EUROPA-FACHBUCHREIHE Jürgen Burmester Ludwig Reißler … · 2019. 1. 16. · Fachkunde Metall 58., neu bearbeitete Auflage Jürgen Burmester Ludwig Reißler Josef Dillinger Andreas

Fachkunde Metall

58., neu bearbeitete Auflage

Jürgen Burmester Ludwig ReißlerJosef Dillinger Andreas StephanWalter Escherich Reinhard VetterDr. Eckhard Ignatowitz Falko WienekeStefan Oesterle

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

Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 10129

EUROPA-FACHBUCHREIHEfür metalltechnische Berufe

Autoren:

Burmester, Jürgen Dipl.-Ing. SoestDillinger, Josef Studiendirektor MünchenEscherich, Walter Studiendirektor MünchenIgnatowitz, Dr. Eckhard Dr.-Ing. WaldbronnOesterle, Stefan Dipl.-Ing. AmtzellReißler, Ludwig Studiendirektor MünchenStephan, Andreas Dipl.-Ing. (FH) MarktoberdorfVetter, 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 680)Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlages Europa-Lehrmittel, Ostfi ldernEnglische Übersetzung: OStRin Christina Murphy, Wolfratshausen

58. Aufl age 2017, korrigierter Nachdruck 2018

Druck 6 5 4 3

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

ISBN 978-3-8085-1290-6

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

© 2017 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.de

Satz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 ErftstadtUmschlag: Grafi sche Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar Umschlagfotos: Sauter Feinmechanik GmbH, 72555 Metzingen, und TESA/Brown & Sharpe, CH-RenensDruck: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn

3

1 Prüftechnik

2 Qualitäts -

management

12 … 92

3 Fertigungstechnik

93 … 273

5 Werkstofftechnik

331 … 411

9 Automatisierungs-

technik

10 Technische Projekte

546 … 652

4 Automatisierung der

Fertigung

274 … 330

6 Maschinentechnik

7 Elektrotechnik

8 Montage,

Inbetriebnahme,

Instandhaltung

412 … 545

Vorwort

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

Zielgruppen

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

Inhalt

Der 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 Lernfeldern

Die lernfeldorientierten Rahmenlehrpläne erfordern handlungs-orientierte Unterrichtsformen, durch die der Lernende das erwor-bene Wissen in die betriebliche Praxis übertragen kann. Der Er-werb dieser Fähigkeit wird in dreizehn Lernfeldern durch je ein Leitprojekt mit einem Vorschlag für die Umsetzung angeboten.

Vorwort zur 58. Auflage

In der vorliegenden Auflage wurden folgende Inhalte neu aufge-nommen bzw. aktualisiert:• Längenprüfmittel: Koordinatenmessgeräte, Geometrische Produktspezifikation (GPS)• Fertigungstechnik: Drehwerkzeuge, Entgraten von Werkstücken, Selektives Schmelzen• Automatisierung der Fertigung: Industrie 4.0• Automatisierungstechnik: Alle Schaltpläne nach der Referenznorm DIN EN 81346-2• Technische Projekte: Erstellen von technischen Unterlagen und Dokumentationen,

Anleitungen, Technische Kommunikation, Office-Lösungen in der Dokumentation

Die Autoren und der Verlag sind allen Nutzern der „Fachkunde Metall“ für kritische Hinweise und Verbesserungsvorschläge an [email protected] dankbar.

Frühjahr 2017 Die Verfasser

4

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 Maßverkörperungen und

Formverkörperungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 Koordinatenmessgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431.4.1 Oberflächenprofile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1.4.2 Kenngrößen von Oberflächen . . . . . . . . . . . . . 441.4.3 Oberflächen-Prüfverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . 451.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . 471.5.1 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.5.2 Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.6 Geometrische Produktspezifikation . . . . . . 551.7 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 581.7.1 Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . 581.7.2 Prüfung von ebenen Flächen und Winkeln. . . 601.7.3 Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlauf-

prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.7.4 Gewindeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681.7.5 Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701.8 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Inhaltsverzeichnis

2 Qualitätsmanagement

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . 722.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . 732.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . 742.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . 752.6 Qualitätslenkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792.8 Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 862.10 Statistische Prozessregelung mit Qualitäts-

regelkarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . 902.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess:

Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . 912.13 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3 Fertigungstechnik

3.1 Arbeitssicherheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.2 Gliederung der Fertigungsverfahren . . . . . . . 963.3 Gießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.3.1 Formen und Modelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.3.2 Gießen in verlorene Formen . . . . . . . . . . . . . . 993.3.3 Gießen in Dauerformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.3.4 Gusswerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.3.5 Gussfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.4 Formgebung der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . 1043.4.1 Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.4.2 Spritzgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.4.3 Formpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083.4.4 Urformen von Schaumstoffen . . . . . . . . . . . . 1083.4.5 Weiterverarbeitung der Halbzeuge und

Fertigteile aus Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.5 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1113.5.1 Verhalten der Werkstoffe beim Umformen . . 1113.5.2 Umformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1113.5.3 Biegeumformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123.5.4 Zugdruckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1153.5.5 Druckumformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193.5.6 Maschinen zum Umformen . . . . . . . . . . . . . . . 1213.6 Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.6.1 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.6.2 Strahlschneiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1273.7 Handgeführte spanende Fertigung . . . . . . . . 1313.7.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1313.7.2 Fertigen mit handgeführten Werkzeugen . . . 132

3.8 Spanende Fertigung mit

Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1363.8.1 Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1363.8.2 Kühlschmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1403.8.3 Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1433.8.4 Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1443.8.5 Senken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1533.8.6 Reiben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543.8.7 Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1563.8.8 Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1803.8.9 Entgraten von Werkstücken . . . . . . . . . . . . . . . 1973.8.10 Schleifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2003.8.11 Räumen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2123.8.12 Feinbearbeitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2143.8.13 Funkenerosives Abtragen. . . . . . . . . . . . . . . . . 2203.8.14 Vorrichtungen und Spannelemente . . . . . . . . 2243.8.15 Fertigungsbeispiel Spannpratze . . . . . . . . . . . 231

3.9 Fügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2353.9.1 Fügeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2353.9.2 Press- und Schnappverbindungen . . . . . . . . . 2383.9.3 Kleben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2403.9.4 Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2423.9.5 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

3.10 Generative Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . 2613.10.1 Rapid Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2623.10.2 Selektives Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2643.11 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2663.12 Fertigungsbetrieb und Umweltschutz . . . . . 2703.13 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

5Inhaltsverzeichnis

4 Automatisierung der Fertigung

4.1 CNC-Steuerungen für Werkzeugmaschinen. 2754.1.1 Merkmale CNC-gesteuerter Maschinen . . . . . 2754.1.2 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte . . . . . . 2794.1.3 Steuerungsarten, Korrekturen . . . . . . . . . . . . . 2814.1.4 Erstellen von CNC-Programmen nach DIN. . . 2844.1.5 Zyklen und Unterprogramme. . . . . . . . . . . . . . 2894.1.6 Programmieren von CNC-Drehmaschinen. . . 2904.1.7 Programmieren von CNC-Fräsmaschinen . . . 2984.1.8 Programmierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3044.1.9 5-Achs-Bearbeitung nach PAL . . . . . . . . . . . . . 3064.2 Handhabungsroboter in der Fertigung . . . . . 3104.2.1 Handhabungssystemtechnik . . . . . . . . . . . . . . 3104.2.2 Einteilung der Handhabungssysteme . . . . . . . 3114.2.3 Kinematik und Bauarten von

Industrierobotern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3114.2.4 Funktionseinheiten von Industrierobotern . . . 3134.2.5 Programmierung von Industrierobotern. . . . . 3134.2.6 Koordinatensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3144.2.7 Bewegungsarten von Industrierobotern. . . . . 3154.2.8 Kommunikation von Industrierobotern

und Peripherie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3164.2.9 Sicherheit beim Einsatz von

Handhabungssystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

4.3 Automatisierte CNC-Werkzeugmaschinen . . 3184.3.1 Automatisierung eines CNC-Bearbeitungs-

zentrums. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3184.3.2 Automatisierung einer CNC-Drehmaschine . . 3204.4 Transportsysteme in automatisierten

Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3224.5 Überwachungseinrichtungen in

Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3234.6 Automatisierungsstufen von

Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3244.7 Beispiel einer automatisierten Fertigungs-

anlage für Getriebewellen . . . . . . . . . . . . . . . . 3254.8 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3264.9 Betriebswirtschaftliche Anforderungen

und Ziele der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3284.10 Vergleich der Flexibilität und Produktivität

von Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3294.11 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

5 Werkstofftechnik

5.1 Übersicht der Werk- und Hilfsstoffe . . . . . . . 3325.2 Auswahl und Eigenschaften der Werkstoffe 3345.3 Innerer Aufbau der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 3405.3.1 Innerer Aufbau und Eigenschaften der

Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3405.3.2 Kristallgittertypen der Metalle . . . . . . . . . . . . . 3415.3.3 Baufehler im Kristall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3425.3.4 Entstehung des Metallgefüges. . . . . . . . . . . . . 3425.3.5 Gefügearten und Werkstoffeigenschaften . . . 3435.3.6 Gefüge reiner Metalle und Legierungen. . . . . 3445.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . . . . . 3455.4.1 Gewinnung von Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . 3455.4.2 Herstellung von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3465.4.3 Das Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . . 3495.4.4 Einteilung der Stähle nach Zusammen-

setzung und Güteklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3525.4.5 Stahlsorten und ihre Verwendung . . . . . . . . . 3535.4.6 Handelsformen der Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . 3555.4.7 Legierungs- und Begleitelemente . . . . . . . . . . 3565.4.8 Erschmelzen der Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . 3575.4.9 Das Bezeichnungssystem für

Gusseisenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3585.4.10 Eisen-Gusswerkstoffarten. . . . . . . . . . . . . . . . . 3595.4.11 Kohlenstoffgehalt der Stähle und

Eisen-Gusswerkstoffe im Vergleich. . . . . . . . . 3615.5 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3625.5.1 Leichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3625.5.2 Schwermetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3645.6 Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.7 Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3695.8 Wärmebehandlung der Stähle . . . . . . . . . . . . 3715.8.1 Gefügearten der Eisenwerkstoffe . . . . . . . . . . 3715.8.2 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm. . . . . . . . . . . . . . 372

5.8.3 Gefüge und Kristallgitter bei Erwärmung. . . . 3735.8.4 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3745.8.5 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3755.8.6 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3795.8.7 Härten der Randzone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3805.8.8 Fertigungsbeispiel: Wärmebehandlung einer

Spannpratze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3835.9 Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3845.9.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . . . 3845.9.2 Chemische Zusammensetzung und

Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3855.9.3 Technologische Einteilung und innere

Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3865.9.4 Thermoplaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3875.9.5 Duroplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3895.9.6 Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3905.9.7 Kennwerte der Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . 3905.10 Verbundwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3925.11 Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3975.11.1 Prüfung der Verarbeitungseigenschaften. . . . 3975.11.2 Prüfung mechanischer Eigenschaften. . . . . . . 3985.11.3 Kerbschlagbiegeversuch. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4005.11.4 Härteprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4015.11.5 Dauerfestigkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4055.11.6 Bauteil-Betriebslasten-Prüfung . . . . . . . . . . . . 4065.11.7 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen. . . . . . . 4065.11.8 Metallografische Untersuchungen . . . . . . . . . 4075.11.9 Prüfung der Kunststoff-Kennwerte . . . . . . . . . 4085.12 Umweltproblematik der Werk- und

Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4095.13 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

6 Inhaltsverzeichnis

7 Elektrotechnik

7.1 Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . 4957.2 Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . . 4987.3 Stromarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5007.4 Elektrische Leistung und elektrische Arbeit . 5017.5 Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . . 5027.6 Fehler an elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . 503

7.7 Schutzmaßnahmen bei elektrischen

Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5047.8 Hinweise für den Umgang mit

Elektrogeräten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5067.9 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507

8 Montage, Inbetriebnahme, Instandhaltung

8.1 Montagetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5088.1.1 Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5088.1.2 Organisationsformen bei der Montage. . . . . . 5098.1.3 Automatisierung der Montage. . . . . . . . . . . . . 5098.1.4 Montagebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5108.2 Inbetriebnahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5168.2.1 Aufstellung von Maschinen oder Anlagen . . . 5178.2.2 Inbetriebnahme von Maschinen oder

Anlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5188.2.3 Abnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . 5208.3 Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5218.3.1 Tätigkeitsgebiete und Definition . . . . . . . . . . . 5218.3.2 Begriffe der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . 5228.3.3 Ziele der Instandhaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5238.3.4 Instandhaltungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

8.3.5 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5268.3.6 Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5298.3.7 Instandsetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5318.3.8 Verbesserungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5338.3.9 Auffinden von Störstellen und Fehlerquellen 5348.4 Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . 5358.4.1 Ursachen der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5358.4.2 Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild. . . 5378.4.3 Korrosionsschutz-Maßnahmen . . . . . . . . . . . . 5388.5 Schadensanalyse und Schadens-

vermeidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5418.6 Beanspruchung und Festigkeit der

Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5438.7 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

6 Maschinentechnik

6.1 Einteilung der Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 4136.2 Funktionseinheiten von Maschinen und

Geräten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4216.2.1 Innerer Aufbau von Maschinen . . . . . . . . . . . . 4216.2.2 Funktionseinheiten einer CNC-Werkzeug-

maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4236.2.3 Funktionseinheiten einer Klimaanlage . . . . . . 4256.2.4 Sicherheitseinrichtungen an Maschinen. . . . . 4266.3 Funktionseinheiten zum Verbinden. . . . . . . . 4286.3.1 Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4286.3.2 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 4306.3.3 Stiftverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4386.3.4 Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4406.3.5 Welle-Nabe-Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . 4426.4 Funktionseinheiten zum Stützen und Tragen. 4466.4.1 Reibung und Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 4466.4.2 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

6.4.3 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4586.4.4 Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4616.4.5 Federn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4636.5 Funktionseinheiten zur Energieübertragung 4656.5.1 Wellen und Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4656.5.2 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4676.5.3 Riementriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4726.5.4 Kettentriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4746.5.5 Zahnradtriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4766.6 Antriebseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4796.6.1 Elektromotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4796.6.2 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4866.6.3 Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4926.7 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

7Inhaltsverzeichnis

9 Automatisierungstechnik

9.1 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5479.1.1 Grundlagen der Steuerungstechnik . . . . . . . . 5479.1.2 Grundlagen der Regelungstechnik . . . . . . . . . 5499.2 Grundlagen und Grundelemente von

Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5539.2.1 Arbeitsweise von Steuerungen . . . . . . . . . . . . 5539.2.2 Steuerungskomponenten. . . . . . . . . . . . . . . . . 5549.3 Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 5599.3.1 Baugruppen pneumatischer Anlagen . . . . . . . 5599.3.2 Bauelemente der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . 5609.3.3 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen . . . 5699.3.4 Systematischer Schaltplanentwurf . . . . . . . . . 5709.3.5 Beispiele pneumatischer Steuerungen . . . . . . 5749.3.6 Vakuumtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5779.4 Elektropneumatische Steuerungen . . . . . . . . 5799.4.1 Bauelemente elektrischer Kontakt-

steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5799.4.2 Signalelemente – Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . 582

9.4.3 Verdrahtung mit Klemmleiste . . . . . . . . . . . . . 5879.4.4 Beispiele für elektropneumatische

Steuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5889.4.5 Ventilinseln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5939.5 Hydraulische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . 5949.5.1 Energieversorgung und Druckmittel-

aufbereitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5959.5.2 Arbeitselemente und Hydrospeicher. . . . . . . . 5979.5.3 Hydraulikventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6019.5.4 Proportionalhydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6059.5.5 Hydraulikleitungen und Zubehör. . . . . . . . . . . 6079.5.6 Beispiele hydraulischer Schaltungen . . . . . . . 6099.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen . . . 6129.6.1 Speicherprogrammierbare Steuerung als

Kleinsteuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6129.6.2 Speicherprogrammierbare Steuerung als

modulares Automatisierungssystem . . . . . . . 6159.7 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624

10 Technische Projekte

10.1 Grundlagen der Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . 62510.1.1 Arbeitsorganisation Linie und Projekt. . . . . . . 62510.1.2 Der Projektbegriff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62510.1.3 Technische Projektarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62610.2 Projektarbeit als vollständige Handlung

und planmäßige Problemlösung . . . . . . . . . . 62610.3 Projekte in Phasen erarbeiten am

Projektbeispiel Hebevorrichtung . . . . . . . . . . 62710.3.1 Die Initialisierungsphase. . . . . . . . . . . . . . . . . . 62710.3.2 Die Definitionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62810.3.3 Die Planungsphase mit Konzept-

entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

10.3.4 Die Durchführungsphase mit Projektrealisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636

10.3.5 Der Projektabschluss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63810.4 Veränderte Vorgehensmodelle bei der

Projektarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63910.5 Dokumentation und technische Unterlagen 64010.5.1 Erstellung von technischen Unterlagen und

Dokumentationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64010.5.2 Anleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64010.5.3 Technische Kommunikation. . . . . . . . . . . . . . . 64110.5.4 Office-Lösungen in der Dokumentation . . . . . 64710.6 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652

Informationen zum lernfeldorientierten Unterrichten

Lernfeld: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654Lernfeld: Fertigen von Bauelementen mit Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656Lernfeld: Herstellen einfacher Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658Lernfeld: Warten technischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660Lernfeld: Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662Lernfeld: Installieren und in Betrieb nehmen steuerungstechnischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664Lernfeld: Montieren von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666Lernfeld: Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668Lernfeld: Instandsetzen von technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670Lernfeld: Herstellen und in Betrieb nehmen von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672Lernfeld: Überwachen der Produkt- und Prozessqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674Lernfeld: Instandhalten von technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676Lernfeld: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678

Firmen- und Bildquellenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680

Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683

8

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654

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 . . . . . . . 656

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

9Lernfeldkompass



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 . . . . . 658

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 . . . . . . 660

1 Prüftechnik1.1 Größen und Einheiten8.3 Instandhaltung 8.4 Korrosion und Korrosionsschutz8.5 Schadensanalyse und Schadensvermeidung8.6 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


10 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 . . . . . . . . . . . 662

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 in Betrieb nehmen steuerungs-

technischer 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 Teilsystemen

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666

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

4.11 Werkstoffprüfung


Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeug-

maschinen

Bauelemente 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 . . . . . . . . . 668

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

11Lernfeldkompass


Instandsetzen von technischen Systemen

Instandsetzungsmaßnahmen planen.

Demontage von Teilsystemen.Analyse und Dokumentation von Fehlern.

Ersatz und Montage defekter Bauteile.

Projekt: Motorspindel einer CNC-Fräsmaschine . . . 670

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 von technischen

Teilsystemen

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672

3.7.10 Räumen 3.7.11 Feinbearbeitung3.8 Fügen

7.2 Inbetriebnahme


Überwachen der Produkt- und Prozessqualität

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.Maschinen und Prozessfähigkeitsuntersuchungen durchführen.

Projekt: Richtwaage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678

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

12

1 Prüftechnik

2 Qualitätsmanagement

1.1 Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2 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 Koordinatenmessgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3D-Messmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Kenngrößen; Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . . 44

1.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Passungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.6 Geometrische Produktspezifikation (GPS) . . . . 55

1.7 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . . . . 60 Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlaufprüfung . 63 Gewindeprüfung; Kegelprüfung. . . . . . . . . . . . . . 63

1.8 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000. . . . . . . . . . . 732.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . . . 742.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . . . 752.6 Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792.8 Maschinenfähigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 862.10 Statistische Prozessregelung

mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . . 902.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess:

Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . . . 912.13 Practise your English . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

13Größen und Einheiten

1 Prüftechnik

Länge (Weg) und ZeitLänge (Durchmesser)

ö (d )

t

m

Masse

ö (s )

Ü

Stromstärke u. Lichtstärke

Üv

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 Me-ter ist die Länge des Weges, den das Licht im luftleeren Raum in einer 299 729 458stel Sekunde 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 Teilender 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 Längeneinheiten

Metrisches 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 = F

A; p = 100 N

1 cm2 = 100 N

cm2 = 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 Messeinrichtungen, d. h. mit Messgeräten und Hilfsmitteln (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 Zahlenwert, sondern stellt nur fest, ob der Prüfgegenstand Gut oder Ausschuss ist.

Messeinrichtungen

Messeinrichtungen umfassen die jeweiligen Mess-

geräte und Hilfsmittel (zusätzlich erforderlichen Einrichtungen).

Alle anzeigende Messgeräte und Lehren bauen auf Maßverkörperungen auf. Sie verkörpern die Mess-größe z. B. durch den Abstand von Strichen (Strich-maß), durch den festen Abstand von Flächen (End-maß, Lehre) oder durch die Winkellage von Flä-chen (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, aber auch Messverstärker oder Messumformer.

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

60

Maßstab MessschieberGrenzlehren(Maßlehren)

ParallelendmaßMess-uhr

Radiuslehre(Formlehre)

Winkelendmaß WinkelmesserWinkel(Formlehre)

15°

Messgeräte

Maßverkörper-ungen (Normale) Lehren Anzeigende

Messgeräte

Hilfsmittel

Messeinrichtungen

Bild 1: Prüfarten und Prüfergebnis

Bild 2: Messeinrichtungen

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.

ZiffernschrittwertZw

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

Messergebnisxa

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)

KorrektionswertK

Ausgleich 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

Messergebnisy

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

steigendeAnzeige

fallendeAnzeige

hinein-gehenderMessbolzen

heraus-gehenderMessbolzen

Endmaß oderWerkstück

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


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

Messvorgang

am Werkstück

Mess-kraft F

Mess-stativ

Einstel-lungmit End-maßen

zul. Messkraftvon Feinzeigern

Messkraft F0 1 2 3N

10µm

10

0Auf

bie

gungHöhe: 200 mm

Ausladung: 100 mmSäule: ø22 mmQuerstange: ø16 mm

Position desFeinzeigers:

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 Abwei-chungen 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 2515Mes

s-ab

wei

chu

ng

As

richtiger 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 xa

richtiger Wert x r

15

Bild 1: Systematische Abweichungen einerBügelmessschraube

0,12

ö 0 M

Werk-stück

MessenNullein-stellung

W

0,12

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 beiMessungen 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 aufeinan-derfolgend durchgeführt werden.

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

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

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EUROPA-FACHBUCHREIHE Jürgen Burmester Ludwig Reißler … · 2019. 1. 16. · Fachkunde Metall 58., neu bearbeitete Auflage Jürgen Burmester Ludwig Reißler Josef Dillinger Andreas