Die steigende Komplexität von Produkten und Fertigungsprozessen, verbunden mit einem hohen Wettbewerbsdruck, stellt Unternehmen vor wachsende Herausforderungen. Moderne Fertigungen setzen somit in zunehmendem Maß auf einen hohen Grad der Automatisierung und eine objektive Prüfung der Produkt¬ und Prozessqualität. Innovativen Mess- und Prüftechnologien, die für den industriellen Einsatz geeignet sind, kommt damit eine Schlüsselrolle zu.
Die Prüftechnik beschäftigt sich mit der Messung von physikalischen Größen und dem direkten Vergleich einer Vorgabe. Der Begriff Prüftechnik umschließt eine Reihe von eng verwurzelten Begriffen. Was ist überhaupt die Prüf- beziehungsweise Messtechnik? Bedeuten prüfen, messen und lehren dasselbe und worin unterscheiden sich die Begrifflichkeiten? Welche Prüftechniken existieren? Der nachfolgende Beitrag gibt eine Einführung in das Thema rund um Prüftechnik.
Eine wesentliche Aufgabe der Messtechnik ist es technische Vorgänge unter Verwendung experimenteller Hilfsmittel quantitativ zu erfassen und anhand der gemessenen physikalischen Größen Funktionsabläufe zu steuern. Als Beispiel sei ein Kraftwerk zur Energieerzeugung genannt, bei dem nur über die Messung von Temperaturen, Leistungen, Drücken, und weiteren Größen Aussagen über den momentanen Zustand möglich sind und bei Abweichungen vom Sollwert geeignete Eingriffe in das System erfolgen können.
Das Deutsche Institut für Normung e. V. (DIN) deklariert in der Norm 1319 unter Messen einen experimentellen Vorgang. Durch diesen wird ein spezieller Wert einer physikalischen Größe als Vielfaches einer Einheit eines Bezugswerts ermittelt und verglichen. Die Messtechnik umfasst einige weitere, grundlegende Begriffe, die im Folgenden erklärt werden. Die Messgröße ist die physikalische Größe, die durch die Messung bestimmt werden soll. Dies kann beispielweise die Energie oder der Widerstandswert oder auch die Spannung einer Batterie sein.
Der Messwert ist ein spezieller, gemessener Wert einer Messgröße und wird als Zahlenwert mit einer Einheit angegeben, beispielsweise 50 V als gemessener Wert einer Spannung.
Das Messgerät ist das Gerät, das für die Messung einer Größe vorgesehen ist. Das Messgerät kann eine Anzeige enthalten oder die Messgröße umformen oder bearbeiten, wie beispielsweise ein Strom-Spannungswandler. Messverfahren können in analoge und digitale Messverfahren unterschieden werden.
Nach DIN 1319 ist der Begriff Prüfen als das Feststellen, ob und inwieweit ein Prüfgegenstand eine Forderung erfüllt, zu verstehen. Beim Prüfen mit Hilfsmitteln (Prüfmitteln) wird von objektivem Prüfen gesprochen. Diese objektiven Prüfverfahren werden in Lehren und Messen unterteilt.
Es gibt eine Vielzahl von Prüfmethoden. Je nach Branche bzw. dem zu überprüfenden Produkt oder Werkstück wird ein entsprechendes Prüfverfahren ausgewählt. Die folgende Aufzählung bietet einen Auszug an Prüfverfahren:
Die Prüftechnik lässt sich grundlegend in drei Bereiche Werkstoff-, Dimensions- und Funktionsprüfung aufteilen.
Wird beispielsweise ein unzureichender Werkstoff verwendet, kann auch mit Hilfe von erstklassigen Fertigungsverfahren kein erstklassiges Produkt entstehen. Aus diesem Grund ist die Prüftechnik rund um die Materialqualität eine der fortschrittlichsten Disziplinen in der Qualitätssicherung.
Grundsätzlich werden in der Werkstoffprüfung zwei unterschiedliche Kategorien unterschieden: Die zerstörende und die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung.
Bei der zerstörenden Werkstoffprüfung wird der Werkstoff beschädigt und das Bauteil kann in der Regel nicht mehr eingesetzt werden. Im Allgemeinen kommen dabei extra für die Prüfung angefertigte und genormte Werkstoffproben zum Einsatz. Die zerstörenden Werkstoffprüfverfahren liefern wichtige Kenngrößen, um je nach Beanspruchung und Belastung den passenden Werkstoff und die passende Bauteilgeometrie festzulegen. Die Festlegung der Bauteilabmessungen wird auch als Dimensionierung bezeichnet.
Einige der wichtigen Kenngrößen sind:
Zu den Testverfahren der zerstörenden Werkstoffprüfung zählen:
Aufgrund der Komplexität und der Wechselwirkung zwischen den unterschiedlichen Beanspruchungs- und Belastungsfällen können nicht alle Eventualitäten in Werkstoffkennwerten erfasst werden. Problematisch ist dies immer dann, wenn durch Bauteilversagen Menschenleben in Gefahr sind. Aus diesem Grund müssen sicherheitsrelevante Bauteile in regelmäßigen Abständen überprüft werden, wie dies zum Beispiel bei Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken der Fall ist. An dieser Stelle eine zerstörende Werkstoffprüfung durchzuführen, um hinterher festzustellen, dass alles in Ordnung war, ist wirtschaftlich nicht tragbar.
Aus diesem Grund sind zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen entwickelt worden. Somit kann das Bauteil weiter eingesetzt werden, sofern keine versagensrelevanten Schäden auftreten. Zu den Testverfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zählen unter anderem:
Aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung lässt sich in der Regel kein spezieller Werkstoffkennwert für die Versagenscharakterisierung ableiten wie bei der zerstörenden Prüfung. Man erhält als Ergebnis lediglich die Aussage, ob das Bauteil weiterhin eingesetzt werden kann oder ausgetauscht werden muss.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die zerstörende bzw. zerstörungsfreie Werkstoffprüfung der Ermittlung von Werkstoffkenngrößen oder Bauteilkennwerten bzw. der Überprüfung der Einsatzfähigkeit von fertigen Bauteilen und nicht der Ermittlung von Bauteilwerten, o. ä. dient.
Prüfwerkzeuge, Prüfmittel oder Prüfinstrumente werden in der Prüftechnik als Hilfsmittel eingesetzt, um Objekte prüfen zu können. Zu den Werkzeugen gehören u.a.
Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) hat am 8. Mai 2012 den Fachverband Mess- und Prüftechnik gegründet: Dazu haben sich mehr als 130 Hersteller der Branchen Längenmesstechnik, Prüfmaschinen und Wägetechnik zusammengeschlossen.