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Ein schnelles Mess- und Auswerteverfahren für die ganzheitliche Kalibrierung von Gewinden

06.05.2024

Um die Industrie bei der Qualitätssicherung im Bereich der Herstellung von Gewinden zu unterstützen, steht die PTB seit Jahren in engem Austausch mit Gewindelehrenherstellern und Kalibrierlaboratorien. Seither wurden in verschiedenen Forschungsprojekten Mess- und Auswertestrategien entwickelt, welche neue Maßstäbe in der flächenhaften Kalibrierung von Gewinden setzen. Für diese Messstrategien ist jedoch die Verwendung von hochgenauen Koordinatenmessgeräten (KMG) notwendig, welche aus Kosten- und Zeitgründen den meisten Kalibrierlaboratorien nicht zur Verfügung stehen.

Die bisher in der Gewindekalibrierung etablierten Messmethoden, z.B. die Dreidraht- und Zweikugelmethode sowie neuere Tastschnittverfahren, beziehen sich jeweils auf einzelne Achsschnitte nach VDI/VDE/DGQ 2618 Blatt 4.8 und 4.9 [1]. Die Strategie dieser Messverfahren schließt eine ganzheitliche Messung und Auswertung von Gewinden aus, wodurch die steigenden Anforderungen an Fertigungstoleranzen schwer erfüllt werden können.

Damit die flächenhafte Charakterisierung von Gewinden Einzug in die industrielle Kalibrierpraxis halten kann, wurde eine Mess- und Auswertestrategie entwickelt, die auch mit Messgeräten umsetzbar ist, welche üblicherweise in Kalibrierlaboratorien vorhanden sind. Hierbei handelt es sich um Tastschnittmessgeräte, mit denen zweidimensionale, taktile Konturenmessungen durchgeführt werden. Ein solches Gerät wurde im Rahmen eines TransMeT-Projektes erstmals mit einer Drehachse für die Gewindemessung kombiniert. Für die Charakterisierung der Lage der Drehachse wurde eine neue Einmessmethode entwickelt. Durch die zusätzliche Drehachse können Gewindelehren problemlos in z.B. zehn oder mehr Achsschnitten gemessen werden. Die Messdaten werden anschließend einer Auswertesoftware übergeben, die eine Anpassung der Sollgeometrie an die Messwerte nach der Methode der kleinsten Quadrate vornimmt. Anhand dieser Anpassung können die genormten Auswerteparameter wie Flankendurchmesser, Steigung und Flankenwinkel berechnet werden.

Ein Gewindelehrdorn ist in einer Drehachse mit einem Backenfutter eingespannt und der Tastkopf eines Tastschnittmessgerätes fährt über die Kontur des Gewindes.
Abb 1: Taktile Konturenmessung eines Gewindelehrdorns M64x6 mit einer Drehachse auf einem 2D-Gewindescanner

Die ersten Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen eine gute Übereinstimmung der gemessenen Gewindeparameter sowohl zur etablierten, zweidimensionalen Tastschnittmessung als auch zu einer flächenhaften Gewindekalibrierung auf einem KMG. Besondere Bedeutung erhält hierbei der zeitliche Vorteil dieser Methode, welche deutlich effizienter ist als die Messung auf einem KMG, gleichzeitig aber nur unwesentlich mehr Zeit in Anspruch nimmt als herkömmliche Achsschnittmessungen. In den nächsten Monaten wird die neue Messstrategie weiter optimiert und die spezifischen Messunsicherheitsbilanzen nach EURAMET cg-10 erstellt [2]. Eine umfangreiche Vergleichsmessung mit allen Projektpartnern zur Validierung der Qualität der Ergebnisse bildet den Projektabschluss.


Literatur

[1] VDI/VDE/DGQ 2618 Blatt 4.8 & 4.9; Prüfmittelüberwachung - Prüfanweisung für zylindrische Gewinde-Einstelldorne, Gewinde-Lehrdorne und Gewinde-Prüfdorne; Prüfanweisung für zylindrische Gewinde-Einstellringe, Gewinde-Lehrringe; 04/2006
[2] EURAMET cg-10; Determination of Pitch Diameter of Parallel Thread Gauges by Mechanical Probing; 12/2012.

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