Mikrometerschraube-Ratgeber: Ein hochpräzises Prüfwerkzeug

Seit vielen Jahren hat sich die einfache Handmikrometerschraube weiterentwickelt und bietet heute eine große Vielfalt an Messspitzenkonfigurationen und digitaler Elektronik. In der Fertigung gilt die Mikrometerschraube nach wie vor als eines der vielseitigsten und beliebtesten Präzisionsmesswerkzeuge. Denn sie liefert direkte Größeninformationen, bietet eine hohe Auflösung und lässt sich mühelos an eine Vielzahl von Messanwendungen anpassen. Aus diesem Grund haben wir in diesem Ratgeber alles zusammengestellt, was Sie über die Mikrometerschraube wissen müssen.

Was ist eine Mikrometerschraube?

Eine Mikrometerschraube – auch als Mikrometer bezeichnet – ist ein Präzisionsmessinstrument mit einer kalibrierten Spindel, das vor allem dazu dient, geringe Dicken oder Abstände zwischen zwei Messflächen von Bauteilen aus der Zerspanung und dem Maschinenbau zu messen. Die Mikrometerschraube wird häufig zusammen mit anderen metrologischen Geräten wie Nonius-, Skalen- und Digitalmessschiebern verwendet. Sie dient außerdem als Werkzeug zur Messung des scheinbaren Durchmessers eines mikroskopischen Objekts oder Himmelskörpers in Mikroskopen oder Teleskopen.

Seit der Einführung der Mikrometerschraube vor etwa 150 Jahren wurden zahlreiche Varianten alternativer Messspitzenkonfigurationen entwickelt. Dies geschah, um unzählige Messanwendungen in den unterschiedlichsten Bereichen zu erfüllen. Diese Vielfalt an Mikrometeroptionen hat sie daher zu einem universellen Handmesswerkzeug für Längen in der Fertigungsindustrie gemacht.

Es gibt eine große Vielfalt an Mikrometern, darunter unter anderem die folgenden:

1. Universelle Mikrometersätze – verfügen über austauschbare Messbolzen, darunter flach, kugelig, Keilnuten-, Scheiben-, Messerschneiden-, Spitzen- und Messerschneidenausführungen. Der Begriff Universalmikrometer bezeichnet Mikrometer mit modularen Komponenten, die es ermöglichen, dass ein Teil als Tiefenmessmikrometer, Außenmikrometer, Stufenmikrometer und vieles mehr fungiert. Sie sind meist unter den Markennamen Mul-T-Anvil und Uni-Mike bekannt.
2. Messerschneiden-Mikrometer – verfügt über ein passendes Paar schmaler Messspitzen (Messerschneiden), die die Messung einer schmalen O-Ring-Nut ermöglichen.
3. Flankendurchmesser-Mikrometer – verfügt über ein passendes Paar gewindegeformter Messspitzen zur Messung des Flankendurchmessers von Gewinden
4. Grenzlehren-Mikrometer – verfügen über zwei Spindeln und zwei Messbolzen, die wie eine Rachenlehre verwendet werden. Das zu messende Prüfstück muss durch die erste und die zweite Öffnung passen und innerhalb der Spezifikation liegen. Die beiden Öffnungen bilden die Ober- und Untergrenze des Toleranzbereichs exakt ab.
5. Innenmessmikrometer – dieser Mikrometertyp verfügt über drei Messbolzenköpfe auf einem Mikrometergrundkörper und wird zur Messung von Innendurchmessern eingesetzt.
6. Rohrmikrometer – verfügt über einen zylindrischen Messbolzen zur Messung der Wandstärke von Rohren. Sein Messbolzen ist senkrecht zur Spindel angeordnet

Welche Funktion hat eine Mikrometerschraube?

Die Mikrometerschraube findet in nahezu allen Bereichen der Wissenschaft breite Anwendung, etwa im Ingenieurwesen, in der Fertigung und in verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten. Sie wird zur Messung einer Vielzahl von Objekten mit höchster Präzision und Genauigkeit eingesetzt. Um die Mikrometerschraube besser zu verstehen und ihre korrekte Verwendung sicherzustellen, ist es daher unerlässlich, die Funktion ihrer grundlegenden Bauteile zu kennen. Hier sind die Bauteile und Funktionen einer Mikrometerschraube:

U-förmiger Bügel

Dieses Bauteil eines Mikrometers ist ein U-förmiger Bügel, ein starres Teil, das Haltepunkte für das zu messende Objekt bietet. Die Größe des U-förmigen Bügels hängt vom Messbereich ab und nimmt zu, je größer der Messbereich wird. Die Hauptfunktion des U-förmigen Bügels besteht darin, die Grundstruktur eines Mikrometers zu bilden, an der der feststehende Messbolzen an einem Ende und die bewegliche Spindel am anderen Ende des U-Bügels nach außen oder innen gleiten.

Nullstellschraube

Dies ist eine Schraube am hinteren Ende des Messbolzens, mit der der Nullfehler des Mikrometers eingestellt oder korrigiert wird. So lässt sich ein festgestellter Nullfehler vor der Messung während der Prüfung ausgleichen.

Messbolzen

Der Amboss ist ein kleines, stationäres zylindrisches Bauteil am gegenüberliegenden Ende des Bügels, das als Haltepunkt für Messproben oder Objekte dient. Die meisten Anwender bezeichnen ihn als einen der festen Mess- und Haltepunkte einer Bügelmessschraube.

Messspindel

Dies ist ein zylindrisches Bauteil der Bügelmessschraube, das durch alle anderen Teile wie Feststellmutter, Hülse und Messtrommel geführt ist. Es ist beweglich und mit der Ratsche verbunden. Wird die Ratsche im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht, gleitet die Messspindel nach innen oder außen und passt sich so an die Messung der Probengröße an.

Messflächen von Spindel und Amboss

Die Messspindel und der Amboss besitzen jeweils eine Messfläche und liegen einander gegenüber. Sie sind die Messpunkte der Bügelmessschraube und so konstruiert, dass sie die Messprobe oder das Objekt gemeinsam für die Messung halten.

Die Feststellmutter

Der Mechanismus der Bügelmessschraube basiert auf präzisionsgeschliffenen Gewinden der Messspindel. Daher ist die Feststellmutter so gestaltet, dass sie für diesen Mechanismus als feststehende Mutter fungiert. Die Drehung dieses Mechanismus in die Feststellmutter an der Bügelmessschraube steuert die Bewegung der Messspindel.

Hülse

Die Hauptfunktion der Hülse besteht darin, bei einer Zoll-Bügelmessschraube die Ablesung in Millimetern (mm) anzuzeigen. Die Hülse an der Bügelmessschraube ist ein zylindrisches Bauteil in Trommelform, das auf der Messspindel montiert ist. Die Hauptskala der Bügelmessschraube ist auf der Hülse eingraviert.

Messtrommel

Die Messtrommel ist ein Bauteil einer Bügelmessschraube und auf der Messspindel montiert. Auf der Messtrommel ist eine Skala eingraviert, die den Messwert der Probe oder des zu messenden Objekts als Bruchteil anzeigt.

Die Ratsche

Die Ratsche ist ein gerändeltes Daumenrad, mit dem die Messspindel während des Messvorgangs in die gewünschte Richtung gedreht wird, wobei eine Ratschenfunktion gegeben ist. Die Ratschenfunktion verhindert ein zu festes Anziehen der Bügelmessschraube über der Messprobe oder dem Messobjekt. Außerdem sorgt sie für eine gleichmäßige Anpresskraft bei jeder Messung.

Welche Vorteile bietet eine Bügelmessschraube?

Die Bügelmessschraube gilt allgemein als hervorragendes Präzisionsmesswerkzeug. Wie bei einer Vielzahl von Werkzeugen bringt die Bügelmessschraube beeindruckende Vorteile mit sich. Zu den Vorteilen gehören unter anderem:

1. Sie liefert präzise Messergebnisse: Die Bügelmessschraube ist eine der genauesten, schnellsten und präzisesten Messvorrichtungen, die erhältlich sind. Sie ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich, doch die meisten Bügelmessschrauben messen bis auf 0,001 mm oder 0,0001 Zoll genau.
2. Sie ist vielseitig einsetzbar: Aufgrund ihrer Einfachheit wird die Bügelmessschraube in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Maschinenbau, Zerspanungsindustrie, Fertigungsindustrie und viele mehr. Dank ihrer benutzerfreundlichen Handhabung erzielen Anwender mit nur wenig Kenntnis dieses Präzisionsmesswerkzeugs problemlos genaue Messwerte.
3. Sie bietet großes Potenzial: Jede Einheit und jedes Bauteil der Bügelmessschraube ist mit spezialisierter Ausstattung versehen, die bestimmte Aufgaben erfüllt. Zu den spezialisierten Bauteilen gehören unter anderem die Messflächen von Amboss und Spindel, die je nach Anforderung der Anwendung des Anwenders eine noch präzisere Messung ermöglichen.
4. Sie ist in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Anwendungen erhältlich: Die Bügelmessschraube ist in einer Vielzahl von Ausführungen mit spezifischen Anwendungen erhältlich. Um eine genaue Messung eines bestimmten Abstands zu erhalten, müssen Anwender die für die Messung richtige Bügelmessschraube verwenden. Andernfalls ist eine solche Messung für das Projekt möglicherweise nicht zuverlässig. Beispielsweise eignen sich Messschrauben mit Messmessern zur Messung von umschlossenen Merkmalen wie Nuten, während Papierdickenmessgeräte die Dicke eines Papiers messen.
5. Eine Bügelmessschraube ist sehr langlebig: Die Bügelmessschraube ist ein langlebiges Messwerkzeug mit einer langen Lebensdauer. Sie erfordert nur eine Investition beim Kauf, danach können Anwender über die Zeit von ihr profitieren. Denn Anwender können das Werkzeug mehrfach und für verschiedene Anwendungen einsetzen.
6. Sie ist kosteneffizient: Große Messwerkzeuge sind meist teuer, während die Bügelmessschraube für Anwender, die einen großen Messbereich abdecken möchten, kosteneffizient ist. Denn diese Bügelmessschraube bietet austauschbare Ambosse unterschiedlicher Länge, sodass sich mit einem einzigen Bügel verschiedene Abmessungen messen lassen.
7. Sie liefert zuverlässige Messergebnisse: Das Mikrometer besteht aus dem Ratschen-Geschwindigkeits-/Stoppmechanismus und integrierten Skalen. Der Ratschen-Geschwindigkeits-/Stoppmechanismus ermöglicht es, gleichmäßigen Druck auf die Messtrommel auszuüben, um zuverlässige Messungen zu erhalten. Außerdem verfügt das Mikrometer über integrierte Skalen wie die Hülsen- und Trommelskalen, wodurch die Verwendung von Maßband und Lineal vermieden wird.

Der Aufbau der Mikrometerschraube

Funktionsprinzip des Mikrometers

Das Funktionsprinzip der Mikrometerschraube beruht auf der Umwandlung kleiner Distanzen in größere durch Messung der Drehung der Schraube. Dies geschieht mithilfe des „Schraubenprinzips“, um das Ablesen kleinerer Distanzen auf einer Skala nach deren Vergrößerung zu erleichtern.

Um das Funktionsprinzip weiter zu vereinfachen, betrachten wir eine typische Schraube mit Gewinde und drehen die Schraube durch Verdrehen ihres Kopfes hinein. Beim Eindrehen der Schraube dreht sich das Gewinde der Schraube eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen. Jede Umdrehung der Schraube lässt sich einer entsprechenden axialen Bewegung zuordnen, die als Steigung oder Gang der Schraube bezeichnet wird.

Wenn alle Gewindegänge einer solchen Schraube mit einer bekannten konstanten Steigung gefertigt sind, lässt sich die erzeugte axiale Bewegung leicht auf einer Skala ablesen. Folglich nutzt die Mikrometerschraube das oben dargestellte Prinzip, um die Abmessungen von Proben und Teilen zu messen.

Aufbau

Eine Mikrometerschraube besteht aus einer „U“-förmigen Metallstruktur, die an einem Ende des Werkzeugs mit einem hohlen zylindrischen Rohr verbunden ist. Im Inneren des hohlen Rohrs befindet sich die gleichmäßig mit Gewinde versehene Mutter. In diese Mutter ist ein langer Bolzen mit ebener Fläche eingepasst. Am anderen Ende des „U“-förmigen Rahmens, genau gegenüber dieser Mutter, ist außerdem ein kleinerer Bolzen mit ebener Fläche angebracht. Die Flächen der beiden Bolzen liegen exakt parallel zueinander.

Die „U“-förmige Metallstruktur wird als Rahmen einer Mikrometerschraube bezeichnet. Der kleinere Bolzen wird als Amboss bezeichnet, der längere Bolzen als Spindel. Die Spindel bewegt sich, wenn der Kopf bewegt wird, während der Amboss der feststehende Teil ist. Das zu messende Objekt wird zwischen Amboss und Spindel platziert. Der Rahmen trägt sowohl die Hülse als auch den Amboss. Die Hülse ist der Teil, der den Rahmen mit dem unbeweglichen zylindrischen Rohr der Mikrometerschraube verbindet, auf dem eine Skala eingraviert ist. Diese Skala wird als Hauptskala des Geräts bezeichnet.

Das Herzstück der Mikrometerschraube ist die Schraube, die sich im Inneren der Hülse befindet. Die Schraube hilft, kleine Abmessungen von Proben mithilfe der Skala in messbare Distanzen umzuwandeln. Das Gerät verfügt außerdem über den Kopf bzw. die Messtrommel, das Ende des zylindrischen Rohrs, das gedreht werden kann, um die Spindel zu bewegen und einzustellen. Die Messtrommel ist der Teil, auf dem die Sekundärskala angezeigt wird.

Am Ende des Rohrs befindet sich die Ratsche, eine Begrenzungsvorrichtung, die durch Durchrutschen bei einem vorgegebenen Drehmoment Druck ausübt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Spindel weiter bewegt. Es gibt zwar eine große Vielfalt an Mikrometern für spezifische Anwendungen, einige verfügen jedoch über Arretiervorrichtungen. Diese Arretiervorrichtung hält die Skala bei einer bestimmten Messung fest, um jegliche Fehler bei der Messung zu vermeiden.

Somit umfassen die Hauptteile einer Mikrometerschraube, wie zuvor erläutert, folgendes:

• „U“-förmiger Rahmen
• Messbolzen
• Messspindel
• Hülse
• Messtrommel
• Ratsche
• Schraube
• Arretierung

Wie verwendet man ein Mikrometer?

Die unten aufgeführten Schritte sind zu befolgen, um eine ordnungsgemäße Verwendung eines Mikrometers sicherzustellen. Die Schritte umfassen folgendes:

1. Machen Sie sich mit dem Aufbau des Geräts vertraut. Einige Komponenten sind feststehend, andere beweglich.
2. Reinigen Sie vor der Messung Amboss und Spindel: Dieser Schritt ist nicht zwingend erforderlich, es ist jedoch ratsam, die Oberfläche von Amboss und Spindel sauber zu halten, um eine präzise Messung zu gewährleisten
3. Halten Sie die zu messende Probe in der linken Hand und legen Sie sie am Amboss an. Der Amboss kann mehr Druck aushalten als die Spindel, da er feststehend ist.
4. Halten Sie das Mikrometer in der rechten Hand, während der Rahmen sanft auf Ihrer Handfläche ruht. Auf einem feststehenden Schraubstock können Sie den Rahmen auch befestigen, um beide Hände während des Messvorgangs frei zu haben
5. Drehen Sie die Ratsche des Mikrometers gegen den Uhrzeigersinn: Stellen Sie sicher, dass die Null auf der Messtrommel mit der Skala auf der Hülse übereinstimmt
6. Drehen Sie es, bis die Spindel am Objekt anliegt. Wenden Sie dazu ausreichend Kraft an und stoppen Sie nach drei Klicks der Messtrommel.
7. Fixieren Sie die Kontermutter, während das Objekt von der Mikrometerschraube gehalten wird.
8. Ziehen Sie das Objekt vorsichtig heraus und stellen Sie sicher, dass weder die Oberfläche der Spindel noch des Ambosses verkratzt wird. Denn bereits der kleinste Kratzer kann die Genauigkeit des Geräts beeinträchtigen.
9. Notieren Sie den Messwert sowohl auf der Haupt- als auch auf der Nebenskala, bevor Sie die Spindel lösen.

Wie liest man ein Mikrometer ab?

Für Zerspaner, Hersteller, Motorenexperten und viele andere sind präzise und genaue Messungen im Alltag unerlässlich. Bei der Messung von kugelförmigen und zylindrischen Proben ist ein Außenmikrometer das ideale Messgerät. Ein gut kalibriertes Mikrometer mag schwer abzulesen erscheinen, doch mit Geduld und ständiger Übung wird die Messung mit diesem Gerät zu einem Teil Ihrer Fähigkeiten. Nachfolgend finden Sie die Schritte zum Ablesen einer Mikrometerschraube:

Die Mikrometerschraube verfügt über zwei Skalen, darunter eine drehbare Skala an ihrem rotierenden zylindrischen Bauteil. Sie wird auch als Kreisskala oder Nebenskala bezeichnet, während die andere Skala an der feststehenden Hülse Hauptskala oder Hülsenskala genannt wird.

Im Allgemeinen beträgt die Ablesegenauigkeit auf der Hauptskala 0,5 mm, während die Kreisskala in 50 oder 100 gleiche Teile unterteilt ist.

Ablesegenauigkeit

Die Ablesegenauigkeit ist die kleinste Länge, die mit dem Messschieber gemessen werden kann.

Die Mikrometerschraube verfügt über eine Spindel und einen Amboss, die so gestaltet sind, dass sie sich berühren, sodass die Null auf der Hauptskala mit der Null auf der Kreisskala übereinstimmen sollte. Wenn die Null auf beiden Skalen jedoch nicht übereinstimmt, weist die Mikrometerschraube einen Nullfehler auf. Dieser Nullfehler des Mikrometers kann auf Verschleiß oder Herstellungsfehler zurückzuführen sein. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Nullfehlern:

• Positiver Nullfehler

Ein positiver Fehler liegt vor, wenn die Nullmarke der Kreisskala unterhalb der Nullmarken der Hauptskala liegt. Zur Ermittlung des positiven Fehlers notieren Sie die Teilung auf der Kreisskala (C.S.R), die mit der Linie der Hauptskala übereinstimmt. Der positive Fehler entspricht dann dem Produkt aus der Ablesegenauigkeit der Mikrometerschraube und der Anzahl der Teilungen auf der Kreisskala, die mit der Hauptskalenlinie übereinstimmen. Um Ablesefehler zu vermeiden, wird dieser Fehler vom Gesamtmesswert abgezogen.

• Negativer Nullfehler

Ein negativer Fehler liegt vor, wenn die Nullmarke der Kreisskala oberhalb der Nullmarken der Hauptskala liegt. Zur Ermittlung des negativen Fehlers notieren Sie die Teilung auf der Kreisskala (C.S.R), die mit der Linie der Hauptskala übereinstimmt. Der negative Fehler entspricht dann dem Produkt aus der Ablesegenauigkeit der Mikrometerschraube und der Anzahl der Teilungen auf der Kreisskala, die mit der Hauptskalenlinie übereinstimmen. Um Ablesefehler zu vermeiden, wird dieser Fehler zum Gesamtmesswert addiert.

Nachdem Sie das oben erläuterte Phänomen verstanden haben, fahren Sie mit dem Ablesen fort. Die folgenden Schritte sind dabei einzuhalten:

• Legen Sie das zu messende Objekt zwischen die Spindel und den Amboss der Mikrometerschraube.
• Notieren Sie den auf der Hauptskala angezeigten Hauptskalenwert unmittelbar vor den Nullmarken der Kreisskala. Dieser Wert wird als M.S.R (Hauptskalenwert) bezeichnet.
• Notieren Sie die Anzahl der Kreisteilungen (n), die mit der Linie der Hauptskala übereinstimmen. Der C.S.R (Kreisskalenwert) = (n) × Ablesegenauigkeit
• Um den erwarteten Messwert zu erhalten, addieren Sie den M.S.R zum C.S.R.
• Um den endgültigen Messwert zu erhalten, ziehen Sie den Nullfehler mit dem richtigen Vorzeichen von dem in Schritt vier ermittelten Wert ab.

Zusammenfassung

Seit über 150 Jahren wurde das Mikrometer weiterentwickelt, um den Anforderungen an enge Toleranzen und eine schnelle Produktion direkt am Fertigungsort in der Industrie gerecht zu werden.

Es ist ein nützliches Gerät für präzise Messungen mit großem Potenzial in einer Vielzahl von Anwendungen. Die Mikrometerschraube ist äußerst langlebig, kosteneffizient und liefert zuverlässige Messergebnisse. Ziehen Sie ihre Verwendung für noch präzisere Messungen in Betracht – heute etwa in der CNC-Bearbeitung, im Maschinenbau und in vielen weiteren Bereichen.