Download pdf - Fachkunde Metall - fs-fachbuch.at · Einführung 3 Vorwort Die Fachkunde Metall dient der Ausbildung und der Weiterbildung in den Maschinenbauberufen. Zielgruppen • Industrie- und

Fachkunde Metall

56., neu bearbeitete Auflage

Josef Dillinger Stefan OesterleWalter Escherich Ludwig ReißlerWerner Günter Andreas StephanMax Heinzler Reinhard VetterDr. Eckhard Ignatowitz

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

Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 10129

EUROPA-FACHBUCHREIHEfür metalltechnische Berufe

001-006 Titelei 25.03.2010 9:18 Uhr Seite 1

2 Autoren und Herausgeber

Autoren:

Dillinger, Josef Studiendirektor MünchenEscherich, Walter Studiendirektor MünchenGünter, Werner Dipl.-Ing. (FH) OberwolfachHeinzler, Max Dipl.-Ing. (FH) Wangen im AllgäuIgnatowitz, Dr. Eckhard Dr.-Ing. WaldbronnOesterle, Stefan Dipl.-Ing. AmtzellReißler, Ludwig Studiendirektor MünchenStephan, Andreas Dipl.-Ing. (FH) KressbronnVetter, Reinhard Studiendirektor Ottobeuren

Die Autoren sind Fachlehrer der technischen Ausbildung und Ingenieure.

Lektorat: Josef DillingerBildentwürfe: Die AutorenFotos: Leihgaben der Firmen (Verzeichnis Seite 600)Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlages Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen Rechtschreibregeln erstellt.

56. Auflage 2010

Druck 6 5 4 3Alle Drucke derselben Auflage sind im Unterricht nebeneinander einsetzbar, da sie bis auf korrigierte Druckfehlerund kleine Änderungen, z.B. aufgrund neuer Normen, identisch sind.

ISBN 978-3-8085-1156-5

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

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

© 2010 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


3Einführung

Vorwort

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

Zielgruppen

• Industrie- und Werkzeugmechaniker• Fertigungsmechaniker• Zerspanungsmechaniker• Technische Zeichner• Meister und Techniker• Praktiker in Industrie und Handwerk• Praktikanten und Studierende

Inhalt

Der Inhalt des Buches ist in acht Hauptkapitel ge-gliedert. Er ist auf die Bildungspläne und Ausbil-dungsordnungen der oben genannten Berufs-gruppen abgestimmt und der Entwicklung imTechnischen Bereich und den KMK-Lehrplänenangepasst.

Das Sachwortverzeichnis enthält die technischenFachbegriffe auch in englischer Sprache.

Unterricht nach Lernfeldern

Die lernfeldorientierten Rahmenlehrpläne er-fordern handlungsorientierte Unterrichtsfor-men, durch die der Lernende das erworbeneWissen in die betriebliche Praxis übertragenkann. Der Erwerb dieser Fähigkeit wird in achtLernfeldern durch je ein Leitprojekt mit einemVorschlag für die Umsetzung angeboten. Fürweitere fünf Lernfelder wird eine inhaltlicheKurzfassung geliefert.

Vorwort zur 56. Auflage

In der vorliegenden Ausgabe wurden folgendeKapitel neu strukturiert, aktualisiert und erweitert:• Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe • Schweißen• Automatisierungstechnik (GRAFCET; Elektro-

pneumatik; Sensorik; SpeicherprogrammierbareSteuerungen und Informationstechnik).

• CNC-Bearbeitung (Programmierung nach PAL)

Die Autoren und der Verlag sind auch weiterhin allen Nutzern der „Fachkunde Metall“ für kritischeHinweise und Verbesserungsvorschläge dankbar.

Sommer 2010 Die Verfasser

1 Längenprüftechnik

2 Qualitätsmanagement

7 ... 80

3 Fertigungstechnik

81 ... 236

4 Werkstofftechnik

237 ... 328

5 Maschinen- undGerätetechnik

329 ... 458

6 Automatisierungstechnik

459 ... 552

7 Informationstechnik

8 Elektrotechnik

553 ... 580


4 Inhaltsverzeichnis

1.1 Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2 Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . 101.2.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2.2 Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.3 Messmittelfähigkeit,

Prüfmittelüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3 Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.1 Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . 181.3.2 Mechanische und elektronische

Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.3.3 Pneumatische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . 291.3.4 Elektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . 311.3.5 Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . 321.3.6 Multisensortechnik in

Koordinatenmessgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361.4.1 Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361.4.2 Kenngrößen von Oberflächen . . . . . . . . . . . . 371.4.3 Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . 401.5.1 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401.5.2 Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.6 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481.6.1 Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . 481.6.2 Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . 501.6.3 Rundform-, Koaxialitäts- und

Rundlaufprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531.6.4 Gewindeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581.6.5 Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60


3.1 Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.2 Gliederung der Fertigungsverfahren . . . . . . . 84

3.3 Gießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.3.1 Formen und Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.3.2 Gießen in verlorene Formen . . . . . . . . . . . . . . 873.3.3 Gießen in Dauerformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.3.4 Gusswerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.3.5 Gussfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.4 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.4.1 Verhalten der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.4.2 Umformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.4.3 Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.4.4 Zugdruckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963.4.5 Druckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.4.6 Maschinen zum Umformen . . . . . . . . . . . . . . 1023.5 Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.5.1 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.5.2 Strahlschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.6 Spanende Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123.6.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123.6.2 Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1203.6.3 Bohren, Senken, Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.6.4 Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343.6.5 Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543.6.6 Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1713.6.7 Feinbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1833.6.8 Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1893.6.9 Vorrichtungen und Spannelemente . . . . . . . . 1933.6.10 Fertigungsbeispiel „Spannpratze“ . . . . . . . . . 2003.7 Fügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2043.7.1 Übersicht über die Fügeverfahren . . . . . . . . . 2043.7.2 Press- und Schnappverbindungen . . . . . . . . . 2073.7.3 Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2093.7.4 Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2113.7.5 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2173.8 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2303.9 Fertigungsbetrieb und Umweltschutz . . . . . 234

3 Fertigungstechnik

4.1 Übersicht der Werk- und Hilfsstoffe . . . . . . . 2384.2 Auswahl und Eigenschaften

der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2404.3 Innerer Aufbau der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 2464.3.1 Innerer Aufbau und Eigenschaften . . . . . . . . 2464.3.2 Kristallgittertypen der Metalle . . . . . . . . . . . . 2474.3.3 Baufehler im Kristall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2484.3.4 Entstehung des Metallgefüges . . . . . . . . . . . . 248

4.3.5 Gefügearten und Werkstoffeigenschaften . . . 2494.3.6 Gefüge reiner Metalle und Legierungen . . . . 250

4.4 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . . . . . 2514.4.1 Gewinnung von Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . 2514.4.2 Herstellung von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2524.4.3 Das Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . 2554.4.4 Einteilung der Stähle nach Zusammen-

setzung und Güteklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

4 Werkstofftechnik

7

81

237

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . 622.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . 632.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . 642.6 Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.7.1 Prüfplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.7.2 Wahrscheinlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.7.3 Die Normalverteilung von Merkmalswerten . 692.7.4 Mischverteilung von Merkmalswerten . . . . . 69

2.7.5 Kennwerte der Normalverteilung von Stichproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.7.6 Qualitätsprüfung nach dem Stichprobenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2.8 Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752.10 Statistische Prozessregelung

mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . 762.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . 792.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess:

Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . 80

2 Qualitätsmanagement 61


5Inhaltsverzeichnis

4.4.5 Stahlsorten und ihre Verwendung . . . . . . . . . 2594.4.6 Handelsformen der Stähle . . . . . . . . . . . . . . . 2614.4.7 Legierungs- und Begleitelemente . . . . . . . . . 2624.4.8 Erschmelzen der Eisen-Gusswerkstoffe . . . . 2634.4.9 Das Bezeichnungssystem für

Gusseisenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2644.4.10 Eisen-Gusswerkstoffarten . . . . . . . . . . . . . . . . 265

4.5 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2684.5.1 Leichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2684.5.2 Schwermetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

4.6 Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

4.7 Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

4.8 Wärmebehandlung der Stähle . . . . . . . . . . . . 2774.8.1 Gefügearten der Eisenwerkstoffe . . . . . . . . . . 2774.8.2 Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm . . . . . 2784.8.3 Gefüge und Kristallgitter bei Erwärmung . . . . 2794.8.4 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2804.8.5 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2814.8.6 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2854.8.7 Härten der Randzone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2864.8.8 Fertigungsbeispiel: Spannpratze . . . . . . . . . . 289

4.9 Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2904.9.1 Prüfung der Verarbeitungseigenschaften . . . . 2904.9.2 Prüfung mechanischer Eigenschaften . . . . . . 2914.9.3 Kerbschlagbiegeversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . 2934.9.4 Härteprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

4.9.5 Dauerfestigkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2984.9.6 Bauteil-Betriebslasten-Prüfung . . . . . . . . . . . . 2994.9.7 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen . . . . . . 2994.9.8 Metallografische Untersuchungen . . . . . . . . . 300

4.10 Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . 3014.10.1 Ursachen der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3014.10.2 Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild . . 3034.10.3 Korrosionsschutz-Maßnahmen . . . . . . . . . . . 304

4.11 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3074.11.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . . . 3074.11.2 Chemische Zusammensetzung und

Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3084.11.3 Technologische Einteilung und

innere Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3094.11.4 Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3104.11.5 Duroplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3124.11.6 Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3134.11.7 Prüfung der Kunststoff-Kennwerte . . . . . . . . 3144.11.8 Wichtige Kunststoffe und ihre Kennwerte . . 3154.11.9 Formgebung der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . 3164.11.10Weiterverarbeitung der Halbzeuge und

Fertigteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

4.12 Verbundwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

4.13 Umweltproblematik der Werkstoffe und

Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

5.1 Einteilung der Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 3305.1.1 Kraftmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3305.1.2 Arbeitsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3345.1.3 Datenverarbeitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . 3375.1.4 Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

5.2 Handhabung in der Fertigung und Montage 3395.2.1 Handhabungssystemtechnik . . . . . . . . . . . . . . 3395.2.2 Flexible Fertigungseinrichtungen . . . . . . . . . . 347

5.3 Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3535.3.1 Aufstellen von Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . 3545.3.2 Inbetriebnahme von Maschinen

oder Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3555.3.3 Abnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . 356

5.4 Funktionseinheiten von Maschinen

und Geräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3585.4.1 Innerer Aufbau von Maschinen . . . . . . . . . . . 3585.4.2 Funktionseinheiten einer

CNC-Werkzeugmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 3605.4.3 Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeugs . . . . 3625.4.4 Funktionseinheiten einer Klimaanlage . . . . . 3635.4.5 Sicherheitseinrichtungen an Maschinen . . . . 364

5.5 Funktionseinheiten zum Verbinden . . . . . . . . 3665.5.1 Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3665.5.2 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3685.5.3 Stiftverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3765.5.4 Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3785.5.5 Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 380

5.6 Funktionseinheiten

zum Stützen und Tragen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3845.6.1 Reibung und Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . 3845.6.2 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3875.6.3 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

5.6.4 Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3995.6.5 Federn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

5.7 Funktionseinheiten

zur Energieübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . 4035.7.1 Wellen und Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4035.7.2 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4055.7.3 Riementriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4105.7.4 Kettentriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4125.7.5 Zahnradtriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

5.8 Antriebseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4175.8.1 Elektromotore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4175.8.2 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4245.8.3 Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430

5.9 Montagetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4325.9.1 Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4325.9.2 Organisationsformen bei der Montage . . . . . 4335.9.3 Automatisierung der Montage . . . . . . . . . . . . 4335.9.4 Montagebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

5.10 Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4405.10.1 Tätigkeitsgebiete und Definitionen . . . . . . . . 4405.10.2 Begriffe der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . 4415.10.3 Ziele der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . 4425.10.4 Instandhaltungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . 4425.10.5 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4455.10.6 Die Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4485.10.7 Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4505.10.8 Verbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4525.10.9 Auffinden von Störstellen

und Fehlerquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453

5.11 Schadensanalyse

und Schadensvermeidung . . . . . . . . . . . . . . . 454

5.12 Beanspruchung auf Festigkeit . . . . . . . . . . . . 456

5 Maschinen- und Gerätetechnik 329


6 Inhaltsverzeichnis

6.1 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4596.1.1 Grundlagen der Steuerungstechnik . . . . . . . 4596.1.2 Grundlagen der Regelungstechnik . . . . . . . . 461

6.2 Grundlagen für die Lösung von

Steuerungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4656.2.1 Arbeitsweise von Steuerungen . . . . . . . . . . . 4656.2.2 Steuerungskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . 4666.2.3 GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

6.3 Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . 4796.3.1 Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4796.3.2 Bauelemente der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . 4806.3.3 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen . . 4886.3.4 Beispiele pneumatischer Steuerungen . . . . 4896.3.5 Elektropneumatische Steuerungen . . . . . . . 491

6.4 Hydraulische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 4966.4.1 Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4966.4.2 Elektrohydraulische Steuerungen . . . . . . . . . 504

6.5 Elektrische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . 507

6.5.1 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5076.5.2 Elektrische Schaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . 5076.5.3 Elektrische Kontaktsteuerungen . . . . . . . . . . 509

6.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen . . 5116.6.1 Speicherprogrammierbare Steuerung als

Kleinsteuerung (Logikmodul) . . . . . . . . . . . . 5116.6.2 Speicherprogrammierbare Steuerung als

modulares Automatisierungssystem . . . . . . 514

6.7 CNC-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5236.7.1 Merkmale numerisch gesteuerter

Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5236.7.2 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte . . . . . 5276.7.3 Steuerungsarten, Korrekturen . . . . . . . . . . . . 5296.7.4 Erstellen von CNC-Programmen . . . . . . . . . . 5326.7.5 Zyklen und Unterprogramme . . . . . . . . . . . . 5376.7.6 Programmieren von NC-Drehmaschinen . . . 5386.7.7 Programmieren von NC-Fräsmaschinen . . . 5466.7.8 Programmierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

6 Automatisierungstechnik

7.1 Technische Kommunikation . . . . . . . . . . . . . 5547.1.1 Normen und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . 5547.1.2 Technische Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . 5557.1.3 Darstellung technischer

Zusammenhänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5567.1.4 Pläne und Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

7.2 Grundlagen der Computertechnik . . . . . . . . 5587.2.1 Arbeitsweise von Computern . . . . . . . . . . . . 5587.2.2 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559

7.2.3 Informationsdarstellung im Rechner . . . . . . 5617.2.4 Peripheriegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5627.2.5 Starten des Computers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5637.2.6 Das Betriebssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5647.2.7 Computerviren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5647.2.8 Anwendersoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5657.2.9 Wirtschaftliche und soziale

Auswirkungen der Computertechnik . . . . . . 5677.2.10 Arbeitsschutz am Computer . . . . . . . . . . . . . 5687.2.11 Datenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568

7 Informationstechnik

458

554

8.1 Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . 569

8.2 Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . 572

8.3 Stromarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574

8.4 Elektrische Leistung und Arbeit . . . . . . . . . . 575

8.5 Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . 576

8.6 Fehler an elektrischen Anlagen und

Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577

8 Elektrotechnik 569

Lernfelder 581

Informationen zum lernfeldorientierten Unterricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581Lernfeld 1: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582Lernfeld 2: Fertigen von Baulementen mit Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584Lernfeld 3: Herstellen von einfachen Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586Lernfeld 4: Warten technischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588Lernfeld 7: Montieren von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590Lernfeld 8: Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592Lernfeld 10: Herstellen und Inbetriebnahme von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594Lernfeld 11: Überwachen der Produkt- und Prozessqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596Lernfeld 5: Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598Lernfeld 6: Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . 598Lernfeld 9: Instandsetzen von technischen Systemen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598Lernfeld 12: Instandhalten von technischen Systemen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599Lernfeld 13: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599

Firmenverzeichnis 600

Sachwortverzeichnis 603


7Längenprüftechnik

1.4 Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Kenngrößen; Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . 37

1.5 Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . 40Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

RundlaufC

0,1 B-C

B

1.6 Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . . . 50Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlaufprüfung 53Gewindeprüfung; Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . 58

OWG

UWG

OEG

UEG

8 106Stichproben-Nr.:

95 %

99 %

Normalverteilung

4

Mit

telw

erte

x

2.1 Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.2 Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . . . 622.3 Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.4 Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . . 632.5 Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . . 642.6 Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.7 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.8 Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.9 Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752.10 Statistische Prozessregelung

mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762.11 Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . 792.12 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess:

Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . . . 80

Prüfen

subjektives Prüfen objektives Prüfen

Sinneswahrnehmung Lehren Messen

MesswertGut/AusschussErgebnis:

1.1 Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2 Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . 10

Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung . 16

1.3 Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . . 18Mechanische und elektrische Messgeräte . . . . 21Pneumatische, elektronische Messgeräte . . . . 29Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . 32Multisensortechnik in Koordinatenmessmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . 34


2 Qualitätsmanagement

007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 7


1.1 Größen und Einheiten

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

Im internationalen Einheitensystem SI (System In-ternational) sind Basisgrößen und Basiseinheitenfestgelegt (Tabelle 1).

Zur Vermeidung von sehr großen oder kleinenZahlen werden dezimale Vielfache oder dezimaleTeile den Namen der Einheiten vorangestellt, z.B.Millimeter (Tabelle 2).

Länge

Die Basiseinheit der Länge ist das Meter. EinMeter ist die Länge des Weges, den das Lichtim luftleeren Raum in einer 299 729 458stelSekunde durchläuft.

In Verbindung mit der Einheit Meter sind einigeVorsätze gebräuchlich, die zweckmäßige Angabenvon großen Entfernungen oder von kleinen Län-gen ermöglichen (Tabelle 3).

Neben dem metrischen System wird in einigenLändern 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 einemKreis mit dem Radius 1 m einen Bogen von 1 mLänge schneidet (Bild 2). Ein Radiant entsprichteinem Winkel von 57,295 779 51°.


Vollkreis

1°

Grad Radiant

1 m

1rad

1m

1° = Vollwinkel360

1° = 60' = 3600"

= 5,325°

5°19'30" = 5° + +19°60

30°3600

1 rad = = 57,296°180°p

Bild 2: Winkeleinheiten

ö (d)

Länge (Durchmesser) Länge (Weg) und Zeit

m

A

Ü

Üv

Masse Stromstärke u. Lichtstärke

t

ö (s)

Bild 1: Basisgrößen

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

Vorsatz Faktor

M Mega millionenfach 106 = 1000000k Kilo tausendfach 103 = 1000

h Hekto hundertfach 102 = 100da Deka zehnfach 101 = 10

d Dezi Zehntel 10–1 = 0,1c Zenti Hundertstel 10–2 = 0,01

m Milli Tausendstel 10–3 = 0,001µ Mikro Millionstel 10–6 = 0,000001

Tabelle 1: Internationales Einheitensystem

Basisgrößen und FormelzeichenBasiseinheiten

Name Zeichen

Länge l Meter mMasse m Kilogramm kgZeit t Sekunde sThermodynamische TemperaturT Kelvin KElektrische Stromstärke I Ampere ALichtstärke Iv Candela cd

Tabelle 3: Gebräuchliche Längeneinheiten

Metrisches System

1 Kilometer (km) = 1000m1 Dezimeter (dm) = 0,1m1 Zentimeter (cm) = 0,01m1 Millimeter (mm) = 0,001m1 Mikrometer (µm) = 0,000001m = 0,001mm1 Nanometer (nm) = 0,000000001m = 0,001µm


9Größen und Einheiten

Masse, Kraft und Druck

Die Masse m eines Körpers ist abhängig von seiner Stoffmenge. Sieist unabhängig vom Ort, an dem sich der Körper befindet. Die Ba-siseinheit der Masse ist das Kilogramm. Gebräuchliche Einheitensind 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 wer-den konnte.

Ein Körper mit der Masse von einem Kilogramm wirkt auf derErde (Normort Zürich) mit einer Kraft FG (Gewichtskraft) von9,81 N auf seine Aufhängung oder Auflage (Bild 1).

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, Flüs-sigkeiten oder Gasen. Das Kelvin (K) ist der 273,15te Teil der Tem-peraturdifferenz zwischen dem absoluten Nullpunkt und demGefrierpunkt des Wassers (Bild 3). Die gebräuchlichste Einheit derTemperatur ist das Grad Celsius (°C). Der Gefrierpunkt des Wassersentspricht 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 Zeitin Sekunden, in der sich ein Vorgang regelmäßig wiederholt, z.B. ei-ne volle Schwingung eines Pendels oder die Umdrehung einerSchleifscheibe (Bild 4).

Die Frequenz f ist der Kehrwert der Periodendauer T (f = 1/T). Siegibt an, wie viele Vorgänge je Sekunde stattfinden. Sie wird in 1/soder 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 = 3000/min2 min

Größengleichungen (Formeln)

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

p = F

; p =100 N = 100 N = 10 bar

A 1 cm2 cm2

Beim Rechnen werden die Größen durch Formelzeichen ausge-drückt. Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und Ein-heit angegeben, z.B. F = 100 N oder A = 1 cm2. Einheitengleichungengeben die Beziehung zwischen Einheiten an, z.B. 1 bar = 105 Pa.

5

10

Massem = 1kg

GewichtskraftF = 9,81N 10 N

Bild 1: Masse und Kraft

Druck p =FA

F

A

p

Bild 2: Druck

0 K

373 K

273 K

Kelvin

absoluterNullpunkt

–273 °C

–20 °C

Celsius200 K

0 °C

50 °C

100 °C

300 K

punkt von

100

°C

100

KSiede-

Wasser

punkt vonSchmelz-

Eis

ther

mo

dyn

amis

che

Tem

per

atu

r in

Kel

vin

Bild 3: Temperaturskalen

UmdrehungenSchwingungen

Bild 4: Periodische Vorgänge


10 Grundlagen der Messtechnik

1.2.1 Grundbegriffe

Beim Prüfen werden vorhandene Merkmale vonProdukten wie Maß, Form oder Oberflächengütemit den geforderten Eigenschaften verglichen.

Durch Prüfen wird an einem Prüfgegenstandfestgestellt, ob er die geforderten Merkmaleaufweist, z. B. Maße, Form oder Oberflä-chengüte.

Prüfarten

Subjektives Prüfen erfolgt über die Sinneswahr-nehmung des Prüfers ohne Hilfsgeräte (Bild 1). Erstellt z.B. fest, ob die Gratbildung und Rautiefe amWerkstück zulässig sind (Sicht- und Tastprüfung).Objektives Prüfen erfolgt mit Prüfmitteln, d.h. mitMessgeräten und Lehren (Bild 1 und Bild 2).

Messen ist das Vergleichen einer Länge odereines Winkels mit einem Messgerät. Das Er-gebnis ist ein Messwert.Lehren ist Vergleichen des Prüfgegenstandesmit einer Lehre. Man erhält dabei keinen Zah-lenwert, sondern stellt nur fest, ob der Prüf-gegenstand 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 beweglicheMarken (Zeiger, Noniusstrich), bewegliche Skalenoder Zählwerke. Der Messwert kann unmittelbarabgelesen werden.Lehren verkörpern entweder das Maß oder dasMaß und die Form des Prüfgegenstandes.Hilfsmittel sind z.B. Messständer und Prismen.

Messtechnische Begriffe

Um Missverständnisse bei der Beschreibung vonMessvorgängen oder Auswerteverfahren zu ver-meiden, sind eindeutige Grundbegriffe unerläss-lich (Tabellen Seite 11 und 12).

1.2 Grundlagen der Messtechnik

Prüfen

subjektives Prüfen objektives Prüfen

Sinneswahrnehmung Lehren Messen

MesswertGut/AusschussErgebnis:

Bild 1: Prüfarten und Prüfergebnis

Maßstab Messschieber Grenzlehren(Maßlehren)

Parallelendmaß Messuhr (Formlehre)Radiuslehre

Winkelendmaß Winkelmesser (Formlehre)Winkel

15°

60

Prüfmittel

Messgeräte Hilfsmittel Lehren

Maßverkör-perungen

AnzeigendeMessgeräte

Bild 2: Prüfmittel


11Grundlagen der Messtechnik

Definition, Erklärung

Die zu messende Länge bzw. der zu messendeWinkel, z.B. ein Bohrungsabstand oder einDurchmesser

Der angezeigte Zahlenwert des Messwertes ohneEinheit (vom Messbereich abhängig). Bei Maßverkörperungen entspricht die Aufschriftder Anzeige.

Kontinuierliche Anzeige auf einer Strichskale

Digitale Anzeige auf einer Ziffernskale

Differenz zwischen den Messwerten, die zweiaufeinander folgenden Teilstrichen entsprechen.Der Skalenteilungswert Skw wird in der auf Skalestehenden Einheit angegeben.

Der Ziffernschrittwert entspricht dem Skalentei-lungswert einer Strichskale.

Einzelne Messwerte oder Mittelwerte setzen sich aus dem richtigen Wert und denzufälligen 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 wahreWert xw ist ein aus vielen Wiederholungsmessungen ermittelter und um die be-kannten systematischen Abweichungen korrigierter „Schätzwert“.

Der richtige Wert xr wird bei Maßverkörperungen durch Kalibrierung ermittelt. Erweicht meist vernachlässigbar vom wahren Wert ab. Bei einer Vergleichsmessung,z.B. mit einem Endmaß, kann dessen Maß als richtiger Wert angesehen werden.

Gemessener Wert einer Messgröße, z.B. ein unkorrigierter Einzelmesswert oderein durch Wiederholungsmessungen ermittelter Messwert, der noch nicht um diesystematischen Abweichungen As korrigiert wurde.

In der Fertigungstechnik werden aufgrund bekannter Abweichungen aus früherenMessreihen oder von Fähigkeitsuntersuchungen überwiegend einmalige Messun-gen durchgeführt. Das Messergebnis bleibt bei Einzelmessungen durch die zufälli-gen sowie durch die unbekannten systematischen Messabweichungen unsicher.

Die Messabweichung ergibt sich durch Vergleichdes angezeigten Messwertes xa oder des Mittel-wertes x̄a mit dem richtigen Wert xr (Seite 15).

Ausgleich von bekannten, systematischen Ab-weichungen, z.B. Abweichung der Temperatur

Die Messunsicherheit beinhaltet alle zufälligenAbweichungen sowie die unbekannten und nichtkorrigierten systematischen Messabweichungen.

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

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

Messwert, korrigiert um bekannte systematischeMessabweichungen (K – Korrektion)

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

Begriff

Tabelle 1: Messtechnische Begriffe

Kurz-zeichen

M

–

–

–

Skwoder

Zw

xa

x1, x2 ...

x̄

xw

xr

xa

x1, x2 ...

x̄

As As = xa – xr (As = x̄a – xr)

y = x + K (y = x̄ + K)

uc = u2x1 + u2

x2 + ... u2xn

U = 2 · uc

(Faktor 2 für Vertrauensniveau 95%)

Y = y ± U (y = x̄ + K ± U)

K = – As (K = K1 + K2 ... + Kn)

uc

K

u

U

y

Y

Beispiel, Formeln

Messgröße

Anzeige

Skalenanzeige

Ziffernanzeige

Skalenteilungs-

wert*

Ziffernschritt-

wert

Angezeigter

Messwert

Wahrer Wert

Richtiger Wert

Unberichtigtes

Messergebnis

Systematische

Mess-

abweichung

Mess-

unsicherheit*

KombinierteStandard-unsicherheit

ErweiterteMess-unsicherheit

* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden.

Vollständiges

Messergebnis

Korrektionswert

Berichtigtes

Messergebnis

Mittelwert

13333332

Ziffernanzeige

M

0

0,4

0,2 0,2

0,10,1

0,30,30,01mm

Skalenanzeige Skw = 0,01mm

Zw = 0,01mm



Wiederholpräzision ist die Fähigkeiteines Messgerätes, bei meist 5 Mes-sungen derselben Messgröße in glei-cher Messrichtung unter denselbenMessbedingungen nahe beieinanderliegende Anzeigen zu erreichen. Jekleiner die Streuung ist, umso „prä-ziser“ arbeitet das Messverfahren.

Die Wiederholgrenze ist der Differenz-betrag für zwei einzelne Messwerte beieiner Wahrscheinlichkeit von 95%.

Die Messwertumkehrspanne einesMessgerätes ist der Unterschied derAnzeige für dieselbe Messgröße, wenneinmal bei steigender Anzeige (bei hi-neingehenden Messbolzen) und einmalbei fallender Anzeige (bei herausge-henden Messbolzen) gemessen wird.

Die Messwertumkehrspanne kanndurch einzelne Messungen bei beliebi-gen Werten innerhalb des Messberei-ches bestimmt oder aus dem Abwei-chungsdiagramm entnommen werden.

Die Abweichungsspanne fe ist die Dif-ferenz zwischen der größten undkleinsten Messabweichung im gesam-ten Messbereich. Sie wird bei Mess-uhren und Feinzeigern bei hineinge-hendem Messbolzen ermittelt.

Die Gesamtabweichungsspanne fges

von Messuhren wird durch Messungenim ganzen Messbereich mit hinein- undherausgehendem Messbolzen ermittelt.

Fehlergrenzen sind vereinbarte odervom Hersteller angegebene Abwei-chungsgrenzbeträge für Messabwei-chungen eines Messgerätes. Werdendiese Beträge überschritten, sind dieAbweichungen Fehler. Wenn die obereund untere Grenzabweichung gleichgroß sind, gilt der angegebene Wertfür jeden der beiden Grenzabweichun-gen, z.B. Go = Gu = 20 µm

Der Messbereich ist der Bereich vonMesswerten, in dem die Fehlergren-zen des Messgerätes nicht überschrit-ten werden.

Die Messspanne ist die Differenz zwi-schen Endwert und Anfangswert desMessbereiches.

Der Anzeigebereich ist der Bereichzwischen der größten und der kleins-ten Anzeige.

* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden.

Begriff Definition, Erklärung BeispielKurz-

zeichen

Tabelle 1: Messtechnische Begriffe

Wiederhol-

präzision*

Wiederhol-grenze*(Wieder-holbarkeit)

fW

r

fe

fges

G

Meb

Mes

Az

fuMesswert-

umkehr-

spanne*

Abwei-

chungs-

spanne*

Gesamtab-weichungs-spanne

Fehler-

grenze*

Mess-

bereich*

Mess-

spanne

Anzeige-

bereich

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 feMesswertumkehr-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 xr(Länge von Endmaßen)

Mes

sab

wei

chu

ng

herausgehender Messbolzenhineingehender Messbolzen



1.2.2 Messabweichungen

Ursachen von Messabweichungen(Tabelle 1, Seite 14)

Die Abweichung von der Bezugstemperatur 20 °Cbewirkt immer dann Messabweichungen, wenndie Werkstücke und die zur Kontrolle eingesetztenMessgeräte und Lehren nicht aus dem gleichenMaterial sind und nicht dieselbe Temperatur ha-ben (Bild 1).

Bereits bei der Erwärmung eines 100 mm langenEndmaßes 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 sollenWerkstücke, Messgeräte und Lehren inner-halb der vorgeschriebenen Toleranzen liegen.

Formänderungen durch die Messkraft treten anelastischen Werkstücken, Messgeräten und Mess-stativen auf.Die elastische Aufbiegung eines Messstativs bleibtohne Wirkung auf den Messwert, wenn beim Mes-sen mit gleicher Messkraft wie bei der Nullstellungmit Endmaßen gemessen wird (Bild 2).

Die Verringerung von Messabweichungenwird erreicht, wenn die Anzeige eines Mess-gerätes unter gleichen Bedingungen einge-stellt wird, unter denen Werkstücke gemessenwerden.

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

Arten von Abweichungen

Systematische Messabweichungen werden durchkonstante Abweichungen verursacht: Temperatur,Messkraft, Radius des Messtasters oder ungenaueSkalen.Zufällige Messabweichungen können hinsichtlichGröße und Richtung nicht erfasst werden. Ursa-chen können z.B. unbekannte Schwankungen derMesskraft und der Temperatur sein.

Systematische Messabweichungen machenden Messwert unrichtig. Wenn Größe undVorzeichen (+ oder –) der Abweichungen be-kannt sind, können sie ausgeglichen werden.Zufällige Messabweichungen machen denMesswert unsicher. Unbekannte zufällige Ab-weichungen sind nicht ausgleichbar.

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

f

Blickrichtungen: richtig falsch

Bild 3: Messabweichung durch Parallaxe



Tabelle 1: Ursachen und Arten von Messabweichungen

Systematische Messabweichungen Zufällige Messabweichungen

zu großer Messwert durch zu hohe Werkstücktemperatur

Einfluss von Steigungsabweichungen auf die Messwerte

zu kleiner Messwert durch den Einfluss der Messkraft

Gewindesteigung

20 °C

40 °C

F

f

f

f

Abweichung von derBezugstemperatur

Formänderung durchgleichbleibend hoheMesskraft

f

Unsicherheiten durch unsaubere Flächen u. Formabweichungen

GratSpäneSchmutzFett

Kippfehler

F

f

F

f

0.10

0.2

0.1

0.2

0.3 0.30.4

Streuung der Messwerte durch Messkraftschwankung

Formänderung durchMesskraftschwankungbei ungleichmäßigem„Andrehen” derMessspindel

kleinere Messwerte bei Außenmessungen,größere bei Innenmessungen

Messabweichungen durch Abnutzung der Messflächen

Messwertunterschiede bei Maßstäben

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

ungleichmäßige Übertragung der Messbolzenbewegung

„Kippfehler” in Abhängigkeit von Messkraft und Führungsspiel

unsicheres Ansetzen des Messschiebers bei Innenmessungen

Parallaxe

Ablesefehler durch schrägen Blickwinkel (Parallaxe)

f



Systematische Abweichungen können durch eineVergleichsmessung mit genauen Messgerätenoder Endmaßen festgestellt werden.

Am Beispiel der Prüfung einer Messschraubewird die Anzeige mit einem Endmaß verglichen(Bild 1). Der Nennwert der Endmaße (Aufschrift)kann als der richtige Wert angesehen werden. Diesystematische Abweichung As eines einzelnenMesswertes 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 bis25 mm, erhält man das Diagramm der Messab-weichungen (Bild 1). Bei Messschrauben erfolgtdie Vergleichsmessung mit festgelegten End-maßen bei verschiedenen Drehwinkeln der Mess-spindel.

Fehlergrenzen und Toleranzen

• Die Fehlergrenze G darf an keiner Stelle desMessbereiches überschritten werden.

• Der Normalfall in der Messtechnik sind sym-metrische Fehlergrenzen. Die Fehlergrenzenenthalten die Abweichungen des Messele-ments, z.B. Ebenheitsabweichungen.

• Die Einhaltung Fehlergrenze G kann mit Para-lellendmaßen der Toleranzklasse 1 nach DIN ENISO 3650 geprüft werden.

Die Verringerung systematischer Messabwei-chungen erreicht man durch eine Nulleinstellung

der Anzeige (Bild 2). Die Nulleinstellung erfolgtmit Endmaßen, die dem Prüfmaß am Werkstückentsprechen. Die zufällige Streuung kann durchMessungen unter Wiederholbedingungen ermit-telt werden (Bild 3):

Systematische Messabweichungen werdendurch eine Vergleichsmessung festgestellt.Zufällige Abweichungen können durch Wie-derholmessungen ermittelt werden.

7,700 mm

17,600 mm15,000 mm10,300 mm

15

15,002

Abweichungsdiagramm

mm

4

210

–1–2–3

–40 2,5 5,1 7,7 10,3 12,9 15 17,6 2520,2

richtiger Wert x r

angezeigter Wert xa

0

Mes

s-ab

wei

chu

ng

As

richtiger Wert x r (Endmaße)

0

richtigerWert xr

AbweichungAs

KorrektionK

Fehlergrenze

Fehlergrenze

Bild 1: Systematische Abweichungen einer Bügelmess-schraube

010

90

40

60 30

7020

80

50

End-maß Messen

010

90

40

60 30

7020

80

50

0,12

ö 0 M

Nullein-stellung

Werk-stück

Bild 2: Nulleinstellung der Anzeige und Unterschieds-messung

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

+2+4

A. Nulleinstellung des Feinzeigersauf den Drehteildurchmesser mitNennmaß 30,0 mm mit einemEndmaß.

B. 10 Wiederholmessungen

Spannweite der angezeigten WerteR = xa max – xa min

Mittelwert der 10 Anzeigewerte

C. Messergebnis

Mittelwert des Durchmessersx = 30,0 mm + 0,004 mmx = 30,004 mm

xa= = + 4+40 mm10

Anzeigewerte in

Bild 3: Zufällige Abweichungen eines Feinzeigers beiMessungen unter Wiederholbedingungen

Arbeitsregeln für Messungen unter

Wiederholbedingungen

• Die wiederholten Messungen derselben Mess-größe am selben Werkstück sollen aufeinan-derfolgend durchgeführt werden.

• Messeinrichtung, Messverfahren, Prüfpersonund die Umgebungsbedingungen dürfen sichwährend der Wiederholmessung nicht ändern.

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



Messmittel gelten als fähig, wenn die Mess-unsicherheit höchstens 10% der Maß- oderFormtoleranz beträgt.

Messverfahren mit einer wesentlich kleineren Un-sicherheit als 1/10 · T sind zwar geeignet, aber zuteuer. Eine größere Messunsicherheit würde dazuführen, dass zu viele Werkstücke nicht mehr ein-deutig als „Gutteil“ oder „Ausschussteil“ erkanntwerden, da mehr Messwerte im Bereich der Mess-unsicherheit U liegen (Bild 2). Der messtechnischsichere Bereich ist umso größer, je kleiner dieMessunsicherheit U ist.

Liegen die Messwerte im messtechnisch si-cheren Bereich, ist eine Übereinstimmungdes Maßes mit der Toleranz mit Sicherheit ge-geben.

Beispiel für die Folgen einer zu großen MessunsicherheitU = 0,2 · T (Bild 2): Obwohl der richtige Messwert 15,005mm außerhalb der Toleranz liegt, wird durch eine Mess-abweichung von + 7 µm der Messwert 15,012 mm ange-zeigt, ein Maß, das in der Toleranz zu liegen scheint. EinAusschussteil wird dadurch nicht erkannt. Umgekehrtkann ein toleranzhaltiges Maß durch eine Messabwei-chung zu einem angezeigten Messwert außerhalb der To-leranz führen. Ein Gutteil würde in diesem Fall irrtümlichaussortiert.

Die Beurteilung der Messmittelfähigkeit ist nähe-rungsweise möglich, wenn die voraussichtlicheMessunsicherheit bekannt ist (Tabelle 1).

Unter Werkstattbedingungen beträgt die Messun-sicherheit bei neuen oder neuwertigen mecha-nischen Handmessgeräten etwa einen Skalentei-lungswert (1 Skw) und bei elektronischen etwadrei Ziffernschrittwerte (3 Zw).

Messgeräte für die Fertigung werden so aus-gewählt, dass im Verhältnis zur Werkstückto-leranz die Messunsicherheit U vernachlässig-bar klein ist. Dadurch kann der angezeigteMesswert dem Messergebnis gleich gesetztwerden.

Bild 1: Zulässige Messunsicherheit

U

Bereiche der Messunsicherheit

15,010 mm 15,050 mm

angezeigter Wert: 15,012 mmrichtiger Wert: 15,005 mm (Ausschuss)

Zulässige Messunsicherheit U = 0,1 · T

Zu große Messunsicherheit U = 0,2 · T

Streuung

messtechnischsicherer BereichU U U

UUMessab-weichung

messtechnischsicherer Bereich

Bild 2: Messunsicherheit im Verhältnis zur Toleranz

Tabelle 1: Messunsicherheit

Messgerät

Voraus-sichtlicheMessun-sicherheit

Fehler-grenze G

neuer Messgeräte

50 µm

Skw = 0,05 mm

Messbereich:0 ... 150 mm

Skw = 0,01 mm

Messbereich:50 ... 75 mm

Skw = 1 µm

Messbereich:± 50 µm

U ≥ 50 µm

U ≈ 10 µm

U ≈ 1 µm

5 µm

1 µm

Messmittelfähigkeit

Die Auswahl von Messmitteln richtet sich nach den Messbedingun-gen am Einsatzort und der vorgegebenen Toleranz der Prüfmerkma-le, z.B. Länge, Durchmesser oder Rundheit. Von Bedeutung ist auchdie Anzahl der Prüfer, da z.B. im Schichtbetrieb mit wechselnden Prü-fern für die gleichen Teile die Messunsicherheit insgesamt zunimmt.

1.2.3 Messmittelfähigkeit und Prüfmittelüberwachung

Messunsicherheit Uzul = 1/10 · T (Bild 1)



Prüfmittelüberwachung

Bei anzeigenden Messgeräten wird durch das Ka-librieren (Einmessen) die systematische Messab-weichung zwischen der Anzeige und dem richtigenWert festgestellt. Dies geschieht durch Vergleichmit Endmaßen oder mit Messgeräten höherer Ge-nauigkeit. Die ermittelten Abweichungen werden ineinem Kalibrierschein und evtl. in Abweichungs-diagrammen dokumentiert (Bild 1, Seite 15).Die Kalibrierung wird durch einen speziellenPrüfaufkleber bestätigt, der den Termin der nächs-ten Überprüfung anzeigt (Bild 1).

Messmittelfähigkeit bei vorgegebener Toleranz

Beispiel: Mit einer mechanischen Bügelmessschraube (Skw = 0,01 mm) soll ein Durchmesser mit den Grenzmaßen20,40 mm und 20,45 mm gemessen werden. Zu beurteilen ist die Messmittelfähigkeit (Eignung) der Mess-schraube in Abhängigkeit von der erwarteten Messunsicherheit und der vorgegebenen Toleranz.

Lösung: Die Messunsicherheit entspricht näherungsweise 1 Skalenteilungswert (0,01 mm). Aufgrund dieser Messun-sicherheit kann bei der Anzeige 20,45 mm der richtige Messwert zwischen 20,44 mm und 20,46 mm liegen. Erwartete Messunsicherheit der Messschraube: U = 0,01 mmZulässige Messunsicherheit: Uzul = 0,1 · T = 0,1 · 0,05 mm = 0,005 mm

Die Bügelmessschraube ist bei der vorgegebenen Toleranz nicht geeignet, da die voraussichtliche Messunsi-cherheit zu groß ist. Zu empfehlen sind elektronische Messuhren oder Feinzeiger, da diese Messgeräte durchdie kleinere Streuung der Messwerte präziser arbeiten.

Kalibrieren ist das Ermitteln der vorhandenen Abweichung eines Messgerätes vom richtigen Wert.Ein Messgerät ist dann in Ordnung und kann zum Gebrauch freigegeben werden, wenn die ermit-telten Messabweichungen innerhalb der festgelegten Grenzen liegen.Das Eichen eines Prüfmittels umfasst die Prüfung und Stempelung durch eine Eichbehörde. Eich-pflichtig sind z.B. Waagen, aber keine Fertigungsmessgeräte.Durch Justieren (Abgleichen) wird ein Messgerät so verändert, dass die Messabweichungen mög-lichst klein werden. Beispiel: Änderung von Gewichten einer Waage.Einstellen heißt, die Anzeige auf einen bestimmten Wert stellen, z.B. Nulleinstellung.

1

NächsteKalibrierung

13

12

11

10

2 3 4 5

6

7

89101112

9

87 6

54

3

2112

11

10

Jahr2012

Monat

12

Bild 1: Aufkleber für kalibrierte Messgeräte

Wiederholung und Vertiefung

1 Wie wirken sich systematische und zufällige Messabweichungen auf das Messergebnis aus?2 Wie kann man systematische Messabweichungen einer Messschraube ermitteln?3 Warum ist das Messen dünnwandiger Werkstücke problematisch?4 Warum können durch das Abweichen von der Bezugstemperatur bei Messgeräten und Werk-

stücken Messabweichungen entstehen?5 Worauf können systematische Abweichungen bei Messschrauben voraussichtlich zurückgeführt

werden?6 Warum wird beim Messen in der Werkstatt der angezeigte Messwert als Messergebnis angese-

hen, während im Messlabor oft der angezeigte Wert korrigiert wird?7 Welche Vorteile hat die Unterschiedsmessung und Nulleinstellung bei Messuhren?8 Warum ist bei Aluminiumwerkstücken die Abweichung von der Bezugstemperatur messtech-

nisch besonders problematisch?9 Wie groß ist etwa die Längenänderung eines Parallelendmaßes (l = 100 mm, a = 0,000016 1/°C),

wenn es durch die Handwärme von 20 °C auf 25 °C erwärmt wird?10 Wie viel Prozent der Werkstücktoleranz dürfen die Messabweichungen höchstens betragen, da-

mit sie beim Prüfen vernachlässigt werden können?11 Welche Messunsicherheit ist bei einer mechanischen Messuhr (Skw = 0,01 mm) zu erwarten?


0 1 2

0 1 2

1 2

18 Maßverkörperungen, Lehren

1.3.1 Maßstäbe, Lineale, Winkel,

Lehren und Endmaße

Maßstäbe, Lineale, Winkel

Strichmaßstäbe verkörpern das Längenmaßdurch den Abstand von Strichen. Die Präzision derStrichteilung drückt sich in den Fehlergrenzen derMaßstäbe aus (Tabelle 1). Wenn das obere Grenz-abmaß Go eines Maßstabes überschritten oderdas gleich große untere Grenzabmaß Gu unter-schritten wird, entstehen Messfehler.Maßstäbe für Wegmesssysteme, z. B. aus Glasoder Stahl, arbeiten nach dem fotoelektronischenAbtastprinzip. Fotoelemente erzeugen entspre-chend den abgetasteten Hell-Dunkel-Feldern einSpannungssignal.Bei Inkrementalmaßstäben wird der Verfahrwegvon Werkzeug- und Messmaschinen durch Auf-summierung von Lichtimpulsen gemessen. AlsMaßverkörperung dient ein sehr genaues Strich-gitter. Absolutmaßstäbe ermöglichen durch ihreCodierung die Anzeige der augenblicklichen Posi-tion des Messkopfes.

1.3 Längenprüfmittel

Lineale werden zum Prüfen der Geradheit und Ebenheit eingesetzt(Bild 1). Haarlineale besitzen geläppte Prüfschneiden mit hoher Ge-radheit, die es ermöglichen, mit bloßem Auge unterschiedliche klei-ne Lichtspalte zu erkennen.

Werden Werkstücke mit Haarlinealen gegen das Licht geprüft,erkennt man Abweichungen ab 2 µm am Lichtspalt zwischenPrüfschneide und Werkstück.

Feste Winkel sind Formlehren und verkörpern meist 90°. Haarwinkelbis zur Messschenkellänge 100 x 70 mm mit dem Genauigkeitsgrad00 haben einen Grenzwert der Rechtwinkligkeitsabweichung vonnur 3 µm (Bild 2). Beim Genauigkeitsgrad 0 beträgt der Grenzwert 7 µm. Mit Haarwinkeln kann die Rechtwinkligkeit und die Ebenheitgeprüft werden oder es können zylindrische oder ebene Flächenausgerichtet werden.

Lehren

Lehren verkörpern Maße oder Formen, die in der Regel auf Grenz-maße bezogen sind (Bild 3).

Maßlehren sind Teile eines Lehrensatzes, bei dem das Maß von Leh-re zu Lehre zunimmt, z.B. Parallelendmaße oder Prüfstifte.Formlehren ermöglichen die Prüfung von Winkeln, Radien und Ge-winden nach dem Lichtspaltverfahren.Grenzlehren verkörpern die zulässigen Höchstmaße und Mindest-maße. Manche Grenzlehren verkörpern neben den Grenzmaßenauch noch die Form, um z.B. die Zylinderform einer Bohrung oderdas Profil von Gewinden prüfen zu können.

Tabelle 1: Fehlergrenzen von Maßstäben der Länge 500 mm

ArtenGrenzabmaße

Go = Gu

Vergleichs-maßstab

7,5 µm

30 µm

75 µm

100 µm

1 mm

0,5 ... 20 µm

Arbeits-maßstab

BiegsamerStahlmaßst.

Band-maßstab

Glieder-maßstab

Impuls-maßstab

Absolut-maßstab

ballig hohl

Bild 1: Geradheitsprüfung mitHaarlineal

Bild 2: Haarwinkel 90°

Maßlehre

Formlehre

Grenzlehre

R1 – 7 mm

60h6

–190

Bild 3: Lehrenarten


19Grenzlehren

Grenzlehren

Die Grenzmaße von tolerierten Werkstücken können mit entspre-chenden Lehrdornen bei Bohrungen oder mit Lehrringen bei Wellengeprüft werden (Bild 1, Bild 2 und Bild 3).

Taylorscher Grundsatz: Die Gutlehre muss so ausgebildet sein, dassMaß und Form eines Werkstückes bei der Paarung mit der Lehre ge-prüft werden (Bild 1). Mit der Ausschusslehre sollen nur einzelneMaße geprüft werden, z.B. der Durchmesser.

Gutlehren verkörpern Maß und Form.Ausschusslehren sind reine Maßlehren.

• Gutlehren verkörpern das Höchstmaß bei Wellen und dasMindestmaß bei Bohrungen.

• Ausschusslehren verkörpern das Mindestmaß von Wellenoder das Höchstmaß von Bohrungen. Ein Werkstück, das sichmit der Ausschusslehre paaren lässt, ist daher Ausschuss.

Grenzlehrdorne verwendet man zum Prüfen von Bohrungen undNuten (Bild 4). Die Gutseite muss durch ihr Eigengewicht in die Boh-rung gleiten, die Ausschussseite darf nur anschnäbeln. In den län-geren Zylinder der Gutseite sind häufig Hartmetallleisten zur Ver-schleißminderung eingesetzt. Die Ausschussseite hat einen kurzenPrüfzylinder, ist rot gekennzeichnet und mit dem oberen Grenzab-maß beschriftet.Grenzrachenlehren eignen sich zur Prüfung von Durchmessern undDicken von Werkstücken (Bild 5). Die Gutseite verkörpert das zuläs-sige Höchstmaß. Sie muss durch das Eigengewicht über die Prüf-stelle gleiten. Die Ausschussseite ist um die Toleranz kleiner unddarf nur anschnäbeln. Die Ausschussseite hat angeschrägte Prüf-backen, ist rot gekennzeichnet und mit dem unteren Grenzabmaßbeschriftet.

Das Prüfergebnis ist beim Lehren Gut oder Ausschuss. Da dasLehren keine Messwerte ergibt, können die Prüfergebnissenicht zur Qualitätslenkung eingesetzt werden.Prüfkraftschwankungen und der Lehrenverschleiß beeinflussensehr stark die Prüfergebnisse.Die Prüfunsicherheit ist beim Lehren umso höher, je kleiner dieMaße und Toleranzen sind. Toleranzgrade kleiner 6 (< IT6) sindmit Lehren daher kaum prüfbar.

Ausschuss-seiteGutseite

Bild 1: Grenzlehre nach Taylor

Ausschusslehre(Go Höchstmaß)

Gutlehre(Gu Mindestmaß)

Grenzlehre

Go

Gu

T

Bild 2: Grenzlehrdorn

Gutlehre Ausschusslehre

Bild 3: Lehrringe

Gutseite Ausschussseite

0 45H7 + 25

Bild 4: Grenzlehrdorn

Gutseite Ausschussseite

Grenzrachenlehre

42h6

0 –16

Bild 5: Grenzrachenlehre

Wiederholung und Vertiefung

1 Warum haben Haarlineale und Haarwinkel geläppte Prüf-schneiden?

2 Warum eignet sich das Prüfen mit Lehren nicht zur Qualitäts-lenkung, z.B. beim Drehen?

3 Warum entspricht eine Grenzrachenlehre nicht dem Taylor-schen Grundsatz?

4 Woran erkennt man die Ausschussseite eines Grenzlehrdor-nes?

5 Warum verschleißt die Gutseite einer Grenzlehre schneller alsdie Ausschussseite?


20 Endmaße

Parallelendmaße

Parallelendmaße sind die genauesten und wichtigsten Maßverkör-perungen zur Längenprüfung. Die Maßgenauigkeit der Endmaße istabhängig von der Toleranzklasse und vom Nennmaß (Tabelle 1 undBild 1). Die Toleranz für die Abweichungsspanne tv begrenzt dieEbenheits- und Parallelitätsabweichungen und das Grenzabmaß te

beschreibt die zulässige Längenabweichung vom Nennmaß.

Endmaße der Kalibrierklasse K haben die kleinsten Abweichungender Ebenheit und Parallelität, was für genaue Messungen und End-maßkombinationen sehr wichtig ist (Bild 3). Die relativ großenGrenzabmaße der Länge werden durch den bekannten Korrektions-wert K ausgeglichen (Seite 11). Endmaße der Toleranzklassen K und0 kann man ohne Druck anschieben (Bild 2).

Beim Zusammenstellen einer Endmaßkombination beginnt man mitdem kleinsten Endmaß (Tabelle 2 und Bild 3). Angeschobene Stahl-

endmaße neigen nach einiger Zeit zum Kaltverschweißen und soll-ten daher nach dem Gebrauch getrennt werden.Endmaße aus Hartmetall sind gegenüber Stahlendmaßen 10-mal ver-schleißfester. Nachteilig ist die um 50% geringere Wärmedehnung,die bei Werkstücken aus Stahl zu Messabweichungen führen kann.Hartmetall besitzt die besten Hafteigenschaften beim Anschieben.Endmaße aus Keramik haben eine stahlähnliche Wärmedehnung.Sie sind extrem verschleißfest, bruchfest und korrosionsbeständig.Mit Endmaßen und Prüfstiften werden Meßgeräte und Lehren ge-prüft (Bild 4). Parallelendmaßsätze sind meist 46-teilig, sortiert in 5Maßbildungsreihen (Tabelle 3).

Tabelle 1: Parallelendmaße (Werte in µm für Nennmaße 10...25mm)

Toleranz- Toleranz für die Grenzab-klasse Abweichungs- maße der Verwendung

spanne tv Länge te

Bezugsnormale zum KalibrierenK 0,05 + 0,3 von Endmaßen u. zum Einstellen

präziser Messgeräte und Lehren

Einstellen und Kalibrieren von Leh-0 0,1 + 0,14 ren und Messgeräten in klimatisier-

ten Messräumen

Meistbenutzte Gebrauchsnormale1 0,16 + 0,3 zum Prüfen in Messräumen und in

der Fertigung

Gebrauchsnormale zum Einstellen2 0,3 + 0,6 und Prüfen von Werkzeugen,

Maschinen und Vorrichtungen

Arbeitsregeln für den Gebrauch von Endmaßen

• Die Endmaße werden vor Gebrauch mit einem nicht faserndenStoff (Leinenlappen) sauber abgewischt.

• Endmaßkombinationen sollen wegen der Gesamtabweichungaus möglichst wenigen Endmaßen bestehen.

• Stahlendmaße dürfen nicht länger als 8 Stunden angesprengtbleiben, da sie sonst kaltverschweißen.

• Nach Gebrauch müssen Endmaße aus Stahl oder Hartmetallgereinigt und mit säurefreier Vaseline eingefettet werden.

AbweichungsspanneGrenz-abmaße

Nen

nm

aß

t e

t v

t e

Bild 1: Abmaße von Endmaßen

Bild 3: Endmaßkombination

Bild 4: Prüfen von Rachenlehrenmit Endmaß und Prüfstift

2020

40

Bild 2: Ansprengen von Endmaßen

Tabelle 2: Maßkombination

1. Endmaß 1,003 mm2. Endmaß 9,000 mm3. Endmaß 50,000 mm

Maßkombination: 60,003 mm

Tabelle 3: Endmaßsatz

Reihe Nennmaße Stufungmm mm

1 1,001 ... 1,009 0,0012 1,01 ... 1,09 0,013 1,1 ... 1,9 0,14 1 ... 9 1,05 10 ... 100 10,00
