EUROPA-FACHBUCHREIHE Jörg Bartenschlager Stefan …...Fachkunde Metall 57., neu bearbeitete Auflage Jörg Bartenschlager Stefan Oesterle Josef Dillinger Ludwig Reißler Walter Escherich

Fachkunde Metall57., neu bearbeitete Auflage

Jörg Bartenschlager Stefan OesterleJosef Dillinger Ludwig ReißlerWalter Escherich Andreas StephanWerner Günter Reinhard VetterDr. Eckhard Ignatowitz Falko Wieneke

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG

Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 10129

EUROPA-FACHBUCHREIHE für metalltechnische Berufe

Autoren:Bartenschlager, Jörg Oberstudienrat RheinbreitbachDillinger, Josef Studiendirektor MünchenEscherich, Walter Studiendirektor MünchenGünter, Werner Dipl.-Ing. (FH) OberwolfachIgnatowitz, Dr. Eckhard Dr.-Ing. WaldbronnOesterle, Stefan Dipl.-Ing. AmtzellReißler, Ludwig Studiendirektor MünchenStephan, Andreas Dipl.-Ing. (FH) KressbronnVetter, Reinhard Oberstudiendirektor OttobeurenWieneke, Falko Dipl.-Ing. Essen

Die Autoren sind Fachlehrer der technischen Ausbildung und Ingenieure.

Lektorat: Josef DillingerBildentwürfe: Die AutorenFotos: Leihgaben der Firmen (Verzeichnis Seite 664)Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlages Europa-Lehrmittel, OstfildernEnglische Übersetzung: OStRin Christina Murphy, Wolfratshausen

57. Auflage 2013

Druck 6 5 4 3 2 1

Alle Drucke derselben Auflage sind im Unterricht nebeneinander einsetzbar, da sie bis auf korrigierte Druckfehler und kleine Änderungen, z. B. aufgrund neuer Normen, identisch sind.

ISBN 978-3-8085-1157-2

Umschlaggestaltung unter Verwendung eines Fotos der Firma TESA / Brown & Sharpe, CH-Renens

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2013 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 ErftstadtDruck: B.o.s.s Druck und Medien GmbH, 47574 Goch

3

1 Prüftechnik 2 Qualitäts -

management

12 … 87

3 Fertigungstechnik

88 … 259

5 Maschinentechnik 6 Elektrotechnik

341 … 436

8 Automatisierungs-technik

476 … 562

4 Werkstofftechnik

260 … 340

7 Montage, Inbetriebnahme, Instandhaltung

437 … 475

9 Automatisierte Fertigung

10 Technische Projekte

563 … 636

Vorwort

Die Fachkunde Metall dient der Ausbildung und der Weiterbildung in den Maschinenbauberufen.

Zielgruppen• Industriemechaniker• Feinwerkmechaniker• Fertigungsmechaniker• Zerspanungsmechaniker• Technische Produktdesigner• Meister und Techniker• Praktiker in der metallverarbeitenden Industrie und im Handwerk• Schüler technischer Schulen• Praktikanten und Studierende der Fachrichtung Maschinenbau

InhaltDer Inhalt des Buches ist in zehn Hauptkapitel gegliedert. Er ist auf die Bildungspläne und Ausbildungsordnungen der oben genann-ten Berufsgruppen als auch mit den KMK-Lehrplänen abgestimmt und berücksichtigt neueste Entwicklungen im technischen Bereich.Das Sachwortverzeichnis enthält die technischen Fachbegriffe auch in englischer Sprache.

Unterricht nach LernfeldernDie lernfeldorientierten Rahmenlehrpläne erfordern handlungs-orientierte Unterrichtsformen, durch die der Lernende das er-worbene Wissen in die betriebliche Praxis übertragen kann. Der Erwerb dieser Fähigkeit wird in dreizehn Lernfeldern durch je ein Leitprojekt mit einem Vorschlag für die Umsetzung angeboten.

Vorwort zur 57. Auflage

In der vorliegenden Auflage wurden folgende Inhalte neu aufge-nommen bzw. aktualisiert:• Lernfeldkompass und Überarbeitung der Leitprojekte für die

Fachstufe. • Fertigungstechnik: Generative Fertigungsverfahren; Räumen• Automatisierungstechnik: Zeitbausteine, Vakuumtechnik und

Ventilinseln; Proportionaltechnik.• Automatisierte Fertigung: Drehen: Programmierverfahren nach Siemens und PAL. Angetriebene Werkzeuge nach PAL. Fräsen: Programmierverfahren nach Heidenhain und PAL. 5-Achs-Bearbeitung nach PAL.• Technische Projekte in Ausbildung und Beruf planen, erarbeiten,

dokumentieren und präsentieren. • Zu jedem Kapitel eine Seite in englischer Sprache zum Üben und

Vertiefen. Die Übersetzung ist auf der beiliegenden CD.

Die Autoren und der Verlag sind allen Nutzern der „Fachkunde Me-tall“ für kritische Hinweise und Verbesserungsvorschläge dankbar ([email protected]).

Sommer 2013 Die Verfasser

4

LernfeldkompassMit dem Lernfeldkompass wird dem Nutzer an Berufsschulen in der Metalltechnik eine Hilfe an die Hand gegeben, mit der der Lernfeldunterricht zielgerichtet durchgeführt werden kann.Die Inhalte der Fachkunde Metall sind sachlogisch strukturiert, um dem Lehrenden und Lernenden ein Höchstmaß an didaktischer und methodischer Freiheit zu ermöglichen. Die im Buch gewählte Sachstruk-tur soll den Lernenden zu selbstständigem Erarbeiten der in den Lernfeldern geforderten unterschiedli-chen fachlichen Inhalte führen.Die folgende Kapitelauswahl zu den Lernfeldern aus den einzelnen Rahmenlehrplänen zeigt die Zuord-nung der Kapitel und Inhalte des Fachbuches zu den einzelnen Lernfeldern. Sie dient als Anregung und Hinweis, um den lernfeldorientierten Unterricht zielgerichtet durchführen zu können.

Lernfeld Sachinformationen im Buch (Beispiele)

Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen Vorbereiten und Fertigen von berufstypischen Bau-elementen mit handgeführten Werkzeugen.Erstellen und Ändern von Zeichnungen für einfache Baugruppen.

Arbeitsschritte mit Werkzeugen und Materialien planen und Berechnungen durchführen.Geeignete Prüfmittel auswählen, anwenden und Ergeb-nisse protokollieren.Fertigungskosten überschlägig ermitteln.

Dokumentieren und Präsentieren der Arbeits ergebnisse.

Bestimmungen des Arbeits- und Umweltschutzes beachten.

Projekt: Schlüsselanhänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638

3.6.2 Fertigen mit handgeführten Werkzeugen

1.2 Grundlagen der Messtechnik 1.2.1 Grundbegriffe 1.2.2 Messabweichungen 1.2.3 Messmittelfähigkeit 1.3 Längenprüfmittel 1.5 Toleranzen und Passungen

2.7.1 Prüfplanung 3.2 Gliederung der Fertigungsverfahren3.4.1 Verhalten der Werkstoffe3.4.2 Umformverfahren3.4.3 Biegeumformen3.5 Schneiden3.5.1 Scherschneiden4.1 Übersicht der Werk- und Hilfsstoffe4.2 Auswahl und Eigenschaften der Werkstoffe4.4 Stähle und Gusswerkstoffe4.5 NE-Metalle4.9 Kunststoffe4.10 Verbundwerkstoffe

10.5 Technische Projekte dokumentieren

3.1 Arbeitssicherheit3.11 Fertigungsbetrieb und Umweltschutz4.12 Umweltproblematik der Werk- und Hilfsstoffe

Fertigen von Bauelementen mit Maschinen

Auswerten von Zeichnungen und Stücklisten.Auswahl von Werkstoffen nach spezifischen Eigen-schaften.Planen von Fertigungsabläufen mit Berechnungen.

Aufbau und Wirkungsweise von Maschinen.Einsatz von Werkzeugen.

Auswahl und Einsatz von Prüfmitteln.

Projekt: Spanngerät für runde Werkstücke . . . . . . . 640

5.6 Antriebseinheiten5.5 Funktionseinheiten zur Energieübertragung

1.4 Oberflächenprüfung

1.5 Toleranzen und Passungen3.7 Fertigen mit Werkzeugmaschinen3.8 Fügen4.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe5.6 Antriebseinheiten5.5 Funktionseinheiten zur Energieübertragung

5.1 Einteilung der Maschinen5.2 Funktionseinheiten von Maschinen3.7.1 Schneidstoffe

1.2 Grundlagen der Messtechnik

5Lernfeldkompass



1.2.1 Grundbegriffe1.2.2 Messabweichungen 1.2.3 Messmittelfähigkeit 1.3 Längenprüfmittel2 Qualitätsmanagement 2.3 Qualitätsforderungen2.4 Qualitätsmerkmale und Fehler 2.7.1 Prüfplanung




Herstellen einfacher Baugruppen

Gruppenzeichnungen und Schaltpläne lesen und verstehen. Planen einfacher Steuerungen.Montage von Baugruppen.Teile normgerecht kennzeichnen.

Fügeverfahren unterscheiden.Auswahl von Werkzeugen und Normteilen.



Projekt: Bohrständer für Handbohrmaschine . . . . . 642

5.1 Einteilen der Maschinen5.4 Funktionseinheiten von Maschinen5.6 Antriebseinheiten5.5 Funktionseinheiten zur Energieübertragung8.3.3 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen8.3.4 Systematischer Schaltplanentwurf8.3.5 Grafcet

3.8 Fügen4.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe

2 Qualitätsmanagement2.1 Arbeitsbereiche QM2.2 Normen QM2.3 Qualitätsforderungen2.4 Qualitätsmerkmale und Fehler

10.1.1 Arbeitsorganisation Linie und Projekt10.5.1 Textverarbeitung10.5.2 Tabellenkalkulation10.5.3 Präsentationssoftware10.5.4 Technische Kommunikation


Warten technischer Systeme

Bewertung der Instandhaltungsmaßnahmen.

Wartungsarbeiten planen, Werkzeuge und Hilfsstoffe bestimmen.

Dokumentieren und Präsentieren der Arbeitsergebnisse.


Projekt: Warten einer Säulenbohrmaschine . . . . . . 644

1 Prüftechnik1.1 Größen und Einheiten7.3 Instandhaltung 7.4 Korrosion und Korrosionsschutz7.5 Schadensanalyse und Schadensvermeidung7.6 Beanspruchung und Festigkeit der Bauteile

4.1.3 Hilfsstoffe und Energie5.6 Antriebseinheiten5.5 Funktionseinheiten zur Energieübertragung7.3.6 Schmierstoffe7.3.7 Inspektion10.5 Technische Projekte dokumentieren


6 Lernfeldkompass


Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen Fertigen von Werkstücken aus verschiedenen Werk-stoffen auf Werkzeugmaschinen.

Geeignete Fertigungsverfahren auswählen und Spann-mittel für Werkzeuge und Werkstücke wählen.

Glühen, Härten, Vergüten.

Prüfpläne mit den Mitteln des Qualitätsmanagements entwickeln.

Projekt: Hydraulisches Spannelement . . . . . . . . . . . 646

3.7 Fertigen mit Werkzeugmaschinen4.4.3 Bezeichnungssystem der Stähle2.4 Qualitätsmerkmale und Fehler 2.7.1 Prüfplanung

1.2 Grundlagen der Messtechnik1.3 Längenprüfmittel1.4 Oberflächenprüfung1.5 Toleranzen und Passungen1.6 Form- und Lageprüfung

4.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe2.4 Qualitätsmerkmale und Fehler 2.7.1 Prüfplanung 4.8 Wärmebehandlung der Stähle

Installieren und Inbetriebnahme steuerungstechni-scher Systeme

Steuerungstechnische Systeme installieren und in Betrieb nehmen.

Aus Steuerungen in unterschiedlichen Gerätetechniken Komponenten und Funktionsabläufe ermitteln. Aufbau und Inbetriebnahme unterschiedlicher Steue-rungen.

Montieren von technischen Systemen

Montage technischer Teilsysteme planen und Montage-pläne erstellen.Baugruppen montieren.Funktionskontrolle durchführen und Prüfprotokolle er-stellen.Festigkeitskenngrößen.

Arbeitsergebnisse dokumentieren und präsentieren.

Projekt: Vereinzelung unterschiedlicher Metallkugeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648

5.1 Einteilung der Maschinen10.3 Projekte in Phasen erarbeiten

5.6 Antriebseinheiten8.2 Grundlagen und Elemente von Steuerungen8.3 Pneumatische Steuerungen8.4 Elektropneumatische Steuerungen8.5 Hydraulische Steuerungen

Projekt: Kegelradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650

1.5 Toleranzen und Passungen1.6 Form- und Lageprüfung3.8 Fügen5.4 Funktionseinheiten zum Stützen und Tragen

4.11 Werkstoffprüfung


Programmieren und Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeug maschinenBauelemente auf numerisch gesteuerten Werkzeug-maschinen fertigen.Arbeits- und Werkzeugpläne erstellen.

Einrichten der Werkzeugmaschine.CNC-Programme entwickeln.

Prüfpläne mit den Mitteln des Qualitätsmanagement entwickeln.

Projekt: Getriebewelle und Lagerdeckel . . . . . . . . . 652

9.1 CNC-Steuerungen9.1.2 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte9.1.3 Werkzeugvermessung und Korrekturen9.1.4 Grundlagen der CNC-Programmierung9.1.5 Zyklen und Unterprogramme9.1.6 Programmieren von CNC-Drehmaschinen9.1.7 Programmieren von CNC-Fräsmaschinen9.2 Automatisierte Fertigungseinrichtungen 2.3 Qualitätsforderungen2.4 Qualitätsmerkmale und Fehler

9.1.2 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte9.1.3 Werkzeugvermessung und Korrekturen9.1.4 Grundlagen der CNC-Programmierung9.1.5 Zyklen und Unterprogramme9.1.6 Programmieren von CNC-Drehmaschinen9.1.7 Programmieren von CNC-Fräsmaschinen

2.7.1 Prüfplanung1.2 Grundlagen der Messtechnik1.4 Oberflächenprüfung1.5 Toleranzen und Passungen1.6 Form- und Lageprüfung

7Lernfeldkompass


Instandsetzen von technischen Systemen Instandsetzungsmaßnahmen planen.

Demontage von Teilsystemen.Analyse und Dokumentation von Fehlern.

Ersatz und Montage defekter Bauteile.

Projekt: Motorspindel einer CNC-Fräsmaschine . . . 654

7.5 Schadensanalyse und Schadensvermeidung 7.6 Beanspruchung und Festigkeit der Bauteile 3.8 Fügen

4.8 Wärmebehandlung der Stähle4.11 Werkstoffprüfung5.4.1 Reibung und Schmierstoffe7.3.6 Schmierstoffe7.3.8 Instandsetzung7.3.9 Verbesserungen10.5 Technische Projekte dokumentieren

Herstellen und in Betrieb nehmen technischer Teilsysteme Funktionszusammenhänge von Bauelementen und Bau-gruppen beschreiben.Geeignete Fertigungsverfahren und Montagehilfsmittel wählen.Teilsysteme zu Gesamtsystemen zusammenfügen und in Betrieb nehmen.Übergabe protokollieren.

Projekt: Vorschubantrieb einer CNC-Fräs- maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656

3.7.10 Räumen 3.7.11 Feinbearbeitung3.8 Fügen

7.2 Inbetriebnahme


Überwachen der Produkt- und Prozessqualität

Maschinen und Prozessfähigkeitsuntersuchungen durchführen.Prozessdaten aufnehmen und Kenngrößen bewerten.Unterscheiden von systematischen und zufälligen Ein-flussgrößen.Den Produktionsprozess in der Massen- und Serien-fertigung mit den Methoden der Qualitätssicherung überwachen, den Verlauf dokumentieren und Korrektur-maßnahmen ableiten.

Projekt: Richtwaage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658

2.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements2.6 Qualitätslenkung2.7 Qualitätssicherung2.8 Maschinenfähigkeit2.9 Prozessfähigkeit2.10 Statistische Prozessregelung mit Qualitäts-

regel karten2.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess10.5 Technische Projekte dokumentieren

Instandhalten von technischen Systemen

Technische Systeme instandhalten. Ursachen für Fehler untersuchen.Schwachstellenanalyse durchführen und geeignete Prüfverfahren und Prüfmittel wählen.

Technische Systeme übergeben.

Projekt: Getränkeabfüllanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660

2.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess2.5 Werkzeuge des QM 7.3 Instandhaltung7.5 Schadensanalyse und Schadensvermeidung7.6 Beanspruchung und Festigkeit der Bauteile7.2.3 Abnahme von Maschinen oder Anlagen10.3.3.1 Projektorganisation10.3.5 Projektabschluss

Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme

Automatisierte Systeme analysieren und Betriebsfähig-keit sichern.Betriebsstörungen beheben, Strategien zur Fehlerein-grenzung entwickeln und Prozessabläufe optimieren.Arbeitsschutz beim Umgang mit Fertigungs- und Hand-habungssystemen beachten.

Projekt: Automatisieren eines Handarbeits- platzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662

2.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess8.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen8.7 Handhabungstechnik in der Automation10.3.2 Definitionsphase10.3.3.1 Projektorganisation10.3.5 Projektabschluss

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1 Prüftechnik

1.1 Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . 151.2.1 Grundbegriffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2.2 Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.2.3 Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung 211.3 Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.3.1 Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . 231.3.2 Mechanische und elektronische Messgeräte . 261.3.3 Pneumatische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . 341.3.4 Elektronische Messgeräte. . . . . . . . . . . . . . . . . 361.3.5 Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . 371.3.6 Multisensortechnik in Koordinatenmess-

geräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411.4.1 Oberflächenprofile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.4.2 Kenngrößen von Oberflächen . . . . . . . . . . . . . 421.4.3 Oberflächen-Prüfverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . 431.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . 451.5.1 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.5.2 Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491.6 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 531.6.1 Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . 531.6.2 Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . . 551.6.3 Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlauf-

prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581.6.4 Gewindeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.6.5 Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651.7 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Inhaltsverzeichnis

2 Qualitätsmanagement

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . 682.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . 692.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . 702.6 Qualitätslenkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.8 Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.10 Statistische Prozessregelung mit Qualitäts-

regelkarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . 852.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess:

Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . 862.13 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3 Fertigungstechnik

3.1 Arbeitssicherheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.2 Gliederung der Fertigungsverfahren . . . . . . . 913.3 Gießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.3.1 Formen und Modelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.3.2 Gießen in verlorene Formen . . . . . . . . . . . . . . 943.3.3 Gießen in Dauerformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973.3.4 Gusswerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.3.5 Gussfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.3.6 Formgebung der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . 993.3.7 Weiterverarbeitung der Halbzeuge und

Fertigteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.4 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.4.1 Verhalten der Werkstoffe beim Umformen . . 1063.4.2 Umformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.4.3 Biegeumformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.4.4 Zugdruckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.4.5 Druckumformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1143.4.6 Maschinen zum Umformen . . . . . . . . . . . . . . . 1163.5 Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.5.1 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.5.2 Strahlschneiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.6 Spanende Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263.6.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263.6.2 Fertigen mit handgeführten Werkzeugen . . . 1273.7 Fertigen mit Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . 1313.7.1 Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.7.2 Kühlschmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1353.7.3 Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1383.7.4 Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.7.5 Senken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1483.7.6 Reiben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1493.7.7 Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1513.7.8 Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1713.7.9 Schleifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1883.7.10 Räumen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2003.7.11 Feinbearbeitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.7.12 Funkenerosives Abtragen. . . . . . . . . . . . . . . . . 2083.7.13 Vorrichtungen und Spannelemente . . . . . . . . 2123.7.14 Fertigungsbeispiel Spannpratze . . . . . . . . . . . 219

3.8 Fügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2233.8.1 Fügeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2233.8.2 Press- und Schnappverbindungen . . . . . . . . . 2263.8.3 Kleben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2283.8.4 Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2303.8.5 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

3.9 Generative Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . 2493.9.1 Rapid Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2493.9.2 Rapid Tooling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2513.9.3 Rapid Manufacturing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

3.10 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2523.11 Fertigungsbetrieb und Umweltschutz . . . . . 2563.12 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

9Inhaltsverzeichnis

4 Werkstofftechnik

4.1 Übersicht der Werk- und Hilfsstoffe . . . . . . . 2614.2 Auswahl und Eigenschaften der Werkstoffe 2634.3 Innerer Aufbau der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 2694.3.1 Innerer Aufbau und Eigenschaften . . . . . . . . . 2694.3.2 Kristallgittertypen der Metalle . . . . . . . . . . . . . 2704.3.3 Baufehler im Kristall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2714.3.4 Entstehung des Metallgefüges. . . . . . . . . . . . . 2714.3.5 Gefügearten und Werkstoffeigenschaften . . . 2724.3.6 Gefüge reiner Metalle und Legierungen. . . . . 2734.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . . . . . 2744.4.1 Gewinnung von Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . 2744.4.2 Herstellung von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2754.4.3 Das Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . . 2784.4.4 Einteilung der Stähle nach Zusammen-

setzung und Güteklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2814.4.5 Stahlsorten und ihre Verwendung . . . . . . . . . 2824.4.6 Handelsformen der Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . 2844.4.7 Legierungs- und Begleitelemente . . . . . . . . . . 2854.4.8 Erschmelzen der Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . 2864.4.9 Das Bezeichnungssystem für Gusseisen-

werkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2874.4.10 Eisen-Gusswerkstoffarten. . . . . . . . . . . . . . . . . 2884.5 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2914.5.1 Leichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2914.5.2 Schwermetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2934.6 Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2964.7 Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2984.8 Wärmebehandlung der Stähle . . . . . . . . . . . . 3004.8.1 Gefügearten der Eisenwerkstoffe . . . . . . . . . . 3004.8.2 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm. . . . . . . . . . . . . . 3014.8.3 Gefüge und Kristallgitter bei Erwärmung. . . . 302

4.8.4 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3034.8.5 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3044.8.6 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3084.8.7 Härten der Randzone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3094.8.8 Fertigungsbeispiel: Wärmebehandlung

einer Spannpratze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3124.9 Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3134.9.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . . . 3134.9.2 Chemische Zusammensetzung und

Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3144.9.3 Technologische Einteilung und innere

Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3154.9.4 Thermoplaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3164.9.5 Duroplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3184.9.6 Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3194.9.7 Wichtige Kunststoffe und ihre Kennwerte . . . 3194.10 Verbundwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3214.11 Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3264.11.1 Prüfung der Verarbeitungseigenschaften. . . . 3264.11.2 Prüfung mechanischer Eigenschaften. . . . . . . 3274.11.3 Kerbschlagbiegeversuch. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3294.11.4 Härteprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3304.11.5 Dauerfestigkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3344.11.6 Bauteil-Betriebslasten-Prüfung . . . . . . . . . . . . 3354.11.7 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen. . . . . . . 3354.11.8 Metallografische Untersuchungen . . . . . . . . . 3364.11.9 Prüfung der Kunststoff-Kennwerte . . . . . . . . . 3374.12 Umweltproblematik der Werk- und

Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3384.13 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

5 Maschinentechnik

5.1 Einteilung der Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 3425.2 Funktionseinheiten von Maschinen und

Geräten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3505.2.1 Innerer Aufbau von Maschinen . . . . . . . . . . . . 3505.2.2 Funktionseinheiten einer CNC-Werkzeug-

maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3525.2.3 Funktionseinheiten einer Klimaanlage . . . . . . 3545.2.4 Sicherheitseinrichtungen an Maschinen. . . . . 3555.3 Funktionseinheiten zum Verbinden. . . . . . . . 3575.3.1 Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3575.3.2 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3595.3.3 Stiftverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.3.4 Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3695.3.5 Welle-Nabe-Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . 3715.4 Funktionseinheiten zum Stützen und

Tragen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3755.4.1 Reibung und Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 375

5.4.2 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3785.4.3 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3875.4.4 Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3905.4.5 Federn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3925.5 Funktionseinheiten zur Energie-

übertragung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3945.5.1 Wellen und Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3945.5.2 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3965.5.3 Riementriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4015.5.4 Kettentriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4035.5.5 Zahnradtriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4055.6 Antriebseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4085.6.1 Elektromotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4085.6.2 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4155.6.3 Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4215.7 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

6 Elektrotechnik

6.1 Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . 4246.2 Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . 4276.3 Stromarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4296.4 Elektrische Leistung und elektrische Arbeit . 4306.5 Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . 4316.6 Fehler an elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . 432

6.7 Schutzmaßnahmen bei elektrischen Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

6.8 Hinweise für den Umgang mit Elektrogeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .435

6.9 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

10 Inhaltsverzeichnis

7 Montage, Inbetriebnahme, Instandhaltung

7.1 Montagetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4387.1.1 Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4387.1.2 Organisationsformen bei der Montage. . . . . . 4397.1.3 Automatisierung der Montage. . . . . . . . . . . . . 4397.1.4 Montagebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4407.2 Inbetriebnahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4467.2.1 Aufstellen von Maschinen oder Anlagen . . . . 4477.2.2 Inbetriebnahme von Maschinen oder

Anlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4487.2.3 Abnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . 4507.3 Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4517.3.1 Tätigkeitsgebiete und Definition . . . . . . . . . . . 4517.3.2 Begriffe der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . 4527.3.3 Ziele der Instandhaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4537.3.4 Instandhaltungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . 453

7.3.5 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4567.3.6 Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4597.3 7 Instandsetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4617.3.8 Verbesserungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4637.3.9 Auffinden von Störstellen und Fehlerquellen 4647.4 Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . 4657.4.1 Ursachen der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4657.4.2 Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild. . . 4677.4.3 Korrosionsschutz-Maßnahmen . . . . . . . . . . . . 4687.5 Schadensanalyse und Schadens-

vermeidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4717.6 Beanspruchung und Festigkeit der

Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4737.7 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

8 Automatisierungstechnik

8.1 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4778.1.1 Grundlagen der Steuerungstechnik . . . . . . . . 4778.1.2 Grundlagen der Regelungstechnik . . . . . . . . . 4798.2 Grundlagen und Grundelemente von

Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4838.2.1 Arbeitsweise von Steuerungen . . . . . . . . . . . . 4838.2.2 Steuerungskomponenten. . . . . . . . . . . . . . . . . 4848.3 Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 4898.3.1 Baugruppen pneumatischer Anlagen . . . . . . . 4898.3.2 Bauelemente der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . 4908.3.3 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen . . . 4998.3.4 Systematischer Schaltplanentwurf . . . . . . . . . 5008.3.5 Beispiele pneumatischer Steuerungen . . . . . . 5048.3.6 Vakuumtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5078.4 Elektropneumatische Steuerungen . . . . . . . . 5098.4.1 Bauelemente elektrischer Kontakt-

steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5098.4.2 Signalelemente – Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . 5128.4.3 Verdrahtung mit Klemmleiste . . . . . . . . . . . . . 5178.4.4 Beispiele für elektropneumatische

Steuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5188.4.5 Ventilinseln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5238.5 Hydraulische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . 5248.5.1 Energieversorgung und Druckmittel-

aufbereitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525

8.5.2 Arbeitselemente und Hydrospeicher. . . . . . . . 5278.5.3 Hydraulikventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5318.5.4 Proportionalhydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5358.5.5 Hydraulikleitungen und Zubehör. . . . . . . . . . . 5378.5.6 Beispiele für hydraulische Schaltungen . . . . . 5398.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen . . . 5428.6.1 Speicherprogrammierbare Steuerung als

Kleinsteuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5428.6.2 Speicherprogrammierbare Steuerung als

modulares Automatisierungssystem . . . . . . . 5458.7 Handhabungstechnik in der Automation . . . 5548.7.1 Handhabungssystemtechnik . . . . . . . . . . . . . . 5548.7.2 Einteilung der Handhabungssysteme . . . . . . . 5558.7.3 Kinematik und Bauarten von Industrie-

robotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5558.7.4 Funktionseinheiten von Industrierobotern . . . 5578.7.5 Programmierung von Industrierobotern. . . . . 5578.7.6 Koordinatensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5588.7.7 Bewegungsarten von Industrierobotern. . . . . 5598.7.8 Kommunikation von Industrierobotern . . . . . 5608.7.9 Sicherheit beim Einsatz von Handhabungs-

systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5618.8 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562

9 Automatisierte Fertigung

9.1 CNC-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5649.1.1 Merkmale CNC-gesteuerter Maschinen . . . . . 5649.1.2 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte . . . . . . 5689.1.3 Steuerungsarten, Korrekturen . . . . . . . . . . . . . 5709.1.4 Erstellen von CNC-Programmen . . . . . . . . . . . 5739.1.5 Zyklen und Unterprogramme. . . . . . . . . . . . . . 5789.1.6 Programmieren von CNC-Drehmaschinen. . . 5799.1.7 Programmieren von CNC-Fräsmaschinen . . . 5879.1.8 Programmierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5939.1.9 5-Achs-Bearbeitung nach PAL . . . . . . . . . . . . . 5959.2 Automatisierte Fertigungseinrichtungen . . . 5999.2.1 Betriebswirtschaftliche Anforderungen . . . . . 5999.2.2 Vergleich: Herkömmliche Fertigung und

automatisierte Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . 600

9.2.3 Automatisierungsstufen von Fertigungs- anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

9.2.4 Automatisierung von Werkzeugmaschinen . . 6029.2.5 Transportsysteme in automatisierten

Fertigungsanlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6059.2.6 Informationsfluss in automatisierten

Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6059.2.7 Beispiel einer automatisierten Fertigungs-

anlage für Getriebewellen . . . . . . . . . . . . . . . . 6069.2.8 Flexibilität und Produktivität von Fertigungs-

anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6079.3 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608

11Inhaltsverzeichnis

10 Technische Projekte

10.1 Grundlagen der Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . 60910.1.1 Arbeitsorganisation Linie und Projekt. . . . . . . 60910.1.2 Der Projektbegriff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60910.1.3 Technische Projektarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61010.2 Projektarbeit als vollständige Handlung

und planmäßige Problemlösung . . . . . . . . . . 61010.3 Projekte in Phasen erarbeiten am Projekt-

beispiel Hebevorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . 61110.3.1 Die Initialisierungsphase. . . . . . . . . . . . . . . . . . 61110.3.2 Die Definitionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61210.3.3 Die Planungsphase mit Konzeptentwicklung

als Hauptprojekt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615

10.3.4 Die Durchführungsphase mit Projekt- realisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620

10.3.5 Der Projektabschluss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62210.4 Veränderte Vorgehensmodelle bei der

Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62310.5 Technische Projekte dokumentieren . . . . . . . 62410.5.1 Textverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62510.5.2 Tabellenkalkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62710.5.3 Präsentationssoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63010.5.4 Technische Kommunikation. . . . . . . . . . . . . . . 63310.6 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636

Lernfelder

Lernfeld: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .638Lernfeld: Fertigen von Bauelementen mit Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .640Lernfeld: Herstellen einfacher Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .642Lernfeld: Warten technischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .644Lernfeld: Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .646Lernfeld: Installieren und Inbetriebnahme steuerungstechnischer Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .648Lernfeld: Montieren von technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .650Lernfeld: Programmieren und Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .652Lernfeld: Instandsetzen von technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .654Lernfeld: Herstellen und in Betrieb nehmen technischer Teilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .656Lernfeld: Überwachen der Produkt- und Prozessqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .658Lernfeld: Instandhalten von technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .660Lernfeld: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .662

Firmenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664

Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667

12

1 Prüftechnik

2 Qualitätsmanagement

Prüfen

subjektives Prüfen objektives Prüfen

LehrenSinneswahrnehmung Messen

MesswertGut/AusschussErgebnis:

Rundlauf

0,1 B-C

C B

Mit

telw

erte

x

95 %

99 %

Normalverteilung

OEG

UEG

OWG

UWG

Stichproben-Nr.:

4 6 8 10

1.1 Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 15 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung . . 21

1.3 Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . . . 23 Mechanische und elektronische Messgeräte . . . 26 Pneumatische, elektronische Messgeräte . . . . . 34 Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . 37 Multisensortechnik in Koordinatenmessgeräten 39

1.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Kenngrößen; Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . . 421.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.6 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . . . . 55 Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlaufprüfung 58 Gewindeprüfung; Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . . . 631.7 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . . . . 682.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . . . 692.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . . . 702.6 Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.8 Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.10 Statistische Prozessregelung mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . . 852.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess: Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . . . 862.13 Practice your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

13Größen und Einheiten

1 Prüftechnik

A

Ü

Länge (Weg) und ZeitLänge (Durchmesser)

ö (d )

t

m

Masse Stromstärke u. Lichtstärke

Üv

ö (s )

1° = Vollwinkel

1° = 60' = 3600"

= 5,325°

Grad Radiant

Vollkreis

1°

360

1m1

rad

1 m

5°19'30" = 5° + 57,296°+19° 180°60

30°3600

1 rad = =p

Bild 1: Basisgrößen

Bild 2: Winkeleinheiten

1.1 Größen und EinheitenGrößen beschreiben Merkmale, z . B . Länge, Zeit, Temperatur oder Stromstärke (Bild 1).

Im internationalen Einheitensystem SI (System International) sind Basisgrößen und Basiseinheiten festgelegt (Tabelle 1).Zur Vermeidung von sehr großen oder kleinen Zahlen werden dezimale Vielfache oder dezimale Teile den Namen der Einheiten vorangestellt, z . B . Millimeter (Tabelle 2).

Länge

Die Basiseinheit der Länge ist das Meter . Ein Meter ist die Länge des Weges, den das Licht im luftleeren Raum in einer 299 729 458stel Sekun-de durchläuft .

In Verbindung mit der Einheit Meter sind einige Vorsätze gebräuchlich, die zweckmäßige Angaben von großen Entfernungen oder von kleinen Längen ermöglichen (Tabelle 3).

Neben dem metrischen System wird in einigen Ländern noch das Inch-System verwendet .

Umrechnung: 1 Inch (in) = 25,4 mm

Winkel

Die Einheiten des Winkels bezeichnen Mittel-punktswinkel, die sich auf den Vollkreis beziehen .

Ein Grad (1°) ist der 360ste Teil des Vollwinkels (Bild 2). Die Unterteilung von 1° kann in Minuten (*), Sekunden (+) oder in dezimale Teile erfolgen .

Der Radiant (rad) ist der Winkel, der aus einem Kreis mit dem Radius 1 m einen Bogen von 1 m Länge schneidet (Bild 2) . Ein Radiant entspricht einem Winkel von 57,295 779 51° .

Tabelle 1: Internationales Einheitensystem

Basisgrößen und FormelzeichenBasiseinheiten

Name Zeichen

Länge ŒMasse mZeit tThermodynamische Temperatur TElektrische Stromstärke ILichtstärke Iv

MeterKilogrammSekundeKelvinAmpereCandela

mkgsKAcd

Tabelle 2: Vorsätze zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen der Einheiten

Vorsatz Faktor

Mk

MegaKilo

millionenfachtausendfach

106 = 1 000 000103 = 1 000

hda

HektoDeka

hundertfachzehnfach

102 = 100101 = 10

dc

DeziZenti

ZehntelHundertstel

10–1 = 0,110–2 = 0,01

mµ

MilliMikro

TausendstelMillionstel

10–3 = 0,00110-6 = 0,000 001

Tabelle 3: Gebräuchliche LängeneinheitenMetrisches System

1 Kilometer (km)1 Dezimeter (dm)1 Zentimeter (cm)1 Millimeter (mm)1 Mikrometer (µm)1 Nanometer (nm)

= 1000 m= 0,1 m= 0,01 m= 0,001 m= 0,000 001 m = 0,001 mm= 0,000 000 001 m = 0,001 µm

14 Größen und Einheiten

Masse, Kraft und Druck

Die Masse m eines Körpers ist abhängig von seiner Stoffmenge . Sie ist unabhängig vom Ort, an dem sich der Körper befindet . Die Basis-einheit der Masse ist das Kilogramm . Gebräuchliche Einheiten sind auch das Gramm und die Tonne: 1 g = 0,001 kg, 1 t = 1000 kg .Ein Platin-Iridium-Zylinder, der in Paris aufbewahrt wird, ist das in-ternationale Normal für die Masse 1 kg . Es ist die einzige Basisein-heit, die bisher nicht mithilfe einer Naturkonstanten definiert werden konnte .

Der Druck p bezeichnet die Kraft je Flächeneinheit (Bild 2) in Pascal (Pa) oder Bar (bar) .Einheiten: 1 Pa = 1 N/m2 = 0,000 01 bar; 1 bar = 105 Pa = 10 N/cm2

Temperatur

Die Temperatur beschreibt den Wärmezustand von Körpern, Flüssig-keiten oder Gasen . Das Kelvin (K) ist der 273,15te Teil der Tempera-turdifferenz zwischen dem absoluten Nullpunkt und dem Gefrierpunkt des Wassers (Bild 3). Die gebräuchlichste Einheit der Temperatur ist das Grad Celsius (°C). Der Gefrierpunkt des Wassers entspricht 0 °C, der Siedepunkt des Wassers 100 °C .Umrechnung: 0 °C = 273,15 K; 0 K = – 273,15 °C

Zeit, Frequenz und Drehzahl

Für die Zeit t ist die Basiseinheit Sekunde (s) festgelegt .Einheiten: 1 s = 1000 ms; 1 h = 60 min = 3600 sDie Periodendauer T, auch Schwingungsdauer genannt, ist die Zeit in Sekunden, in der sich ein Vorgang regelmäßig wiederholt, z . B . eine volle Schwingung eines Pendels oder die Umdrehung einer Schleif-scheibe (Bild 4).Die Frequenz f ist der Kehrwert der Periodendauer T (f = 1/T ) . Sie gibt an, wie viele Vorgänge je Sekunde stattfinden . Sie wird in 1/s oder Hertz (Hz) angegeben .Einheiten: 1/s = 1 Hz; 103 Hz = 1 kHz; 106 Hz = 1 MHzDie Umdrehungsfrequenz n (Drehzahl) ist die Anzahl der Umdre-hungen je Sekunde oder Minute .Beispiel: Eine Schleifscheibe mit dem Durchmesser von 200 mm macht 6000

Umdrehungen in 2 min . Wie groß ist die Drehzahl?Lösung: Drehzahl (Umdrehungsfrequenz) n = 6000

2 min = 3000/min

Größengleichungen (Formeln)

Formeln stellen Beziehungen zwischen Größen her .Beispiel: Der Druck p ist die Kraft F je Fläche A.

p = FA

; p = 100 N1 cm2

= 100 Ncm2

= 10 bar

Beim Rechnen werden die Größen durch Formelzeichen ausgedrückt . Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und Einheit ange-geben, z . B . F = 100 N oder A = 1 cm2 . Einheitengleichungen geben die Beziehung zwischen Einheiten an, z . B . 1 bar = 105 Pa .

Ein Körper mit der Masse von einem Kilogramm wirkt auf der Erde (Normort Zürich) mit einer Kraft FG (Gewichtskraft) von 9,81 N auf seine Aufhängung oder Auflage (Bild 1).

Massem = 1kg

GewichtskraftFG = 9,81N 10N

10

5

Bild 1: Masse und Kraft

Schwingungen Umdrehungen

Bild 4: Periodische Vorgänge

ther

mo

dyn

amis

che

Tem

per

atu

r in

Kel

vin

absoluterNullpunkt

Celsius

Kelvin

200 K

0 K –273 °C

–20 °C

100 °C373 K

Schmelz-punkt vonEis

Siede-punkt vonWasser

273 K

300K

100

K

50 °C

0 °C10

0 °C

Bild 3: Temperaturskalen

Druck p =

pF

A

FA

Bild 2: Druck

15Grundlagen der Messtechnik

1.2.1 GrundbegriffeBeim Prüfen werden vorhandene Merkmale von Produkten wie Maß, Form oder Oberflächengüte mit den geforderten Eigenschaften verglichen .

Durch Prüfen wird an einem Prüfgegenstand festgestellt, ob er die geforderten Merkmale auf-weist, z . B . Maße, Form oder Oberflä chengüte .

Prüfarten

Subjektives Prüfen erfolgt über die Sinneswahr-nehmung des Prüfers ohne Hilfsgeräte (Bild 1). Er stellt z . B . fest, ob die Gratbildung und Rautiefe am Werkstück zulässig sind (Sicht- und Tastprüfung) .

Objektives Prüfen erfolgt mit Prüfmitteln, d . h . mit Messgeräten und Lehren (Bild 1 und Bild 2).

Messen ist das Vergleichen einer Länge oder eines Winkels mit einem Messgerät . Das Ergeb-nis ist ein Messwert .

Lehren ist Vergleichen des Prüfgegenstandes mit einer Lehre . Man erhält dabei keinen Zah-lenwert, sondern stellt nur fest, ob der Prüfge-genstand Gut oder Ausschuss ist .

Prüfmittel

Die Prüfmittel werden in drei Gruppen unterteilt: Messgeräte, Lehren und Hilfsmittel.

Alle Messgeräte und Lehren bauen auf Maßver-körperungen auf . Sie verkörpern die Messgröße z . B . durch den Abstand von Strichen (Strichmaß), durch den festen Abstand von Flächen (Endmaß, Lehre) oder durch die Winkellage von Flächen (Winkelendmaß) .

Anzeigende Messgeräte besitzen bewegliche Mar-ken (Zeiger, Noniusstrich), bewegliche Skalen oder Zählwerke . Der Messwert kann unmittelbar abge-lesen werden .

Lehren verkörpern entweder das Maß oder das Maß und die Form des Prüfgegenstandes .

Hilfsmittel sind z . B . Messständer und Prismen .

Messtechnische Begriffe

Um Missverständnisse bei der Beschreibung von Messvorgängen oder Auswerteverfahren zu ver-meiden, sind eindeutige Grundbegriffe unerläss-lich (Tabelle folgende Seite).

1.2 Grundlagen der Messtechnik

Prüfen

Gut / AusschussErgebnis:

subjektives Prüfen objektives Prüfen

MessenLehrenSinneswahrnehmung

Messwert

15°

60

Maßstab Messschieber Grenzlehren(Maßlehren)

Parallelendmaß MessuhrRadiuslehre(Formlehre)

Winkelendmaß WinkelmesserWinkel(Formlehre)

Prüfmittel

Messgeräte

Maßverkör-perungen

AnzeigendeMessgeräte

Hilfsmittel Lehren

Bild 1: Prüfarten und Prüfergebnis

Bild 2: Prüfmittel

16

Ziffernanzeige

0

0,4

0,2 0,2

0,10,1

0,30,30,01mm

Skalenanzeige Skw = 0,01mm

Zw = 0,01mm

M

Grundlagen der Messtechnik

Tabelle 1: Messtechnische Begriffe

Begriff Kurz- zeichen

Definition, Erklärung Beispiel, Formeln

MessgrößeM

Die zu messende Länge bzw . der zu messende Winkel, z . B . ein Bohrungsabstand oder ein Durch-messer .

Anzeige

–

Der angezeigte Zahlenwert des Messwertes ohne Einheit (vom Messbereich abhängig) . Bei Maßverkörperungen entspricht die Aufschrift der Anzeige .

Skalenanzeige – Kontinuierliche Anzeige auf einer Strichskale

Ziffernanzeige – Digitale Anzeige auf einer Ziffernskale

Skalenteilungs-wert* Skw

oder

Differenz zwischen den Messwerten, die zwei auf-einander folgenden Teilstrichen entsprechen . Der Skalenteilungswert Skw wird in der auf der Skale stehenden Einheit angegeben .

Ziffernschrittwert Zw Der Ziffernschrittwert entspricht dem Skalentei-lungswert einer Strichskale .

Angezeigter Messwert

xa x1, x2 …

Einzelne Messwerte oder Mittelwerte setzen sich aus dem richtigen Wert und den zufälligen sowie systematischen Messabweichungen zusammen .

Der Mittelwert x̄ ergibt sich in der Regel aus fünf Wiederholungsmessungen .Den wahren Wert würde man nur bei einer idealen Messung erhalten . Der wahre Wert xw ist ein aus vielen Wiederholungsmessungen ermittelter und um die bekann-ten systematischen Abweichungen korrigierter „Schätzwert“ .Der richtige Wert xr wird bei Maßverkörperungen durch Kalibrierung ermittelt . Er weicht meist vernachlässigbar vom wahren Wert ab . Bei einer Vergleichsmessung, z . B . mit einem Endmaß, kann dessen Maß als richtiger Wert angesehen werden .

Mittelwert x–

Wahrer Wertxw

Richtiger Wertxr

Unberichtigtes Messergebnis

xa x1, x2 …

x–

Gemessener Wert einer Messgröße, z . B . ein unkorrigierter Einzelmesswert oder ein durch Wiederholungsmessungen ermittelter Messwert, der noch nicht um die syste-matischen Abweichungen As korrigiert wurde .In der Fertigungstechnik werden aufgrund bekannter Abweichungen aus früheren Messreihen oder von Fähigkeitsuntersuchungen überwiegend einmalige Messungen durchgeführt . Das Messergebnis bleibt bei Einzelmessungen durch die zufälligen so-wie durch die unbekannten systematischen Messabweichungen unsicher .

Systematische Messabweichung As

Die Messabweichung ergibt sich durch Vergleich des angezeigten Messwertes xa oder des Mittel-wertes x̄a mit dem richtigen Wert xr (Seite 20) .

As = xa – xr (As = x-a – xr)

Korrektionswert KAusgleich von bekannten, systematischen Abwei-chungen, z . B . Abweichung der Temperatur .

K = – As (K = K1 + K2 … + Kn)

Messunsicher- heit* u

Die Messunsicherheit beinhaltet alle zufälligen Abweichungen sowie die unbekannten und nicht korrigierten systematischen Messabweichungen .

uc = u 2x1 + u 2x2 + … u 2xn

U = 2 · uc(Faktor 2 für Vertrauensniveau 95 %)

Kombinierte Standard- unsicherheit

uc

Gesamtwirkung vieler Unsicherheitsanteile an der Streuung von Messwerten, z . B . durch Tempera-tur, Messeinrichtung, Prüfer und Messverfahren .

Erweiterte Mess- unsicherheit U

Die erweiterte Unsicherheit gibt den Bereich y – U bis y + U um das Messergebnis an, in dem der „wahre Wert“ einer Messgröße erwartet wird .

Berichtigtes Messergebnis y

Messwert, korrigiert um bekannte systematische Messabweichungen (K – Korrektion) .

y = x + K (y = x- + K )

Vollständiges Messergebnis Y

Das Messergebnis Y ist der wahre Wert für die Messgröße M. Es schließt die erweiterte Messun-sicherheit U ein .

Y = y ± U (Y = x- + K ± U )

* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden .

133333333

17

f w

fu

steigendeAnzeige

fallendeAnzeige

hinein-gehenderMessbolzen

heraus-gehenderMessbolzen

0 10

20

30

405060

70

80

0 10

20

30

405060

70

80

90 90

Endmaß oderWerkstück

0 10

20

30405060

70

0 10

20

30405060

70

80 80

9090

0 10

20

30

405060

70

80

90

unterer Anschlag Anhub

An

zeig

e-b

erei

ch

Mes

s-sp

ann

e

Freihub

Abweichungsspanne fe Messwertumkehr-spanne fu

0 1 2 3 4 5 6 7 8 10

– 20

–15

–10

– 5

0

5

10

15

20

mm

obere Fehlergrenze Go

Abweichungs-spanne fges

Teilmess-spanne f t

untere Fehlergrenze Gu

max. Mess-abweichung

richtiger Wert x r(Länge von Endmaßen)

Mes

sab

wei

chu

ng

herausgehender Messbolzenhineingehender Messbolzen

f w

fu

steigendeAnzeige

fallendeAnzeige



0 10

20

30

405060

70

80

0 10

20

30

405060

70

80

90 90


0 10

20

30405060

70

0 10

20

30405060

70

80 80

9090

0 10

20

30

405060

70

80

90


An

zeig

e-b

erei

ch

Mes

s-sp

ann

e

Freihub


0 1 2 3 4 5 6 7 8 10

– 20

–15

–10

– 5

0

5

10

15

20

mm



Teilmess-spanne f t




Mes

sab

wei

chu

ng


f w

fu

steigendeAnzeige

fallendeAnzeige



0 10

20

30

405060

70

80

0 10

20

30

405060

70

80

90 90


0 10

20

30405060

70

0 10

20

30405060

70

80 80

9090

0 10

20

30

405060

70

80

90


An

zeig

e-b

erei

ch

Mes

s-sp

ann

e

Freihub


0 1 2 3 4 5 6 7 8 10

– 20

–15

–10

– 5

0

5

10

15

20

mm



Teilmess-spanne f t




Mes

sab

wei

chu

ng



Tabelle 1: Messtechnische Begriffe

Begriff Kurz- zeichen

Definition, Erklärung Beispiel

Wiederhol- präzision*

Wiederhol- grenze* (Wiederhol-barkeit)

fw

r

Wiederholpräzision ist die Fähigkeit eines Messgerätes, bei meist 5 Mes-sun gen derselben Messgröße in glei-cher Messrichtung unter denselben Messbedingungen nahe beieinander liegende Anzeigen zu erreichen . Je klei-ner die Streuung ist, umso „prä ziser“ arbeitet das Messverfahren .Die Wiederholgrenze ist der Differenz-betrag für zwei einzelne Messwerte bei einer Wahrscheinlichkeit von 95 % .

Messwert- umkehr- spanne*

fu Die Messwertumkehrspanne eines Mess gerätes ist der Unterschied der Anzeige für dieselbe Messgröße, wenn einmal bei steigender Anzeige (bei hi neingehendem Messbolzen) und ein-mal bei fallender Anzeige (bei heraus-gehendem Messbolzen) gemessen wird .Die Messwertumkehrspanne kann durch einzelne Messungen bei belie-bigen Werten innerhalb des Messbe-reiches bestimmt oder aus dem Abwei-chungsdiagramm entnommen werden .

Abwei-chungs- spanne*

Gesamtab-weichungs-spanne

fe

fges

Die Abweichungsspanne fe ist die Dif ferenz zwischen der größten und kleins ten Messabweichung im gesam-ten Messbereich . Sie wird bei Mess-uhren und Feinzeigern bei hineinge-hendem Messbolzen ermittelt .Die Gesamtabweichungsspanne fges von Messuhren wird durch Messungen im ganzen Messbereich mit hi nein- und herausgehendem Messbolzen ermittelt .

Fehler- grenze*

G Fehlergrenzen sind vereinbarte oder vom Hersteller angegebene Abwei-chungsgrenzbeträge für Messabwei-chungen eines Messgerätes . Werden diese Beträge überschritten, sind die Abweichungen Fehler . Wenn die obere und untere Grenzabweichung gleich groß sind, gilt der angegebene Wert für jeden der beiden Grenzabwei-chungen, z . B . Go = Gu = 20 µm

Mess- bereich*

Meb Der Messbereich ist der Bereich von Messwerten, in dem die Fehlergrenzen des Messgerätes nicht überschritten werden .

Mess- spanne

Mes Die Messspanne ist die Differenz zwi-schen Endwert und Anfangswert des Messbereiches .

Anzeige- bereich

Az Der Anzeigebereich ist der Bereich zwi-schen der größten und der kleins ten Anzeige .

* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden .

18 Grundlagen der Messtechnik

20°C

Maßverkörperung aus Stahl 24°C

Werkstück aus Stahl 24°C


Werkstück aus Aluminium 24°C


Werkstück aus Aluminium 24°C

Messbeispiele:

–10 –5 0 +5 +10Längenänderung

f = 4,9

f = 0

Mess-abweichung

f = 10,8

Länge ö1= 100 mm bei Bezugstemperatur

a)

b)

c)

Längenänderung

ö1 Ausgangslänge bei 20°Caä LängenausdehnungskoeffizientDt Temperaturänderung

Dö = ö1 . aä . Dt

Bild 1: Messabweichungen durch die Temperatur

0Messkraft F

1 N 30

2

5

10zul. Messkraftvon Feinzeigern

Au

fbie

gu

ng

Mess-stativ

Messvorgangam Werkstück

Position des Feinzeigers:Höhe: 200 mmAusladung: 100 mmSäule: ø22 mmQuerstange: ø16 mm

Einstel-lungmit End-maßen

Messkraft F

Bild 2: Messabweichungen durch elastische Form-änderung am Messstativ durch die Messkraft

Blickrichtungen: richtig falsch

f

Bild 3: Messabweichung durch Parallaxe

Ursachen von Messabweichungen (Tabelle 1, folgende Seite)

Die Abweichung von der Bezugstemperatur 20 °C bewirkt immer dann Messabweichungen, wenn die Werkstücke und die zur Kontrolle eingesetzten Messgeräte und Lehren nicht aus dem gleichen Material sind und nicht dieselbe Temperatur ha-ben (Bild 1).

Bereits bei der Erwärmung eines 100 mm langen Endmaßes aus Stahl um 4 °C, z . B . durch die Hand-wärme, tritt eine Längenänderung von 4,6 µm auf .

Bei der Bezugstemperatur von 20 °C sollen Werkstücke, Messgeräte und Lehren innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen liegen .

Formänderungen durch die Messkraft treten an elastischen Werkstücken, Messgeräten und Mess-stativen auf .

Die elastische Aufbiegung eines Messstativs bleibt ohne Wirkung auf den Messwert, wenn beim Mes-sen mit gleicher Messkraft wie bei der Nullstellung mit Endmaßen gemessen wird (Bild 2).

Die Verringerung von Messabweichungen wird erreicht, wenn die Anzeige eines Messgerätes unter gleichen Bedingungen eingestellt wird, unter denen Werkstücke gemessen werden .

Messabweichungen durch Parallaxe entstehen, wenn unter schrägem Blickwinkel abgelesen wird (Bild 3).

Arten von Abweichungen

Systematische Messabweichungen werden durch konstante Abweichungen verursacht: Temperatur, Messkraft, Radius des Messtasters oder ungenaue Skalen .

Zufällige Messabweichungen können hinsichtlich Größe und Richtung nicht erfasst werden . Ursa-chen können z . B . unbekannte Schwankungen der Messkraft und der Temperatur sein .

Systematische Messabweichungen machen den Messwert unrichtig . Wenn Größe und Vor-zeichen (+ oder –) der Abweichungen bekannt sind, können sie ausgeglichen werden .

Zufällige Messabweichungen machen den Messwert unsicher . Unbekannte zufällige Ab-weichungen sind nicht ausgleichbar .

1.2.2 Messabweichungen

19

20 °C

40 °C

f

0.10

0.2

0.1

0.2

0.3 0.30.4

ff

f f

F F

Abweichung von derBezugstemperatur

zu großer Messwert durch zu hohe Werkstücktemperatur

zu kleiner Messwert durch den Einfluss der Messkraft

Formänderung durchgleichbleibend hoheMesskraft

Messwertunterschiede bei Maßstäben

kleinere Messwerte bei Außenmessungen,größere bei Innenmessungen

Messabweichungen durch Abnutzung der Messflächen

Gewindesteigung

Einfluss von Steigungsabweichungen auf die Messwerte

Kleine Abweichun-gen der Überset-zung bewirken,dass je nach derPosition desMessbolzens dieAnzeige messbarabweicht.

ungleichmäßige Übertragung der Messbolzenbewegung

GratSpäneSchmutzFett

Unsicherheiten durch unsaubere Flächen u. Formabweichungen

Formänderung durchMesskraftschwankungbei ungleichmäßigem„Andrehen” derMessspindel

Streuung der Messwerte durch Messkraftschwankung

f

f

F

Kippfehler

„Kippfehler” in Abhängigkeit von Messkraft und Führungsspiel

unsicheres Ansetzen des Messschiebers bei Innenmessungen

Parallaxe

Ablesefehler durch schrägen Blickwinkel (Parallaxe)


Tabelle 1: Ursachen und Arten von Messabweichungen

Systematische Messabweichungen Zufällige Messabweichungen

20 Grundlagen der Messtechnik

0 0

Fehlergrenze

Fehlergrenze GAbweichungsdiagramm

0 2,5 5,1 7,7 10,3 12,9 17,6 mm 2515M

ess-

abw

eich

un

g A

srichtiger Wert x r (Endmaße)

–4–3–2–1

012

4

AbweichungAs

KorrektionK

richtigerWert xr

7,700 mm10,300 mm15,000 mm17,600 mm

angezeigter Wert xa15,002

richtiger Wert x r

15

Bild 1: Systematische Abweichungen einer Bügelmessschraube

010

90

40

60 30

7020

80

50

010

90

40

60 30

7020

80

50

0,12

ö 0 M

Werk-stück

MessenNullein-stellung

End-maß

Bild 2: Nulleinstellung der Anzeige und Unterschieds- messung

+3 +5+4 +4+5 +6+4 +3

+2+4

A. Nulleinstellung des Feinzeigers auf den Drehteildurchmesser mit Nennmaß 30,0 mm mit einem Endmaß.

B. 10 Wiederholmessungen Spannweite der angezeigten Werte R = xa max – xa min

Mittelwert der 10 Anzeigewerte

C. Messergebnis Mittelwert des Durchmessers x = 30,0 mm + 0,004 mm x = 30,004 mm

xa= = + 4+40 m10

Anzeigewerte in

Bild 3: Zufällige Abweichungen eines Feinzeigers bei Messungen unter Wiederholbedingungen

Systematische Abweichungen können durch eine Vergleichsmessung mit genauen Messgeräten oder Endmaßen festgestellt werden .

Am Beispiel der Prüfung einer Messschraube wird die Anzeige mit einem Endmaß verglichen (Bild 1). Der Nennwert der Endmaße (Aufschrift) kann als der richtige Wert angesehen werden . Die systematische Abweichung As eines einzelnen Messwertes ergibt sich aus der Differenz von an-gezeigtem Wert xa und richtigem Wert xr .

Prüft man die Messabweichungen einer Bügel-messschraube im Messbereich von 0 mm bis 25 mm, erhält man das Diagramm der Messabwei-chungen (Bild 1). Bei Messschrauben erfolgt die Vergleichsmessung mit festgelegten Endmaßen bei verschiedenen Drehwinkeln der Messspindel .

Fehlergrenzen und Toleranzen

• Die Fehlergrenze G darf an keiner Stelle des Messbereiches überschritten werden .

• Der Normalfall in der Messtechnik sind symme-trische Fehlergrenzen . Die Fehlergrenzen enthal-ten die Abweichungen des Messelements, z . B . Ebenheitsabweichungen .

• Die Einhaltung der Fehlergrenze G kann mit Pa-rallel endmaßen der Toleranzklasse 1 nach DIN EN ISO 3650 geprüft werden .

Die Verringerung systematischer Messabwei-chungen erreicht man durch eine Nulleinstellung der Anzeige (Bild 2). Die Nulleinstellung erfolgt mit Endmaßen, die dem Prüfmaß am Werkstück entsprechen . Die zufällige Streuung kann durch Messungen unter Wiederholbedingungen ermit-telt werden (Bild 3):

Systematische Messabweichungen werden durch eine Vergleichsmessung festgestellt .Zufällige Abweichungen können durch Wieder-holmessungen ermittelt werden .

Arbeitsregeln für Messungen unter Wiederholbedingungen

• Die wiederholten Messungen derselben Mess größe am selben Werkstück sollen auf-einanderfolgend durchgeführt werden .

• Messeinrichtung, Messverfahren, Prüfperson und die Um gebungsbedingungen dürfen sich während der Wiederhol messung nicht än-dern .

• Wenn Rundheitsabweichungen die Mess-streuung nicht beeinflussen sollen, muss stets an derselben Stelle gemessen werden .

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