die Qualitätsprüfung von angelernten Arbeitskräften bedient werden. Für die Serienkontrolle sind vorgefertigte Schablonen besonders gut geeignet, da sie Messfehler praktisch ausschließen.

Elektronische Messgeräte sind sehr teuer. Ihre Handhabung sollte daher ausgebildeten Fachkräften vorbehalten sein. Ein Verfahrfehler bei einem Koordinatenmessgerät kann zu einem Schaden von mehreren zehntausend Euro führen. Hilfskräfte sollten deshalb nicht mit diesen empfindlichen Maschinen umgehen. Laser-Messgeräte sind in diesem Punkt wesentlich unkritischer.

Geräte der Messtechnik gebraucht kaufen

Messtechnik gebraucht kaufen ist besonders einfach. Maßgeblich für den Gebrauchtkauf von Messgeräten ist der Eichstempel. Dieses offizielle Dokument ist alleine darüber entscheidend, ob ein gebrauchtes Messgerät noch einsatzfähig ist oder nicht. Fehlt der Eichstempel, muss das gebrauchte Messgerät nicht unbedingt unbrauchbar sein. Er senkt jedoch den Preis auf ein Bruchteil dessen, was die gebrauchte Messtechnik mit Eichzertifikat wert wäre. Der Gebrauchtkauf von Messtechnik kann daher die Stunde der Schnäppchenjäger sein. Beim Ankauf von ganzen Konvoluten aus einer Firmenauflösung kann davon ausgehen, dass immer gebrauchte Messtechnik mit abgelaufener Eichung darunter ist. Sobald diese neu geeicht sind, steigen sie drastisch im Wert und eignen sich damit hervorragend für den eigenen Gebrauch oder für den Weiterverkauf.

Grundsätzlich unterliegt Messtechnik einer besonderen Sorgfaltspflicht bei Umgang und Lagerung. Je komplexer ein Messgerät ist, desto größer ist auch sein Wartungsaufwand. Das gilt vor allem für die Laborgeräte. Universal-Zugprüfmaschinen, Kerbschlaghämmer, Härteprüfmaschinen und Spektroskope bedürfen einer regelmäßigen und gewissenhaften Reinigung. Ein stark verschmutztes, gebrauchtes Messtechnik Gerät weist daher auf einen unsachgemäßen Umgang damit hin. Auch das ist ein starkes Argument für die Preisverhandlungen.

Wie bei allen gebrauchten Maschinen gilt auch beim Kauf gebrauchter Messtechnik, dass Markenware von etablierten Herstellern bevorzugt gekauft werden sollte. Für gebrauchte Messmaschinen sind folgende Firmen beispielhaft:

  • ZWICK-ROELL
  • SLEE
  • CYBER OPTICS
  • SCHUETZ-LICHT
  • GALBADINI
  • DARTO
  • HOWDEN
  • HECKERT

Für diese Produkte gibt es eine gute Versorgung mit Ersatzteilen und einen gut ausgebauten Reparaturservice. Neben den Herstellern selbst hat sich auch eine breite Branche etabliert, die sich mit der Wartung und Instandhaltung von Messtechnik beschäftigen. Diese sind deutschlandweit verbreitet und damit an jedem Standort schnell verfügbar.

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