Messschieber richtig ablesen: Nonius, Abbe-Fehler und Prüfung

Thema: Messtechnik & Qualität

Eine Digitalanzeige mit zwei Nachkommastellen oder ein Nonius mit 0,02 mm Teilung legt nahe, ein Messschieber messe auf Hundertstelmillimeter genau. Die Teilung sagt aber nur, wie fein abgelesen wird. Wie weit der Wert vom tatsächlichen Maß abweichen darf, beschreibt die Fehlergrenze, und ob sie eingehalten wird, hängt stark von der Handhabung ab.

Aufbau: Schiene, Schieber und vier Messarten

Mitutoyo beschreibt den Messschieber unter Bezug auf DIN EN ISO 13385-1 als Messgerät für Innen- und Außenmaße, bei dem sich ein Schieber gegenüber einer Skala auf einer stabilen Schiene bewegt. Die Schiene trägt Hauptskala und festen Messschenkel, der Schieber den beweglichen Messschenkel, Nonius, Messuhr oder Digitalanzeige und meist eine Feststellschraube.

Die Außenmessschnäbel erfassen Wellen und Dicken, die schneidenförmigen Innenmessschnäbel Bohrungen und Nuten. Die Tiefenmessstange tritt am Schienenende aus, die Stirnflächen von Schiene und Schieber dienen der Stufenmessung. Für Nuten und Absätze mit breiter Auflage passt ein Tiefenmessschieber mit Messbrücke besser.

Das Nonius-Prinzip bei 0,05 mm und 0,02 mm

Der Nonius ist eine kurze Hilfsskala, mit der zwischen den Millimeterstrichen interpoliert wird. Beim Nonius 1/50 teilen 50 Striche eine Länge von 49 mm. Jeder Teil misst 0,98 mm, also 0,02 mm weniger als ein Millimeter. Verschiebt sich der Schieber aus der Nullstellung um 0,02 mm, deckt sich Noniusstrich 1 mit einem Hauptstrich, bei 0,04 mm Strich 2.

Für 0,05 mm teilten frühe Messschieber nach Mitutoyo 19 mm in 20 Noniusteile. Heute verteilt der lange Nonius 20 Teile auf 39 mm, jeder 0,05 mm kürzer als zwei Millimeter. Die Ziffern 1 bis 10 eines Nonius 1/50 stehen meist für Zehntelmillimeter. Abgelesen wird mit senkrechtem Blick, weil Hauptskala und Nonius in verschiedenen Ebenen liegen.

Eigenes Ablesebeispiel Schritt für Schritt

Wir nehmen einen Messschieber mit Nonius 1/50 an. Der Nullstrich steht knapp hinter Strich 23 der Hauptskala, und mit einem Hauptstrich deckt sich Noniusstrich 17, zwei Striche nach der Ziffer 3. Daraus folgt 23 mm + 17 × 0,02 mm = 23,34 mm.

Ein häufiger Fehler ist, die Zahl der Hauptskala an der Deckungsstelle zu übernehmen: Der Strich 40 hat mit dem Messwert nichts zu tun. Beim langen Nonius 1/20 ergeben Nullstrich nach 12 mm und Deckung bei Strich 7 entsprechend 12 mm + 7 × 0,05 mm = 12,35 mm. Beim Uhrenmessschieber zeigt die Schiene die vollen Millimeter und das Zifferblatt den Bruchteil, im Beispiel von Mitutoyo 16 mm + 0,13 mm = 16,13 mm.

Teilungswert, Ziffernschrittwert und Fehlergrenze

Skalenteilungswert und Ziffernschrittwert beschreiben die kleinste ablesbare Stufe, die zulässige Messabweichung ist eine eigene Angabe. Ein Herstellerdatenblatt nennt für einen digitalen 150-mm-Messschieber einen Ziffernschrittwert von 0,01 mm und eine Fehlergrenze von 0,03 mm. Die letzte Anzeigestelle ist also kein Genauigkeitsnachweis.

DIN 862:2015-03 legte Grenzwerte für Messabweichungen von Messschiebern mit Teilungswert 0,1 mm, 0,05 mm oder 0,02 mm und mit Digitalanzeige fest. Die zurückgezogene Norm wurde durch DIN EN ISO 13385-1:2020-03 ersetzt. Diese behandelt die Abweichung bei Teilmessflächenberührung E, begrenzt durch E_MPE, sowie für Innen-, Tiefen- und Stufenmessflächen die Abweichung durch Versatz S, begrenzt durch S_MPE. Die Konformität beurteilt sie mit Messunsicherheit und Entscheidungsregel; Grundlagen liefert der Beitrag zur Messabweichung.

Digitale Messschieber mit absolutem Maßstab müssen laut Mitutoyo nur nach einem Batteriewechsel neu genullt werden. Wer mit einem Span zwischen den Messflächen nullt, verschiebt alle folgenden Werte um dessen Dicke.

Abbe-Prinzip und typische Bedienfehler

Nach dem Abbe-Prinzip sollen zu messende Länge und Maßverkörperung fluchten. Beim Messschieber liegen Skala und Messstrecke parallel versetzt, das Prinzip ist also verletzt: Kippt der Schieber, entsteht an den Messflächen ein Weg, den die Skala nicht erfasst. Mitutoyo nennt als Einflüsse das Führungsspiel, den Abstand zwischen Skala und Werkstück und die Messkraft; ganz vermeiden lässt sich der Fehler nicht.

In einem Rechenbeispiel von Mitutoyo sind die Messschenkel um 0,01 mm auf 50 mm geneigt. An der Spitze 40 mm langer Schnäbel ergibt das 40 mm × 0,01 mm / 50 mm = 0,008 mm, an einer Messstelle 10 mm vor der Schiene (eigene Ergänzung) nur 0,002 mm. Werkstücke gehören deshalb nahe an die Schiene. Bei der Messschraube liegt die Spindel in Messrichtung; sie ist die Alternative, wenn die Fehlergrenze des Messschiebers zu grob ist.

Eigene Abschätzung: Ein Stahlteil von 100 mm, das 10 K wärmer ist als der Messschieber bei 20 °C, misst mit rund 10 · 10⁻⁶/K etwa 0,01 mm mehr. Mitutoyo nennt für den Maßstab (10,2 ± 1) · 10⁻⁶/K, ähnlich wie bei Stahl.

Pflege, Prüfung mit Endmaß und Auswahlliste

Mitutoyo empfiehlt, Gleit- und Messflächen vor Gebrauch trocken abzuwischen, nach Gebrauch Wasser und Öl zu entfernen und Korrosionsschutzöl aufzutragen. Gelagert wird ohne direkte Sonne und hohe Feuchte, nicht mit ganz geschlossenen Messflächen. Ruht ein Digitalgerät länger als drei Monate, wird die Batterie entnommen.

Die PTB-Richtlinie DKD-R 4-3 Blatt 9.1 beginnt die Kalibrierung mit der Nullstellung. Parallelendmaße werden quer zur Längsrichtung der Messflächen eingelegt, an einer Position an drei Punkten der Messschenkel (innen, Mitte, außen), an mindestens zwei weiteren an zwei Punkten. Innenmessflächen prüft ein Einstellring, Tiefen- und Stufenmessung ein Endmaß auf ebener Auflage, möglichst mit gleicher Messkraft. Eine Werkstattprüfung nach diesem Muster ersetzt keine Kalibrierung mit Messunsicherheit; den Unterschied erklärt der Beitrag zu Kalibrierung, Justierung und Prüfung.

• Messaufgabe klären: Außen-, Innen-, Tiefen- oder Stufenmaß, Länge und Form der Schnäbel.
• Fehlergrenze statt Anzeigestelle mit der Toleranz vergleichen; bei engen Toleranzen die Prüfmittelfähigkeit nachweisen.
• Anzeige wählen: Nonius ohne Batterie, Uhr oder digital; bei Kühlschmierstoff die Schutzart beachten, etwa IP67 nach DIN EN 60529.
• Vor dem Messen: Messflächen sauber, Nullpunkt geprüft, Werkstück und Messschieber temperaturgleich.
• Regelmäßig: Außenmessung mit Endmaßen an mehreren Stellen, Innen-, Tiefen- und Stufenmessung gesondert prüfen.