Häufig wird der Einfluss der Temperatur für die Koordinatenmesstechnik unterschätzt. Es ist allgemein bekannt, dass sich Metalle bei einer Temperaturerhöhung ΔT um ein bestimmtes Maß ΔL ausdehnen.
ΔL ≈ α * L(0) * ΔT
L(0): Ausgangslänge des Bauteils
α: Längenausdehnungskoeffizient
Stellt man obige Formel nach α um, wird ersichtlich, dass es sich bei dem Längenausdehnungskoeffizient um eine Proportionalitätskonstante handelt.
Der Längenausdehnungskoeffizient α beschreibt folglich die relative Änderung der Länge eines Bauteils bei einer bestimmten Temperaturänderung. Beispielsweise könnte man sagen: Die Bauteillänge ändert sich um x-% bei einer Änderung der Temperatur von 1 Kelvin. Je größer α ist, desto stärker ändert sich die Bauteillänge.
Im Folgenden sind einige Werte für den Längenausdehnungskoeffizienten α aufgelistet:
Doch warum ändert sich denn überhaupt die Bauteillänge bei einer Temperaturerhöhung? Hier eine einfache Erklärung für die Ausdehnung bei einer Temperaturerhöhung: Da sich bei einer Temperaturerhöhung die Teilchen in einem Stoff immer schneller bewegen, benötigen die Teilchen mehr Platz. Deshalb führt eine Temperaturerhöhung in den allermeisten Fällen zu einer Ausdehnung des Körpers/Bauteils und einer Absenkung der Dichte.
Dies ist natürlich suboptimal für die Koordinatenmesstechnik. Deshalb arbeitet man hier mit einer werkstoffspezifischen rechnerischen Temperaturkompensation.
Jedoch ist auch eine rechnerische Temperaturkompensation oftmals mit Unsicherheiten verbunden:
reales Bauteilverhalten muss nicht den im Labor ermittelten Ausdehnungskoeffizienten entsprechen
Fehler bei langen Messungen: Bei einer Messung nimmt der Temperaturfühler zu Beginn des Messprogrammes die Temperatur des Werkstücks ab. Schwankt nun aber die Temperatur im Prüflabor, verändert sich somit auch die Werkstücktemperatur. Daraus resultiert eine fehlerhafte rechnerische Temperaturkompensation
Fehlstellen im Material können die räumliche Bauteilausdehnung beeinflussen
Durch die Nachbearbeitung des Materials (bspw. Walzen, Gießen, ...) wird die Teilchenanordnung im Inneren des Bauteils verändert. Daraus kann ein anisotropes, also richtungsabhängiges Materialverhalten folgen. Das Bauteil dehnt sich also unter Umständen nicht in alle Raumrichtungen gleichmäßig aus. (Dieser Umstand wird besonders bei faserverstärkten Materialien beobachtet)
Die meisten Temperaturfühler sind magnetisch und haften somit nur an bestimmten metallischen Oberflächen
Besteht das Bauteil aus mehreren Komponenten (bspw. Aluminium und Stahl) kann nur mit einem einzigen Längenausdehnungskoeffizienten gerechnet werden
Die rechnerische Temperaturkompensation birgt also eine Reihe an Unsicherheiten. Das oberste Ziel In der Koordinatenmesstechnik ist es aber Messunsicherheiten zu vermeiden.
Als besonders problematisch erweisen sich Temperaturschwankungen während des Messablaufs.
Daraus lässt sich folgendes Fazit ziehen: Je temperaturstabiler ein Messlabor ist, desto geringer sind die temperaturbedingten Messunsicherheiten.
Bei IBS Quality haben wir bei unserem Neubau im Jahr 2019 besonderen Wert auf die Klimatechnik unseres Prüflabors gelegt. Unser 15m x 15m x 8m großes Prüflabor umfasst eine spezielle Klimatechnik, die zwei sehr wichtige Dinge miteinander vereinbart:
beste Temperaturstabilität &
umweltfreundliche Klimatisierung
Unsere Klimaüberwachung findet über 9 Sensoren für die Temperatur und 1 Sensor für die Luftfeuchte statt. Die 9 Temperatursensoren sind folgendermaßen im Raum verteilt:
Aufgrund der ständigen Überwachung und der breitflächigen Verteilung im Raum können wir zu jeder Zeit und an jedem Ort die Temperaturstabilität des Prüflabors gewährleisten.
Dadurch erreichen wir folgende Ergebnisse:
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