Endmaße kalibrieren: Toleranzklassen, Verfahren und Kalibrierintervall

Was eine Endmaßkalibrierung misst

Ein Endmaß ist eine Maßverkörperung für die Länge mit zwei ebenen, parallelen Messflächen. ISO 3650 definiert seine Länge auf besondere Weise. Sie ist der Abstand von einem Punkt der freien Messfläche zu einer ebenen Hilfsplatte aus gleichem Werkstoff und mit gleicher Oberflächenbeschaffenheit, die an die andere Messfläche angeschoben ist. Die Länge schließt deshalb die Wirkung eines Anschiebens ein. Darum lassen sich Endmaße zu Kombinationen anschieben, ohne die Anschubstellen dazwischen zu korrigieren.

Eine Kalibrierung liefert für jedes Endmaß zwei Werte. Der erste ist die Abweichung des Mittenmaßes vom Nennmaß, gemessen in der Mitte der freien Messfläche. Der zweite ist die Abweichungsspanne, also der Unterschied zwischen der größten und der kleinsten Länge über die Messfläche. Sie zeigt, wie eben die Messflächen sind und wie sie zueinander liegen.

Ein Kalibrierschein kann die gemessene Länge jedes Endmaßes angeben, eine Aussage, dass das Endmaß seine Klasse einhält, oder beides. Das Gauge Block Handbook des NIST hält fest, dass das NIST die gemessene Länge angibt und keine Klasse nennt. Ein Endmaß, das Sie mit seiner gemessenen Länge verwenden, braucht diese Werte aus dem Kalibrierschein. Ein Endmaß, das Sie mit seinem Nennmaß verwenden, muss innerhalb seiner Klasse liegen.

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Toleranzklassen nach ISO 3650 und ASME B89.1.9

ISO 3650:1998 ist die internationale Norm für Parallelendmaße mit rechteckigem Querschnitt von 0,5 mm bis 1000 mm. ISO hat sie zuletzt 2025 überprüft und bestätigt, die Ausgabe von 1998 ist also aktuell. Sie legt Grenzwerte für eine Kalibrierklasse K und für die Toleranzklassen 0, 1 und 2 fest.

In den USA ist die Schreibweise gage block üblich, und ASME verwendet sie. ASME B89.1.9-2023, Gage Blocks, legt Grenzwerte für eine Kalibrierklasse K und für die Klassen 00, 0, AS-1 und AS-2 fest.

Jede ISO-Klasse hat zwei Längengrenzwerte. Das Grenzabmaß te gibt an, wie weit die Länge an jeder Stelle vom Nennmaß abweichen darf. Die Toleranz tv begrenzt die Abweichungsspanne über die Messfläche. Die Klasse K fällt aus der Reihe. Sie hat die engste Toleranz für die Abweichungsspanne, aber ihr Grenzabmaß vom Nennmaß ist so weit wie bei Klasse 1. Endmaße der Klasse K sind Bezugsendmaße, die mit ihrer kalibrierten Länge verwendet werden. Für sie zählen ebene, parallele Messflächen mehr als die Nähe zum Nennmaß. Der Good Practice Guide des NPL zu Endmaßen sagt, dass die Klasse K vor allem zum Kalibrieren anderer Endmaße auf einem Vergleichsmessgerät dient, während Endmaße der Klasse 2 in der Werkstatt zu finden sind.

Vergleichsmessung oder Interferometrie?

Die Interferometrie misst ein Endmaß gegen die Wellenlänge des Lichts. Das Endmaß wird an eine ebene Platte angeschoben, und das Licht, das von seiner oberen Messfläche und von der Platte reflektiert wird, wird mit dem Licht eines Referenzspiegels verglichen. Sie liefert die kleinste Messunsicherheit und ist das übliche Verfahren für Bezugsendmaße der Klasse K. Das NPL weist darauf hin, dass sie von einem Näherungswert ausgeht, der auf einem Vergleichsmessgerät ermittelt wurde.

Die mechanische Vergleichsmessung ist das übliche Verfahren für die Klassen 0, 1 und 2. Ein Endmaßmessgerät misst den Unterschied zwischen dem Endmaß und einem Bezugsendmaß gleichen Nennmaßes. Die Länge des Bezugsendmaßes plus dieser Unterschied ergibt die Länge des Endmaßes. Das Bezugsendmaß muss der gleichen oder einer besseren Klasse angehören. Das Verfahren des CEM kalibriert zum Beispiel Endmaße der Klasse 0 gegen Klasse K und Endmaße der Klasse 1 gegen Klasse 0 oder K.

ISO 3650 verbindet die beiden Verfahren. Die Länge eines Endmaßes ist rückführbar, wenn eine ununterbrochene Kette von Vergleichen, jeder mit angegebener Messunsicherheit, auf ein interferometrisch kalibriertes Endmaß zurückführt.

Vergleichen Sie nach Möglichkeit Endmaße aus gleichem Werkstoff. Ist das Bezugsendmaß aus Stahl und das Endmaß aus Keramik oder Hartmetall, dringen die Taster unterschiedlich tief in die beiden Werkstoffe ein, und beide dehnen sich mit der Temperatur unterschiedlich aus. Das Ergebnis braucht dann für beides eine Korrektion. Das Vergleichsprogramm des NIST verwendet Stahlnormale für Stahlendmaße und Chromkarbidnormale für Chromkarbidendmaße, sodass dort nur Endmaße aus Wolframkarbid eine Verformungskorrektion brauchen.

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So läuft eine Kalibrierung auf dem Endmaßmessgerät ab

Setzen Sie das Endmaßmessgerät in der Mitte des Bezugsendmaßes auf null und messen Sie dann das zu kalibrierende Endmaß in seiner Mitte. Der Unterschied ist die Abweichung des Endmaßes vom Bezugsendmaß.

Wiederholen Sie die Messungen in einer Reihenfolge, die Drift ausgleicht, etwa Bezugsendmaß, Prüfling, Bezugsendmaß. Das Verfahren des CEM nimmt fünf Messwerte in dieser Reihenfolge auf, dreht das Endmaß dann um, sodass die andere Messfläche oben liegt, und nimmt fünf weitere auf. Das NIST verwendet driftkompensierende Messpläne, die mehrere Endmaße in einer festen Reihenfolge vergleichen.

Für die Abweichungsspanne messen Sie die Mitte und die vier Ecken, etwa 1,5 mm von den Seitenflächen entfernt. Die DKD-Richtlinie für Parallelendmaße (DKD-R 4-3 Blatt 3.1, herausgegeben von der PTB) und das Verfahren des CEM verwenden diese fünf Punkte. Der größte und der kleinste Messwert ergeben die Abweichungsspanne.

Auch die Lage zählt. ISO 3650 definiert die Länge von Endmaßen bis 100 mm senkrecht stehend auf einer Messfläche. Längere Endmaße sind liegend auf einer schmalen Seitenfläche definiert, unterstützt im Abstand von 0,211 mal dem Nennmaß von jedem Ende. Dokumentieren Sie, wie jedes Endmaß aufgelegt war.

Ebenheit, Anschieben und Zustand der Messflächen

Sehen Sie sich jede Messfläche vor dem Messen an. Grate, Kratzer, Ausbrüche und Rost verhindern das Anschieben und können die Endmaße beschädigen, mit denen das Endmaß in Berührung kommt. Der NPL-Leitfaden entfernt einen kleinen Grat mit einem Arkansas-Stein, der flach auf die Messfläche gelegt wird. Ein Endmaß, das sich mit dem Abziehstein nicht retten lässt, geht zum Nachläppen an den Hersteller oder wird ersetzt, und ein Ersatz braucht eine eigene Kalibrierung.

Prüfen Sie die Ebenheit mit einem Planglas. Unter einfarbigem Licht wirken die Interferenzstreifen wie Höhenlinien, die jeweils eine halbe Wellenlänge Höhenunterschied trennt. Gerade, gleichmäßig verteilte Streifen bedeuten eine ebene Fläche, gekrümmte Streifen eine konvexe oder konkave. Dünne Endmaße biegen sich, deshalb prüft das CEM Endmaße bis 2,5 mm, während sie an eine dickere Unterlage angeschoben sind.

Die Anschubprüfung sagt am meisten über eine Messfläche aus. Schieben Sie die Messfläche an ein Planglas an und betrachten Sie sie durch das Glas. Ein gutes Anschubbild ist gleichmäßig grau. Helle oder farbige Stellen zeigen, wo die Messfläche nicht anliegt. Die DKD-Richtlinie sieht in dieser Prüfung die sicherste Aussage über den Zustand der Messflächen und verlangt sie für die kleinsten Messunsicherheiten.

Temperatur und die Bezugstemperatur von 20 °C

Die Längen von Endmaßen gelten bei 20 °C, der Bezugstemperatur nach ISO 1:2022 und ISO 3650. Endmaßstahl dehnt sich um etwa 11,5 × 10⁻⁶ je °C aus. Das Handbuch des NIST rechnet das Beispiel vor: Ein Stahlendmaß von 100 mm wird je Grad um etwa 1,15 µm länger. Das ist fast das Vierfache des Grenzabmaßes der Klasse 0 von ±0,30 µm bei dieser Länge.

Prüfling und Bezugsendmaß müssen beim Vergleich also dieselbe Temperatur haben, und das braucht Zeit. Als Anhalt nennt das Verfahren des CEM etwa 1 Stunde Temperierzeit für Endmaße bis 5 mm und etwa 6 Stunden für Endmaße über 50 mm bis 100 mm. Endmaße aus anderen Werkstoffen brauchen zusätzlich eine Korrektion. Das NIST gibt die Ausdehnung von Wolframkarbid mit etwa einem Drittel und die von Chromkarbid mit etwa zwei Dritteln der von Stahl an.

Auch der Raum zählt. Das CEM vergleicht Endmaße der Klasse 0 mit Klasse K und Klasse 1 mit Klasse 0 in einem Raum mit 20 °C ± 0,5 °C und verwendet 20 °C ± 1 °C für die übrigen Klassen. Fassen Sie Endmaße mit Handschuhen oder einer Zange an, damit die Wärme Ihrer Hände sie nicht erreicht.

Messunsicherheit und was sie begrenzt

Der GUM rechnet genau diesen Fall in seinem ersten Beispiel durch (JCGM 100:2008, H.1). Ein Endmaß von 50 mm wird mit einem Bezugsendmaß gleicher Nennlänge verglichen, und der Unterschied ist der Mittelwert aus fünf Messwerten. Die kombinierte Standardmessunsicherheit beträgt 32 nm, noch ohne Erweiterungsfaktor. Der größte Anteil, 25 nm, ist die Messunsicherheit der eigenen Kalibrierung des Bezugsendmaßes.

Die DKD-Richtlinie nennt die üblichen Beiträge. Aus der Kalibriereinrichtung kommen Kalibrierung und Drift des Bezugsendmaßes, die Anzeige des Endmaßmessgeräts, die Streuung der Wiederholungsmessungen und die Auflösung. Aus dem Endmaß kommen der Zustand seiner Messflächen, seine Abweichungsspanne und sein Ausdehnungskoeffizient. Aus der Umgebung kommen die Temperaturmessung, die Abweichung von 20 °C und jeder Temperaturunterschied zwischen den beiden Endmaßen.

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Wenn ein Endmaß seine Klasse nicht einhält oder beschädigt ist

Liegen einige Endmaße eines Satzes außerhalb ihrer Klasse, nennt das Verfahren des CEM zwei Möglichkeiten. Entweder werden diese Endmaße ersetzt, oder der ganze Satz wird herabgestuft, wenn viele davon durchfallen. Das NPL kennzeichnet ein Endmaß, das als Längennormal nicht mehr taugt, indem es eine Ecke abtrennt. Es kann dann noch als Füllstück in einer Vorrichtung dienen.

Ein Endmaß ist meist ein Bezugsnormal, deshalb reicht eine Toleranzüberschreitung über das Endmaß selbst hinaus. Die Messmittel, die seit seiner letzten einwandfreien Kalibrierung damit kalibriert wurden, können seine Abweichung übernommen haben. ISO 9001, Abschnitt 7.1.5.2, verlangt zu bestimmen, ob frühere Ergebnisse beeinträchtigt wurden, und bei Bedarf Maßnahmen zu ergreifen. Vergleichen Sie zuerst die Größe der Abweichung mit der Toleranz jedes Messmittels, das mit dem Endmaß geprüft wurde.

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Wie oft Endmaße kalibriert werden sollten

Keine Norm legt ein einheitliches Intervall für Endmaße fest. ISO 9001 verlangt eine Kalibrierung oder Verifizierung in festgelegten Abständen oder vor dem Gebrauch. ILAC-G24 und OIML D 10 (Ausgabe 2022) nennen die abzuwägenden Faktoren, darunter Verschleiß und Drift, wie viel und wie stark das Messmittel beansprucht wird, die Umgebung und seine Kalibrierhistorie.

Das Endmaßverfahren des CEM hält ein bis zwei Jahre für einen angemessenen Zeitraum. Die Wahl hängt vor allem von der Stabilität ab, die frühere Kalibrierungen zeigen, und davon, wie oft die Endmaße benutzt werden. Bei starker Nutzung kann das Intervall auf sechs Monate sinken. Das CEM rät außerdem zu einem kürzeren Intervall nach einer großen Änderung zwischen zwei Kalibrierungen oder nach einem ernsten Vorfall wie einer nachgearbeiteten Kante oder unsachgemäßem Gebrauch.

Das Handbuch des NIST stellte fest, dass die meisten seiner Kunden ihre Bezugsendmaße alle zwei Jahre einschickten. Es hielt diesen Rhythmus für wahrscheinlich ausreichend, da die meisten Bezugsendmaße wenig benutzt werden und in sauberen, trockenen Räumen bleiben. Das NPL ergänzt, dass neue Endmaße und solche mit unbekannter Vorgeschichte häufiger kalibriert werden sollten als Endmaße, die als stabil bekannt sind.

Jede Kalibrierung zeigt außerdem, wie stark sich jedes Endmaß seit der letzten verändert hat. Verfolgen Sie diese Drift Endmaß für Endmaß. Ein Satz, dessen Endmaße sich kaum verändern, spricht für ein längeres Intervall.

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Was Kalibrierschein und Aufzeichnung zeigen sollten

Ob die Endmaße zu einem Labor gehen oder intern verglichen werden: Die Aufzeichnung sollte es einer anderen Person erlauben nachzuvollziehen, was getan wurde.

• Kennung des Satzes oder des Endmaßes, Werkstoff, angegebene Klasse und Nennmaß jedes Endmaßes.
• Die verwendeten Bezugsendmaße oder das Interferometer, mit Kalibrierscheinen und Fälligkeitsdaten.
• Für jedes Endmaß die Abweichung des Mittenmaßes vom Nennmaß und die Abweichungsspanne.
• Wie die Messflächen geprüft wurden, zum Beispiel mit einer Anschubprüfung oder einem Planglas, und was dabei herauskam.
• Die Lage der Endmaße während der Kalibrierung und die Temperatur.
• Die Messunsicherheit mit ihrem Erweiterungsfaktor und die Entscheidungsregel hinter jeder Aussage, dass ein Endmaß seine Klasse einhält.
• Datum, Labor oder ausführende Person und das nächste Fälligkeitsdatum.

• Anforderungen an den Kalibrierschein
• Vorlage für einen Kalibrierschein

Wie Axiospec bei Endmaßen hilft

Axiospec ist eine Software für das Kalibriermanagement. Sie kalibriert keine Endmaße. Bei einer internen Kalibrierung setzt ein abschließender Messwert außerhalb seiner Toleranz das Ergebnis auf Nicht bestanden, und wer trotzdem Bestanden erfasst, muss eine schriftliche Begründung angeben. Toleranz, Entscheidungsregel und Intervall bleiben bei Ihnen oder Ihrem Labor. Axiospec führt die Aufzeichnungen. Ein Endmaßsatz lässt sich als ein Messmittel führen und als Bezugsnormal kennzeichnen, mit dem Kalibrierschein an jeder Kalibrierung und dem Fälligkeitsdatum in der Messmittelliste.

Wer die Kalibrierung eines Messschiebers oder einer Bügelmessschraube erfasst, wählt den Endmaßsatz aus der Messmittelliste als Bezugsnormal. Hat der Satz den Status Nicht bestanden oder ist er zur Kalibrierung außer Haus, weist das Formular darauf hin, vor der Verwendung seine Einsatzfähigkeit zu prüfen. Die Karte Umgekehrte Rückführbarkeit des Satzes listet die Messmittel auf, die damit kalibriert wurden. Fällt der Satz selbst durch, wird er mit einer als Nicht bestanden erfassten Kalibrierung gesperrt, und die durchgefallene Aufzeichnung fragt nach der Auswirkung der Toleranzüberschreitung. Die Live-Demo enthält einen Endmaßsatz der Klasse 0 mit seiner Karte Umgekehrte Rückführbarkeit.

Der Free-Tarif umfasst bis zu 50 aktive Messmittel. Ein neuer Arbeitsbereich startet mit einer 45-tägigen Testphase von Professional, mit Platz für 1.500 aktive Messmittel und ohne Kreditkarte. Wir übernehmen Ihre vorhandenen Aufzeichnungen für Sie kostenlos, in jedem Tarif.

• Kostenlose Vorlage für einen Kalibrierschein
• Kostenloses Arbeitsblatt für Messwerte vor und nach der Justierung
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