Gerade die Messung kleiner Werkstücke ist eine messtechnische Herausforderung. Beispielsweise müssen bei einem kleinen Zahnimplantat Form-, Kontur- und Oberfläche gemessen werden. Als Applikationsspezialist hat sich Mahr im Bereich Medizintechnik mit vielen Anwendungen seit Jahren positioniert. Lesen Sie über die praxisorientierte Messung von Zahnimplantaten.

Hochgenaue Messung der Form
Die Fixierung des Abutments im Implantat geschieht mittels einer Schraube, die Kraft auf den konischen Sitz zwischen beiden Bauteilen ausübt. Die Anforderungen an die Form des Konus sind sehr hoch. Nur wenige µm darf die Abweichung zur Idealform betragen. Höchste Qualität wird in der Produktion durch das Polieren und höchste Genauigkeit im Messraum durch die Präzisionsmesstechnik von Mahr erreicht. Die Gestaltabweichung mit solch engen Toleranzen wird auf einem hochgenauen Formtester vermessen.

Automatisierte Messung der Kontur
Schraubenimplantate haben den Vorteil, dass sie sich durch ihr Gewinde sofort im Kieferknochen festsetzen. Diese primäre Stabilität ermöglicht eine Belastung unmittelbar nach der Implantation und verkürzt die Einheilzeit, weil nur wenig Knochen nachwachsen muss. Die zylindrische Grundform ist am Ende meist verjüngt, so dass insgesamt eine gestreckte Kegelform entsteht. Eine seitliche Einkerbung am Gewinde verhindert das spätere Verdrehen im Kieferknochen.

Die günstigste Art die Außenkontur zu messen, stellen Konturenmessgeräte wie MarSurf LD 120 oder XC 20 jeweils mit Doppeltastspitze von Mahr dar. Diese können solche 2D-Konturen automatisiert aufnehmen und anschließend sehr anschaulich auswerten. Aus der gemessenen Kontur können Geometrieelemente abgeleitet aber auch Profilvergleiche erstellt werden. Vorab kann dazu eine Bestfit-Einpassung in die Idealkontur erfolgen. 

Mobile oder stationäre Messung der Rauheit
Die Fähigkeit von Knochen-Implantaten zu rascher und vollständiger Osseointegration hängt eng mit den Eigenschaften der Implantatober flächen zusammen. Für den Knochenbereich werden Implantate bevorzugt, die aufgeraut oder topographisch strukturiert sind, um die Osseo integration zu beschleunigen bzw. zu verstärken. Es ist bekannt, dass sich Rauheiten in verschiedenen Dimensionen auf die biologischen Reaktionen an der Grenzfläche Implantat/Körper auswirken.
 
Deshalb stellt sich die Aufgabe, die Topographie einer Implantatoberfläche über den ganzen Bereich von mm bis in den submikrometer Bereich zu messen und zu beschreiben. Dies können Sie an beliebigen Stellen und sehr einfach mit einem mobilen oder stationären Rauheitsmessgerät ermitteln. Dazu positionieren Sie Ihr Implantat und die Tastspitze so zueinander, dass eine ausreichend große Taststrecke zur Verfügung steht. Der Messablauf erfolgt anschließend automatisch.

Ventilkörpermessstation

Oberflächenmessung im Kegelsitz eines Einspritzventils ohne
Werkstückzerstörung

Bedingt durch die sinkende Verfügbarkeit der Ölvorräte auf der Welt sowie der weltweit
steigende Bedarf an mehr Automobilen ergibt ein divergentes Entwicklungsbild beider
Faktoren.

Überlegungen zu anderen Energieträgern beim Automobil wie z. B. der Elektromotor
oder die Hybridtechnologie sind notwendige Folgen der Rohstoffgegebenheiten.
Ein weiterer und sicher effektvoller Weg ist auch der, den bestehenden Verbrennungsmotor
hinsichtlich der Verbrauchswerte sowie auch der Emissionsvorgaben zu optimieren.
Wesentliche Einflussgrößen sind die Motorenbauteile selbst und besonders auch die
Einspritzsystemtechnik.

Im Rahmen der modernen Einspritztechnologien werden Drücke von weit über 2000 bar erzeugt.
Die Forderungen an die betreffenden Bauteile sind seitens der Geometrie und Oberflächenqualitäten
gravierend gestiegen.
Die zu messenden Bereiche liegen in der Regel bei Kennwerten von Pt ~1 µm und Rz < 1 µm.

Die Messaufgabe bei einem Ventilkörper ist die Ermittlung des Pt- bzw. Rz- Wertes auf der
inneren Kegelmantelfläche. Diesen Messort sieht man nur sehr genau bei einem
geschnittenen Teil. Die Fertigung von Tausenden Teilen pro Tag im 3-Schichtbetrieb erfordert
allerdings eine schnelle, sichere und kontinuierliche Serienmessungen am unzerstörten Werkstück.
In der Praxis spricht man von einer Messung im „Dunklem“, da man den Messort nicht sieht,
und daher nicht weiß wo man misst.

Die Lösung für diese Messaufgabe ist eine MarSurf GD 30 Kompaktstation. Hier können die
Werkstücke leicht und genau in einer Aufnahme positioniert werden, so dass nach einmaliger
Einrichtung des Systems keine weiteren Justagearbeiten für den Bediener erforderlich sind.

Die heutige Lösung basiert auf einer über 30 jährigen Erfahrung. Heutige Systeme bieten
einfache softwareunterstützte  Auswerteverfahren, die die gemessenen Daten einfach und
schnell ermitteln. Diese Messeinrichtung zeigt deutlich den Trend und die Notwendigkeit der
Messung in Produktionsumgebung auf.

Am Beispiel der Ventilkörpermesseinrichtung sollte die hochpräzise Oberflächenmessung an
schwer zugänglichen Messorten am unzerstörten Werkstück dargestellt werden.

Turbinen-Check (Foto: Lufthansa Technik AG).

Flugzeuge sind die sichersten Verkehrsmittel überhaupt. Das sagt die Statistik. Dabei wird die Sicherheit am Himmel stets auch von der Umsicht und Sorgfalt am Boden gewährleistet. Beispielsweise werden die Triebwerke der Lufthansa-Flotte komplett zerlegt, gereinigt und nachgemessen. Um höchste Messgenauigkeit zu erreichen, arbeiten die Spezialisten u. a. mit Messgeräten der Mahr GmbH z. B. mit der „Precimar 828 CiM 500“, der weltweit präzisesten Serien-Universal-Längenmessmaschine.

Flugzeug-Triebwerke der weltweiten Lufthansa-Flotte werden bei der Lufthansa Technik-Werft in Hamburg durchgecheckt. Als elementares Bauteil eines Flugzeugs unterliegen sie bei Lufthansa höchsten Sicher-heitsanforderungen. Denn diese Aggregate sind extrem hohen Belastungen ausgesetzt: So drehen sich die Schaufelräder einer Turbine bis zu 16.000 Mal pro Minute und werden dabei Temperaturen bis 1600 °C ausgesetzt. Durch eine ständige sensorische Überwachung während des Fluges werden z. B. Abgastemperatur und Vibrationen überprüft. Wenn die Messwerte ein definiertes Limit überschreiten, werden Wartungsmaßnahmen eingeleitet. Bei Verschleiß werden die Triebwerke in der Hamburger Werft der Lufthansa Technik komplett zerlegt, gereinigt, inspiziert und defekte Teile ggf. ausgetauscht. Dabei werden alle Bauteile nachgemessen.

Höchste Qualitätsansprüche bei Lufthansa Technik
Bei der Kooperation zwischen der Lufthansa Technik und dem renommierten Göttinger Messgerätehersteller Mahr haben sich zwei Partner zusammengetan, die beide höchste Qualitätsansprüche haben und Wert auf hochgenaue Messungen legen. Lufthansa Technik setzt z. B. für die Überprüfungen von Bohrungen eine Kette von drei Messgeräten ein: Ein 3-Linien-Innenmessgerät zur direkten Messung der Bohrung. Dieses Handmessgerät wird mittels eines Einstellrings regelmäßig kalibriert. Der Einstellring wird wiederum regelmäßig auf der hochpräzisen Längenmessmaschine eingemessen – und deren Messwerte sind auf die Normale der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig rückgeführt. Die PTB ist das nationale Metrologieinstitut und die technische Oberbehörde der Bundesrepublik Deutschland für das Messwesen.

Beispiel: Der Triebwerkstator
Die Mitarbeiter der Hamburger Flugzeug-Werft überprüfen an diesem gewichtigen Turbinenbauteil die vielen Bo-rungen in denen die nicht rotierenden Turbinenschaufeln befestigt sind. Dabei arbeiten sie mit 3-Linien-Innenmessschrauben, z. B. mit der „Micromar 44 A“ von Mahr. Mit dieser handlichen Messschraube werden die Bohrungen schnell und sicher auf ihre Dimension gemessen und so Ver-schleiß schnell und zuverlässig erkannt. Die zu prüfenden Teile weisen Fehlergrenzen von z.B. 12 µm auf. Für eine zuverlässige Messung darf die maximale Abweichung einer 3-Linien-Innenmessschraube bei einem Durchmesser von 37 mm nur 4 µm betragen (DIN 863-4). Die Mahr 3-Linien-Innenmessschraube mit ihrer spezifizierten Fehlergrenze von 4 µm ist somit dafür geeignet.

 Prüfung einer Bohrung (Foto: Lufthansa Technik AG).

Zur fortwährenden Sicherstellung dieser spezifizierten maximalen Fehlergrenze wird die 3-Linien-Innenmessschraube in Intervallen von einem Jahr in einem klimatisierten Kalibrierlabor selbst wieder auf ihre einwandfreie Funktion überprüft und kalibriert.
Vor Benutzung der 3-Linien-Innenmessschraube ist diese vor Ort auf den Aufschriftwert eines Einstellringes einzustellen. Dieser Ring aus solidem Lehrenstahl verfügt über einen sehr genau spezifizierten Durchmesser. Dabei entsprechen die Baumaße der DIN 2250 C und Fehlergrenzen nach DIN 2250. Nach Vorgabe der Lufthansa Technik muß die Fehlergrenze mindestens um den Faktor 3 genauer sein als die der 3-Linien-Innenmessschraube.

Prüfung per Einstellring (Foto: Lufthansa Technik AG).

Um die 3-Linien-Innenmessschraube sicher zu überprüfen hat die Lufthansa Technik sehr hohe Ansprüche: Die Fehlergrenze des Durchmes-sers der für diese Aufgabe verwendeten Einstellringe beträgt bei Lufthansa Technik nur 1 µm (nach Norm wären 2 µm erlaubt). Ein neuer Einstellring verfügt über einen Kalibrierschein, in dem der Durchmesser und die Messunsicherheit bescheinigt wird. Doch unterliegen auch Einstellringe einem gewissen Verschleiß und einem Alterungsprozess, der die Materialeigenschaften und somit auch ihren Durchmesser beeinflusst. Deshalb müssen auch diese Einstellringe periodisch vermessen werden. Zur Wahrung des hohen Qualitätsstandards führt Lufthansa Technik diese Überwachungsprüfungen selbst durch und zwar auf einer Präzisions-Serien-Universal-Längenmessmaschine, der  „Precimar 828 CiM 500“ von Mahr.

Motorisierte Längenmessmaschine
Die Längenmessmaschine ist motorisiert, ruht auf einem Granitbett und steht in Hamburg in einem klimatisierten Messraum. Um die für den Einstellring erforderliche Fehlergrenze von 1 µm sicher messen zu können, ist die Messmaschine mit ihrer Messunsicherheit von 0,1 + L/1000 sehr gut geeignet - die neueste Generation von „Precimar 828 CiM“ weist sogar eine Messunsicherheit von nur 0,075 + L/1500 auf! Mahr erreicht diese extrem hohe Messgenauigkeit durch luftgelagerte Komponenten, eine praktisch reibungslose Messkrafterzeugung, die exakte Einhaltung des Abbe`schen Komparatorprinzips, ein hochwertiges inkrementales Wegmesssystem sowie einen CNC-steuerbaren Messschlitten und Objekttisch.
Die Mitarbeiter der Lufthansa Technik messen den Einstellring in 3 Ebenen und 2 Schnitten. Dank ihrer automatischen Messweise gewährleistet das Längenmessgerät eine nahezu bedienerunabhängige und zügige Messung der insgesamt 6 Durchmessermessungen eines Einstellrings. Zur Kalibrierung des Einstellringes ist die Längenmessmaschine mit einem Drehrasttisch ergänzt worden – einem Bauteil, das nur Mahr bietet. Die Vorteile: Der Einstellring braucht zum Drehen nicht berührt und neu eingespannt werden, sondern kann schnell und exakt um 90 Grad gedreht werden. Das hat auch den Vorteil, dass der Einstellring sich nicht durch eine Berührung erwärmt und dadurch leicht verformt bzw. ausgedehnt würde.

  Einstellring-Messung (Foto: Lufthansa Technik AG).

Zur Sicherstellung der gesamten Qualitätskette lässt Lufthansa Technik seine „828 CiM 500“ jährlich von Mahr-Spezialisten warten und kalibrieren. Dabei werden DKD-kalibrierte Endmaße verwendet, die bei Mahr auf die Normale der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) rückführbar sind.
Das sehr hohe Niveau der Qualitätssicherung in der Werft der Lufthansa Technik in Hamburg überzeugt nicht nur das Qualitätsmanagement der Lufthansa. Auch andere internationale Fluggesellschaften lassen mittlerweile hier ihre Triebwerke überprüfen. Die Fluggäste in den Flugzeugen merken von der detailreichen Arbeit der Mitarbeiter in der Flugzeugwerft in der Regel nichts – sie genießen einen reibungslosen und sicheren Flug. Genau dafür haben sich die Anstrengungen der Lufthansa Technik und Mahr gelohnt!
Autoren: Andreas Gossing, Kurt Koch (Lufthansa Technik AG Hamburg), Dr. Jürgen Schweizer, Produktmanager (Mahr GmbH Göttingen)

Windkraftanlagen sind ein Symbol nachhaltiger Energieerzeugung. Damti die Windkraftanlage effizient arbeiten,müssen sich die Windräder leichtgängig drehen. Dafür sorgen u.a. Wälzlager. Die Qualität der dort eingestezten Stahlkugel wird durch den Einsatz von Mahr-Universallängenmessmaschinen gesichert.

Leichtgängigkeit ist bei Windenergieanlagen entscheidend. Je leichter sich die Windräder mit den bis zu 60 Meter langen Flügeln drehen, umso effizienter erzeugt die Anlage Strom. Wälzlager sind wichtige Kompnenten bei Windenergieanlage und sorgen für deren reibungslosen Betrieb. Unterschiedliche Lagerarten kommen bei Windkraftanlagen zum Einsatz, u.a. Kugellager. Deshalb ist eine hochgenaue und regelmäßige Qualitätskontrolle der Stahlkugeln bei der Produktion unerlässlich - denn die müssen stets den genauen festgelegten Durchmesser haben.

Messung im Kalibrierlabor
Die Mitarbeiter in den Prüflaboren der Wälzlager-Produzenten richten sich bei der Qualitätssicherung dieser Kugeln nach Anforderungen von DIN-Normen, in denen das Messverfahren exakt beschrieben wird. Gemessen werden die unterschiedlichsten Kugelklassen. Die Toleranz bei der Kugelmessung beträgt 0,08 µm als kleinste Abweichung vom 2-Punkt-Maß. Zur zuverlässigen Qualitätssicherung der Stahlkugeln kann die Mahr-Universallängenmessmaschine Precimar PLM 600-2 eingesetzt werden. Diesen Messplatz hat Mahr mit dem Ziel entwickelt, um Prüfmittel und geeignete Werkstücke aus verschiedenen Fertigungsbereichen bedienerfreundlich, schnell, sicher und mit kleinster Unsicherheit zu messen. So verfügt die moderne Messmaschine über einen ruck- und stoßfreien Messwagenantrieb. Dabei beträgt die maximale Verfahrgeschwindigkeit 50 mm/sec. Die zulässige Antastgeschwindigkeit zur Realisierung der Objektantastung liegt bei 8 mm/sec. Idealerweise nutzt man zur Messung den automatisierten Antastvorgang mittels Richtungstasten. Hierbei erkennt die Maschine automatisch, ob eine Innen- oder Außenmessung vorliegt; die vorgewählte Messkraft wird automatisch durch die Elektronik erzeugt. Dadurch vermeidet man subjektive Einflüsse bei der Antastung und findet immer gleich bleibende, reproduzierbare Antastverhältnisse vor. Die Precimar PLM 600-2 verfügt über ein großes messaufgabenabhängiges Messkraftspektrum von 0-13,9 N. Neben der automatischen Messkraftnachführung während der Umkehrpunktsuche bei allen Messverfahren wird der hohe Bedienkomfort auch durch automatische bzw. teilautomatische Prüfabläufe erzielt. Weiterhin verfügt die Mahr-Messmaschine über einen in 5 Achsen feinfühlig verstellbaren und mit 20 kg belastbaren Objekttisch zur Ausrichtung der Prüflinge.

Äußerst genaue Messdaten
Die sehr hohe Messgenauigkeit erreicht das Mahr-Messsystem u.a. durch einstufige Messwertbildung, exakte Einhaltung des Komparatorprinzips nach Ernst Abbé und ein hochwertiges, inkrementales Wegmesssystem. Systematische Abweichungen werden automatisch korrigiert und zufällige Abweichungen reduziert. So wird unter üblichen Messraumbedingungen eine Messunsicherheit MPEE1 von  (0,15 + L/1500) µm erreicht (L in mm).

Aktive Schwingungsdämpfung
Für die hochpräzisen Messungen an Kugeln werden die Mahr-Messplätze in temperierten Messräumen platziert. Dort können die Kugeln in regelmäßigen Abständen bezüglich der Durchmesser überprüft werden. Um weitere Umgebungseinflüsse wie z.B. Vibrationen während der Messung deutlich zu reduzieren, werden die Messmaschinen auf Tische mit aktiver Schwingungsdämpfung gestellt. Hierdurch wird eine weitere Verringerung der Messunsicherheit MPEE1 auf (0,1 + L/1500) µm erreicht (L in mm). Die Messungen können mit der Basis-Software „828 WIN" von Mahr am PC ausgewertet und dokumentiert werden.

Tempo in die Qualitätssicherung
Der Messplatz „Precimar PLM 600-2" bietet den Messtechnikern im Alltag einen angenehmen Messkomfort: Die Bedienung ist äußerst einfach dank einem messkraftgeregelten und über Joystick steuerbaren Messschlitten mit progressiver Auslenkkennlinie, automatischer Antasterkennung und rechnerunterstützter Suche der Umkehrpunkte. Durch diese Ausstattungsmerkmale und die hohe Verfahrgeschwindigkeit des Messschlittens wird ein hohes Tempo bei der Durchführung der Messungen erreicht.

 High-End-Längenmessung: Precimar PLM 600-2.