Längen- und Winkelmessmittel: Messschieber, Bügelmessschraube, Messuhr

Niemand misst eine Welle mit einem Toleranzfeld von wenigen Hundertstel mit dem Gliedermaßstab. Und niemand zückt für eine grobe Rohrlänge die Bügelmessschraube. Jedes Messmittel hat einen Bereich, in dem es sinnvoll arbeitet – darüber wird es ungenau, darunter ist es überzogen und unhandlich.

Zwei Begriffe muss man dabei sauber auseinanderhalten. Die Auflösung ist der kleinste Skalenwert, den ein Messmittel anzeigen kann – beim Messschieber typisch 0,05 mm oder 0,02 mm, bei der Bügelmessschraube 0,01 mm. Die Genauigkeit dagegen sagt, wie nah der angezeigte Wert am wahren Wert liegt. Beides ist nicht dasselbe: Ein Messmittel kann fein auflösen und trotzdem daneben liegen, etwa wenn es dejustiert oder verschmutzt ist.

Das klassische Bild dafür ist die Dartscheibe. Treffen alle Pfeile eng beieinander, aber weit vom Zentrum, ist das hohe Wiederholbarkeit bei schlechter Richtigkeit – das Messmittel zeigt zwar reproduzierbar an, aber den falschen Wert. Streuen die Pfeile rund ums Zentrum, stimmt der Mittelwert, aber jede Einzelmessung ist unsicher. Gut ist nur, was eng und mittig trifft.

Der Messschieber – im Werkstattjargon oft „Schieblehre“ genannt – ist das meistgenutzte Längenmessmittel überhaupt. Mit ihm misst man Außenmaße, Innenmaße und Tiefen, und das mit einem einzigen Werkzeug.

Der Aufbau ist schnell erklärt. Auf einer Hauptskala (Schiene) sitzt verschiebbar der Messschlitten mit dem Nonius. Die großen Messschnäbel unten greifen Außenmaße, die kleinen oben innen liegende Maße wie Bohrungen. Hinten schiebt sich beim Öffnen die Tiefenmaßstange heraus, mit der man Tiefen von Sacklöchern oder Absätzen misst.

Das Kernstück ist der Nonius – eine zweite Skala, die das Ablesen von Bruchteilen eines Millimeters ermöglicht. Die Idee dahinter: Der Nonius ist gegenüber der Hauptskala leicht „gestaucht“. Beim 1/20-Nonius sind 20 Nonius-Teilstriche auf eine length von 19 mm verteilt. Jeder Nonius-Strich liegt damit um 0,05 mm gegenüber der Hauptskala versetzt. Genau dieser Versatz wird zur Ablesehilfe.

So liest man ab

Das Ablesen läuft immer in zwei Schritten:

Zuerst liest man auf der Hauptskala ab, wie viele ganze Millimeter der Nullstrich des Nonius bereits überschritten hat. Dann sucht man den Nonius-Strich, der genau mit einem Strich der Hauptskala fluchtet – nur dort decken sich beide Skalen sauber. Die Nummer dieses Strichs, multipliziert mit dem Skalenwert, ergibt den Nachkommaanteil.

Beim 1/20-Nonius ist der Skalenwert 0,05 mm, beim feineren 1/50-Nonius sind es 0,02 mm. Das Ableseprinzip bleibt identisch, nur die Feinheit ändert sich.

Wo der Messschieber an seine Grenzen kommt, übernimmt die Bügelmessschraube – auch Mikrometer genannt. Sie löst auf 0,01 mm auf und ist damit deutlich feiner als der Messschieber. Das verdankt sie einem simplen mechanischen Trick: einem Gewinde mit sehr feiner Steigung.

Der C-förmige Bügel trägt auf der einen Seite den feststehenden Amboss, auf der anderen die bewegliche Messspindel. Dreht man die Skalentrommel, schraubt sich die Spindel vor oder zurück. Am Ende sitzt die Ratsche – ein kleiner Überlastschutz, der durchrutscht, sobald eine bestimmte Messkraft erreicht ist. So legt jeder dieselbe Kraft an, und das Ergebnis wird reproduzierbar.

Der Kniff steckt in der Steigung: Die Messspindel hat ein Gewinde mit 0,5 mm Steigung. Eine volle Umdrehung der Trommel bewegt die Spindel also um genau 0,5 mm. Die Trommel ist am Umfang in 50 Teile geteilt – ein Teilstrich entspricht damit 0,5 mm ÷ 50 = 0,01 mm.

So liest man ab

Auf der Hülse (dem feststehenden Teil) läuft die Längsskala. Oben sind die ganzen Millimeter markiert, unten – versetzt – die halben Millimeter. Man liest ab, wie weit die Trommelkante die Hülsenskala freigegeben hat. Dann nimmt man den Trommelstrich, der an der waagrechten Ablesekante der Hülse steht, und multipliziert ihn mit 0,01 mm.

Wichtig ist, die halben Millimeter nicht zu übersehen. Steht auf der Hülse ein Halbmillimeter-Strich frei, kommen 0,5 mm dazu, bevor man den Trommelwert addiert.

Die Messuhr misst anders als Messschieber und Bügelmessschraube: Sie liefert kein Absolutmaß, sondern eine Vergleichsmessung. Sie zeigt also nicht „24,98 mm“ an, sondern „0,03 mm Abweichung von der eingestellten Bezugslage“. Genau das macht sie zum Werkzeug für Rundlauf, Planlauf und Ebenheit.

Im Inneren steckt ein simples Übersetzungsgetriebe. Der Messbolzen trägt eine Zahnstange, die in ein Ritzel greift. Schon eine kleine Längsbewegung des Bolzens dreht über die Zahnrad-Übersetzung den Zeiger weit über das Zifferblatt. Eine typische Teilung beträgt 0,01 mm pro Skalenstrich; ein voller Zeigerumlauf entspricht meist 1 mm, gezählt von einem kleinen Nebenzeiger.

Im Einsatz steht die Messuhr fast nie frei in der Hand, sondern in einem Stativ oder Messbock. Man fährt den Messbolzen mit etwas Vorspannung gegen das Werkstück, dreht das Zifferblatt auf null (oder nullt gegen ein Endmaß als Bezug) und bewegt dann das Werkstück. Beim Drehen einer Welle zeigt der Zeigerausschlag direkt den Rundlauffehler: Die Differenz zwischen größtem und kleinstem Wert ist die Abweichung.

Längen sind nur die halbe Werkstatt – Winkel müssen genauso geprüft werden. Die Bandbreite reicht vom simplen Festwinkel bis zum Universal-Winkelmesser mit Nonius.

Am häufigsten ist der Anschlagwinkel mit festem 90°-Winkel. Er prüft nicht den genauen Wert, sondern ob eine Kante rechtwinklig ist. Man legt ihn an und hält gegen das Licht: Zeigt sich ein Lichtspalt, stimmt der Winkel nicht. Diese Lichtspaltprüfung ist erstaunlich empfindlich – das Auge erkennt schon Spalte von wenigen Hundertstel Millimeter. Verwandt ist der Haarwinkel, dessen scharfe Schneide besonders feine Lichtspaltprüfungen erlaubt.

Wo ein konkreter Winkelwert gebraucht wird, kommt der Universal-Winkelmesser zum Einsatz. Er hat eine drehbare Schiene und – wie der Messschieber – einen Nonius, nur eben für Winkelgrade. Die Hauptskala ist in ganze Grad geteilt, der Nonius erlaubt das Ablesen von Bruchteilen in Winkelminuten.

So liest man ab

Das Prinzip ist dasselbe wie beim Messschieber, nur in Winkeleinheiten. Zur Erinnerung: Ein Grad hat 60 Winkelminuten.

Beim verbreiteten Winkel-Nonius entspricht ein Nonius-Strich 5 Winkelminuten. Man liest also die ganzen Grad ab, sucht den deckenden Nonius-Strich und multipliziert dessen Nummer mit 5′.

Das beste Messmittel nützt nichts, wenn man es falsch wählt oder schlecht behandelt. Drei Dinge entscheiden über brauchbare Ergebnisse: die richtige Auswahl, saubere Handhabung und regelmäßige Pflege.

Die Auswahl richtet sich nach der geforderten Toleranz, wie in Kapitel 1 gezeigt. Grobe Maße mit weiter Toleranz – Messschieber. Enge Toleranzen im Hundertstelbereich – Bügelmessschraube. Form- und Lageabweichungen wie Rundlauf – Messuhr. Winkel je nach Anspruch Anschlagwinkel oder Universal-Winkelmesser.

Bei der Handhabung ist die Messkraft der kritische Punkt. Zu fest gedrückt, federt das Werkstück oder das Messmittel; zu lose, sits der Taster nicht an. Bei der Bügelmessschraube übernimmt die Ratsche diese Aufgabe. Genauso wichtig: sauber anlegen, rechtwinklig zur Messfläche, an der richtigen Stelle greifen.

Ein oft unterschätzter Faktor ist die Temperatur. Metall dehnt sich bei Wärme aus, deshalb gelten Maße per Konvention bei einer Bezugstemperatur von 20 °C. Misst man ein gerade bearbeitetes, noch warmes Werkstück oder hält das Messmittel zu lange in der warmen Hand, misst man zu groß. Bei engen Toleranzen lässt man Werkstück und Messmittel deshalb vor dem Messen auf Raumtemperatur angleichen.

Zur Pflege gehört: nach Gebrauch reinigen, leicht ölen, getrennt und stoßgeschützt aufbewahren – nicht lose im Werkzeugkasten zwischen Schraubenschlüsseln. Messflächen sind empfindlich; ein Sturz oder Schlag kann ein Messmittel unbrauchbar machen.

Damit ein Messmittel verlässlich bleibt, wird es in festen Abständen kalibriert und im Rahmen der Prüfmittelüberwachung kontrolliert. Wie groß die verbleibende Messunsicherheit ist und wie sie mit Toleranzen zusammenspielt, ist ein eigenes Thema und wird im Beitrag „Messunsicherheit und Toleranzen“ behandelt.