Luftmessung in einem Qualitätsmanagementsystem

Hier ist ein Kalibrierungsaufbau mit Anzeige, Luftmesselement, Düsensatz, Einstellmeister und Dokumentation. Quelle: Western Gage

Einstellmeister sind die Referenznormale für die Kalibrierung von Luftmesssystemen. Quelle: Western Gage

Luftmessgeräte sind Vergleichsmessgeräte. Hier ist ein Luftringelement. Quelle: Western Gage

Ihr Luftmessgerät-Lieferant sollte Sie bei der Wartung und Kalibrierung Ihrer Luftmessgeräte unterstützen können. Hier ist eine Luftsonde abgebildet. Quelle: Western Gage

Zu den Grundkomponenten jedes Luftmesssystems gehören das Luftmessgerät, Einstellmaster und die elektronische/pneumatische Anzeige. Hier ist ein Luftmesssystem mit Anzeige, Luftmesselement und Einstellmeister abgebildet. Quelle: Western Gage

In der Welt der Qualität stehen Luftmessgeräte auf einer Stufe mit Mikrometern, Messschiebern, Komparatoren, Waagen, KMGs und vielen anderen Instrumenten, da sie alle als Mess- und Testgeräte (M&TE) gelten.

Gemäß Qualitätsstandards wie ISO 9000, ISO 13485, AS9100 und IATF 16949A umfasst ein vollständiges Luftmessprogramm nicht nur die physischen Komponenten, aus denen das Messgerät besteht, sondern auch die Wartungs- und Kalibrierungsprogramme, die erforderlich sind, um die Genauigkeit dieser Komponenten zu gewährleisten Betriebszustand.

Zu den Grundkomponenten jedes Luftmesssystems gehören das Luftmessgerät, Einstellmaster und die elektronische/pneumatische Anzeige. Jede dieser Komponenten erfordert eine regelmäßige Kalibrierung durch internes Personal oder durch ein externes Labor, die beide den Anforderungen des Qualitätssystems entsprechen müssen.

Was ist eine Kalibrierung, wer kann sie kalibrieren und wie oft, damit die Anforderungen des Qualitätssystems erfüllt werden?

Bevor wir uns mit diesen Fragen befassen, muss die Pluralität der Terminologie in der Luftmessbranche geklärt werden. Es gibt mehrere Begriffe, die dasselbe bedeuten – umgekehrt gibt es Begriffe, die dasselbe bedeuten, aber die Verwendung eines einzigen Begriffs kann in einem bestimmten Kontext angemessener sein. Die Seitenleiste listet häufig verwendete Begriffe und deren Synonyme auf.

Der wichtigste Aspekt eines Luftmessgeräts im Rahmen eines Qualitätsmanagementsystems ist die Sicherstellung der Genauigkeit durch Kalibrierung.

Eine strenge Definition des Wortes „Kalibrierung“, die in den meisten Qualitätssystemen verwendet wird, lautet etwa: „die Beziehung zwischen den Werten eines Instruments und den entsprechenden Werten, die durch Standards realisiert werden.“ Damit ein Luftmessgerät diese Definition erfüllt, sind Einblicke in den Betrieb des Luftmessgeräts von Nutzen.

Luftmessgeräte sind Vergleichsmessgeräte. Sie arbeiten in einer Zwei-System-Welt: Single-Master- und Dual-Master-Systeme, bei denen jeweils ein oder zwei Einstellmaster erforderlich sind, um entweder den Nullpunkt-Offset oder die Verstärkung einzustellen. Der Begriff „Kalibrierung“ wurde zur Beschreibung dieser beiden Vorgänge sehr weit verwendet.

Eine strikte Einhaltung der Definition des Begriffs „Kalibrieren“ würde mehrere grundlegende Elemente des Kalibrierungsprogramms erfordern, um eine „Kalibrierung“ eines Luftmessgeräts durchzuführen. Der ISO/IEC 17025-Standard ist einer der am häufigsten verwendeten Kalibrierstandards für die allgemeinen Anforderungen eines kompetenten Kalibrierlabors. Die Elemente in dieser Norm sollten in jedem Betrieb verwendet werden, der eine Kalibrierung für hausinterne M&TE durchführt. Die Schlüsselelemente sind:

Das Dual-Master-Luftmesssystem gilt als Messgerät, das zum Zeitpunkt der Verwendung kalibriert wird. Eine Kalibrierung auf einem Dual-Master-System kann durchgeführt werden, wenn alle oben aufgeführten Elemente vorhanden sind. Wenn die oben genannten Elemente nicht vorhanden sind, ist der passendere Begriff zur Beschreibung der Schritte bei der Verwendung eines Dual-Master-Messgeräts „Mastering“ und nicht „Kalibrieren“. Beim Mastering werden einfach zwei Referenzstandards angewendet, um die Verstärkung festzulegen. Das Mastering sollte in regelmäßigen Abständen zur Anpassung an Umwelteinflüsse oder als Zwischenprüfung zwischen Kalibrierungen durchgeführt werden. Wenn jedoch ein neues Messgerät eingerichtet wird oder eine längere Zeitspanne vergangen ist, ist eine „Kalibrierung“ des Dual-Master-Messgeräts erforderlich.

Dual-Master-Systeme können mit den beiden üblicherweise dazu bestellten Mastern kalibriert werden. Allerdings hat die Kalibrierung mit denselben beiden Referenzstandards, die zur „Beherrschung“ des Instruments verwendet wurden, Nachteile. Unter bestimmten Voraussetzungen können Skalierungsfehler maskiert werden. Darüber hinaus zeigt eine Zweipunktkalibrierung keine Linearitätsfehler an, die bei Messungen über große Bereiche erheblich sein können. Um wirklich zu wissen, ob Ihr Messgerät genau ist, ist ein dritter Datenpunkt erforderlich.

Das Single-Master-System hat ähnliche Kalibrierungsanforderungen. Aber auch hier gilt: Ohne die Elemente eines Qualitätssystems lässt sich der Vorgang besser als „Beherrschen“ des Messgeräts und nicht als Kalibrieren bezeichnen.

Das Verständnis des einzelnen Master-Biests hilft dabei, zu wissen, wie man es kalibriert. Einzelne Master-Luftmesselemente werden mit einer standardisierten pneumatischen Verstärkung hergestellt, ebenso ist die Anzeige auf eine standardisierte elektronische Verstärkung eingestellt, anstatt für jedes einzelne und „unterschiedliche“ Luftmesselement skaliert zu werden. Die Standardisierung ermöglicht die Austauschbarkeit einzelner Master-Luftmessgeräte. Dies bedeutet, dass ein einzelnes Master-Luftmesselement mit jeder einzelnen Master-Anzeige verwendet werden kann und umgekehrt, ohne dass die Verstärkung der Anzeige zurückgesetzt werden muss. Bei Single-Master-Anzeigen ist die Verstärkung werkseitig festgelegt, sodass für den Einsatz vor Ort nur ein Master-Einstellgerät erforderlich ist, mit dem das Instrument auf Null gestellt wird.

Single-Master-Anzeigen lassen sich am besten unabhängig vom Luftmesselement (Werkzeug) kalibrieren. Die Kalibrierung erfolgt mit Durchflussbegrenzern, die die „standardisierten“ Werkzeuge simulieren. Die Durchflussbegrenzer (Blendensätze) werden in Dreiersätzen geliefert. Zwei Öffnungen werden zur Kontrolle (Skalierung) der Anzeige verwendet, während alle drei zur Kalibrierung verwendet werden. Die Düsensätze selbst sind mit rückführbaren Referenzstandards kalibriert und erfüllen damit die Qualitätsanforderungen der Rückverfolgbarkeit. Düsensätze können vom Endbenutzer gekauft und verwendet werden, werden jedoch häufiger vom Hersteller im Werk verwendet.

Das Messelement (Werkzeug) eines Single-Master-Systems erfordert ebenfalls eine Kalibrierung. Dadurch wird sichergestellt, dass das gesamte System, also die Auslesung und die Werkzeuge, genau funktionieren. Für die „Masterierung“ („Nulleinstellung“) des Instruments eignet sich die Verwendung des einen Masters, der normalerweise mit dem Einzelmaster-Werkzeug erworben wird. Dies sollte regelmäßig erfolgen, um Änderungen in der Umgebung Rechnung zu tragen. Es reicht jedoch nicht aus, nur diesen einen Master für eine Einzelpunktkalibrierung zu verwenden. Es sollte mindestens ein zweiter Master verwendet werden, der einen zweiten Datenpunkt bereitstellt.

Eine einzelne Datenpunktkalibrierung prüft, ob der Nullpunkt-Offset korrekt eingestellt ist; zwei Datenpunkte ermöglichen eine Messung des Nullpunktoffsets und der Verstärkung; Drei Datenpunkte werten Nullpunktverschiebung, Verstärkung und Linearität aus. Je mehr Datenpunkte, desto besser die Kalibrierung. Allerdings bringen zu viele Punkte letztendlich keinen Mehrwert mehr und erhöhen die Kosten.

Eine gute Faustregel für die Anzahl der Datenpunkte, die zur Kalibrierung eines Luftmessgeräts mindestens erforderlich sind, lautet: ein Referenzmaster über dem Systemtyp. Ein Single-Master-System würde also zwei Setting-Master erfordern und ein Dual-Master-System würde drei Setting-Master erfordern. Dies minimiert die Kosten für die Master und sorgt für ein akzeptables Maß an Vertrauen in die Kalibrierung.

Einstellmeister sind die Referenzstandards, die für die Kalibrierung von Luftmesssystemen verwendet werden – typischerweise Ringe, Stopfen und Einstellscheiben, die den ASNI/ASME-Spezifikationen entsprechen. Einstellmeister unterliegen den gleichen strengen Anforderungen des Qualitätssystems wie Luftlehren. Die Nummer des Einstell-Master-Kalibrierungszertifikats wird auf dem Luftmessgerät-Kalibrierungszertifikat angegeben, um die Rückführbarkeitsanforderungen an ein nationales Messinstitut (NMI), z. B. NIST, zu erfüllen.

Die Akzeptanzgrenzen für die Kalibrierung von Luftmessgeräten werden auf der Grundlage der Produkttoleranz oder alternativ auf der Grundlage der Messgerätespezifikationen des Herstellers festgelegt. Basierend auf der Produkttoleranz sollte eine Akzeptanzgrenze von 10 % oder weniger verwendet werden; 5 % ist eine bessere Zahl. Eine Produkttoleranz von 0,002 Zoll würde einer Kalibrierungsakzeptanzgrenze von 0,0002 Zoll entsprechen – und die Genauigkeit der zur Kalibrierung des Messgeräts verwendeten Master sollte 10 % oder weniger davon oder 0,00002 Zoll betragen. Wenn Herstellerspezifikationen verwendet werden, sollte die Akzeptanzgrenze für die Kalibrierung kleiner oder gleich der Genauigkeitsspezifikation des Herstellers sein.

Die Genauigkeit eines Luftmessgeräts wird beeinträchtigt, wenn sich an den Düsen und Entlüftungsöffnungen Öl und Schmutz ansammeln. Eine gute Kalibrierungspraxis wird dies bei der Erfassung des Empfangszustands berücksichtigen. Um das Messgerät sauber zu halten, sollten Reinigungsverfahren oder ein Wartungsplan vorhanden sein. Die Messwerte werden vor allem durch Ölverschmutzung in den Luftleitungen, pneumatischen Komponenten und auf Leiterplatten beeinträchtigt. Ein gutes Luftfilter- und Koaleszenzsystem ist ein Muss, um Ihr Messgerät in Topform zu halten. Der Werkzeugverschleiß sollte überwacht werden. Da die Luftmessdüse versenkt ist, hat Verschleiß keinen direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Messung; Übermäßiger Verschleiß führt jedoch zu einem größeren Spiel, was zu Unwucht und schlechter Wiederholgenauigkeit führt. Wiederholbarkeits- und Driftfehler lassen sich am besten durch eine GR&R-Studie aufdecken. Bei der Kalibrierung werden Wiederholbarkeits- und Driftfehler möglicherweise nicht erkannt.

Das Kalibrierintervall eines Luftmessgeräts wird vom Benutzer festgelegt und hängt von der Anwendung, Nutzung und Umgebung ab. Alle sechs Monate oder jedes Jahr ist ein guter Ausgangspunkt. Das Intervall sollte durch Auswertung der Ergebnisse früherer Kalibrierungen angepasst werden. Zu viele As-Receive-Fehler erfordern eine Verkürzung des Intervalls. Das Intervall kann auch verlängert werden, wenn ein konsistenter Passing-Trend beobachtet wird.

Ihr Luftmessgerät-Lieferant sollte Sie bei der Wartung und Kalibrierung Ihrer Luftmessgeräte unterstützen können. Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen genutzte Labor nach ISO/IEC 17025 akkreditiert ist oder die Anforderungen der Norm erfüllt. Akkreditierte Labore verfügen über ein Dokument mit der Bezeichnung „Umfang der Akkreditierung“, in dem ihre Kalibrierungsdienste aufgeführt sind. Dieses Dokument ist bei der Akkreditierungsstelle registriert und in der Regel auf der Website des Herstellers verfügbar. Überprüfen Sie deren Umfang, um sicherzustellen, dass die Luftmessung Teil ihrer akkreditierten Kalibrierdienste ist.

Steve Harrington, BSME, MBA, ist der technische Gruppenleiter bei Western Gage Corp. Er kann unter [email protected] erreicht werden.