Granit-Messplatte und Co.: 4 Faktoren für präzise Messtechnik

Messmaschine PMM-G der Firma Leitz

Warum wird Granit in der Messtechnik eingesetzt?

Der Grund dafür sind die besonderen Materialeigenschaften von Naturhartgestein: hohe Formstabilität, hervorragende Schwingungsdämpfung, geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient und hohe Grundgenauigkeit. Alles Eigenschaften, die in der Messtechnik entscheidend sind.

Die Entwicklung der Messtechnik in den letzten Jahrzehnten ist beeindruckend: Anfangs reichten einfache Messverfahren mit Messplatten, Messtischen und Prüfständen aus. Messgenauigkeiten ergaben sich aus der Grundgeometrie der verwendeten Platten und der Messunsicherheit der verwendeten Messtaster. Mit der Zeit stiegen jedoch die Anforderungen an Produktqualität und Prozesssicherheit erheblich.

Die Messergebnisse mussten präziser werden: Der Anfang der räumlichen Koordinatenmesstechnik.

Genauigkeit bedeutet Abweichungen zu minimieren

3D-Koordinatenmessgeräte bestehen aus einem Positioniersystem, einem hochauflösendem Messsystem, schaltenden oder messenden Sensoren, einem Auswertesystem sowie einer Messsoftware. Für das Erreichen hoher Messgenauigkeiten müssen die Messabweichungen minimiert werden.

Messabweichungen sind Differenzen zwischen dem vom Messgerät angezeigten Wert und dem tatsächlichen Referenzwert einer geometrischen Größe (kalibriernormal). Moderne Koordinatenmessgeräte (KMG) erreichen eine Längenmessabweichungen E0 von 0,3+L/1000 µm (L ist die zu messende Länge).  

Die Längenmessabweichung wird unter anderem maßgeblich durch die mechanische Konstruktion und somit das Basismaterial des Messgeräts beeinflusst.

Granit ist ein hervorragender Werkstoff als Basis für moderne KMG's, weil er das Messergebnis deutlich präziser macht.

Luftlagerführung einer Messmaschine – Ebenheit < 6µm  sowie Ebenheit < 2µm /110 x 110 mm

So optimiert Granit die Messtechnik auf den Mikrometer genau:

1. Granit ist formstabil und hart

Granit ist ein vulkanisches Tiefengestein, das über einen Zeitraum von Millionen Jahren unter extrem hohem Druck entstanden ist. So ist Impala-Granit beispielsweise ca. 1,4 Millionen Jahre alt.

• Durch den langen Reifungsprozess wird Granit sehr homogen. Das macht ihn formstabil und widerstandsfähig.

• Granit verfügt über einen großen Härtegrad (6 von 10 auf der Mohsschen Härte-Skala).

• Granit besteht aus den drei Hauptbestandteilen: Quarz, Feldspat und Glimmer.

• Er entsteht durch Kristallisation von Gesteinsschmelzen in der Erdkruste.

2. Granit dämpft Schwingungen besser

Schwingungen sind einer der größten Störfaktoren in der Präzisionsmesstechnik. Vibrationen aus der Produktionsumgebung, von Lüftungsanlagen oder dem Gebäude selbst können Messergebnisse verfälschen – besonders im Mikrometerbereich.

• Durch seine homogene, kristalline Struktur ist Granit frei von Eigenspannungen.

• Eingehende Schwingungen werden schneller absorbiert und klingen rascher ab.

Für Koordinatenmessgeräte, Luftlagerführungen und Mess- und Prüfstände bedeutet das wiederum:

• weniger Messunsicherheit durch Umgebungseinflüsse,

• stabilere Messergebnisse und

• eine höhere Wiederholbarkeit der Messungen.

3. Granit besitzt eine hohe Temperaturbeständigkeit

Die geringere Wärmeleitfähigkeit von Granit sorgt für eine deutlich langsamere Reaktion auf Temperaturschwankungen in der Messumgebung. Das bedeutet: Selbst bei leichten Raumtemperaturschwankungen bleibt die Granit-Messplatte dimensionsstabiler als vergleichbare Metallkonstruktionen.

• Der Ausdehnungskoeffizient von Granit beträgt ca. 5 µm/m·K, was zu einer geringen absoluten Ausdehnung führt.

• Der Ausdehnungskoeffizient von Stahl ist mit ca. 12 µm/m·K mehr als doppelt so hoch.

• Die Wärmeleitfähigkeit von Granit beträgt ca. 3 W/m·K, die von Stahl 42–50 W/m·K.

Temperaturbeständigkeit ist einer der wichtigsten Faktoren für präzise Messergebnisse. Hier zeigt die Granit-Messplatte klare physikalische Vorteile gegenüber metallischen Werkstoffen.

4. Granit ermöglicht eine hohe Genauigkeit für Komponenten

Der Einsatz von Granit ermöglicht eine sehr gute Bearbeitung mit Diamantwerkzeugen, sodass Maschinenkomponenten mit hohen Grundgenauigkeiten gefertigt werden können. Das gilt für die Granit-Messplatte ebenso wie für Maschinenbetten aus Granit, die im Präzisionsmaschinenbau als hochstabile Basis eingesetzt werden.

So sieht der Fertigungsprozess im Detail aus:

• Erstbearbeitung mit Diamantwerkzeugen für hohe Grundgenauigkeit.

• Durch händisches Läppen werden die Genauigkeiten der Führungen entsprechend der Anforderungen auf das µ genau optimiert.

• Beim Läppen können lastbedingte Verformungen der Bauteile gezielt berücksichtigt werden.

Das Ergebnis sind hochverdichtete Oberflächen, die den Einsatz von Luftlagerführungen ermöglichen. Luftlagerführungen sind dank der hohen Oberflächenqualität und der kontaktlosen Bewegung der Achsen besonders präzise. Sie sind heute Standard bei Koordinatenmessgeräten der höchsten Genauigkeitsklasse.

Schleifbearbeitung einer luftgelagerten Achse einer Portalmessmaschine

Granit ist die Basis für präzise Messergebnisse

Eigenstabilität, Temperaturbeständigkeit, Schwingungsdämpfung und Genauigkeit der Führungen machen Granit zum optimalen Werkstoff für Maschinen der Koordinatenmesstechnik.

Kein anderer Werkstoff vereint diese vier Eigenschaften in vergleichbarer Form. So wird immer häufiger bei der Herstellung von Mess- und Prüfständen ebenso wie KMG´s Granit für Messplatten, Messtische und Messmittel eingesetzt. 

Granit in der Messtechnik und weit darüber hinaus

Durch die steigenden Anforderungen an die Präzision von Maschinen und Maschinenkomponenten findet Granit auch Anwendung in folgenden Bereichen:

• Werkzeugmaschinen, Lasermaschinen und -anlagen

• Mikrobearbeitungsmaschinen und optische Maschinen

• Druckmaschinen und Bestückungsautomation

• Halbleiterbearbeitung und additive Fertigung
  
  

Erfahren Sie, warum Granit nicht nur in der Messtechnik eingesetzt wird.