Fachkunde Metall. 56., neu bearbeitete Auflage. Josef Dillinger. Stefan Oesterle.
Walter Escherich. Ludwig Reißler. Werner Günter. Andreas Stephan.
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EUROPA-FACHBUCHREIHE für metalltechnische Berufe
Josef Dillinger Walter Escherich Werner Günter Max Heinzler Dr. Eckhard Ignatowitz
Stefan Oesterle Ludwig Reißler Andreas Stephan Reinhard Vetter
Fachkunde Metall 56., neu bearbeitete Auflage
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten Europa-Nr.: 10129
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Autoren und Herausgeber
Autoren: Dillinger, Josef Escherich, Walter Günter, Werner Heinzler, Max Ignatowitz, Dr. Eckhard Oesterle, Stefan Reißler, Ludwig Stephan, Andreas Vetter, Reinhard
Studiendirektor Studiendirektor Dipl.-Ing. (FH) Dipl.-Ing. (FH) Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Studiendirektor Dipl.-Ing. (FH) Studiendirektor
München München Oberwolfach Wangen im Allgäu Waldbronn Amtzell München Kressbronn Ottobeuren
Die Autoren sind Fachlehrer der technischen Ausbildung und Ingenieure.
Lektorat: Bildentwürfe: Fotos: Bildbearbeitung:
Josef Dillinger Die Autoren Leihgaben der Firmen (Verzeichnis Seite 600) 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 3 Alle Drucke derselben Auflage sind im Unterricht nebeneinander einsetzbar, da sie bis auf korrigierte Druckfehler und kleine Änderungen, z.B. aufgrund neuer Normen, identisch sind.
ISBN 978-3-8085-1156-5
Umschlaggestaltung unter Verwendung eines Fotos der Firma TESA /Brown & Sharpe, CH-Renens Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. © 2010 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten http://www.europa-lehrmittel.de Satz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 Erftstadt Druck: B.o.s.s Druck und Medien GmbH, 47574 Goch
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Einführung
Vorwort Die Fachkunde Metall dient der Ausbildung und der Weiterbildung in den Maschinenbauberufen.
1 Längenprüftechnik 2 Qualitätsmanagement 7 ... 80
Zielgruppen • Industrie- und Werkzeugmechaniker • Fertigungsmechaniker • Zerspanungsmechaniker • Technische Zeichner • Meister und Techniker • Praktiker in Industrie und Handwerk • Praktikanten und Studierende
3 Fertigungstechnik
81 ... 236
Inhalt Der Inhalt des Buches ist in acht Hauptkapitel gegliedert. Er ist auf die Bildungspläne und Ausbildungsordnungen der oben genannten Berufsgruppen abgestimmt und der Entwicklung im Technischen Bereich und den KMK-Lehrplänen angepasst.
4 Werkstofftechnik
Das Sachwortverzeichnis enthält die technischen Fachbegriffe auch in englischer Sprache.
237 ... 328
Unterricht nach Lernfeldern Die lernfeldorientierten Rahmenlehrpläne erfordern handlungsorientierte Unterrichtsformen, durch die der Lernende das erworbene Wissen in die betriebliche Praxis übertragen kann. Der Erwerb dieser Fähigkeit wird in acht Lernfeldern durch je ein Leitprojekt mit einem Vorschlag für die Umsetzung angeboten. Für weitere fünf Lernfelder wird eine inhaltliche Kurzfassung geliefert.
329 ... 458
6 Automatisierungstechnik
Vorwort zur 56. Auflage In der vorliegenden Ausgabe wurden folgende Kapitel neu strukturiert, aktualisiert und erweitert: • Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe • Schweißen • Automatisierungstechnik (GRAFCET; Elektropneumatik; Sensorik; Speicherprogrammierbare Steuerungen und Informationstechnik). • CNC-Bearbeitung (Programmierung nach PAL) Die Autoren und der Verlag sind auch weiterhin allen Nutzern der „Fachkunde Metall“ für kritische Hinweise und Verbesserungsvorschläge dankbar. Sommer 2010
5 Maschinen- und Gerätetechnik
Die Verfasser
459 ... 552
7 Informationstechnik 8 Elektrotechnik 553 ... 580
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Inhaltsverzeichnis
1 Längenprüftechnik 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6
Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . Mechanische und elektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pneumatische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . Multisensortechnik in Koordinatenmessgeräten . . . . . . . . . . . . . . . .
8 10 10 13 16 18 18 21 29 31 32 34
7
1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3
Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kenngrößen von Oberflächen . . . . . . . . . . . . Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 1.5.1 1.5.2
Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . 40 Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3
Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlaufprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewindeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kegelprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.4 1.6.5
2 Qualitätsmanagement 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4
Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wahrscheinlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Normalverteilung von Merkmalswerten . Mischverteilung von Merkmalswerten . . . . .
61 62 62 63 64 67 68 68 68 69 69
2.7.5 2.7.6 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12
3.1
Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2
Gliederung der Fertigungsverfahren . . . . . . . 84
3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.5 3.5.1 3.5.2
Gießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Formen und Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Gießen in verlorene Formen . . . . . . . . . . . . . . 87 Gießen in Dauerformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Gusswerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Gussfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Verhalten der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Umformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Zugdruckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Druckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Maschinen zum Umformen . . . . . . . . . . . . . . 102 Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Strahlschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.6.5 3.6.6 3.6.7 3.6.8 3.6.9 3.6.10 3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.7.5 3.8 3.9
4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4
Übersicht der Werk- und Hilfsstoffe . . . . . . . 238 Auswahl und Eigenschaften der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Innerer Aufbau der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 246 Innerer Aufbau und Eigenschaften . . . . . . . . 246 Kristallgittertypen der Metalle . . . . . . . . . . . . 247 Baufehler im Kristall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Entstehung des Metallgefüges . . . . . . . . . . . . 248
53 58 60
70 71 72 75 76 79 80
81
Spanende Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Bohren, Senken, Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Feinbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Vorrichtungen und Spannelemente . . . . . . . . 193 Fertigungsbeispiel „Spannpratze“ . . . . . . . . . 200 Fügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Übersicht über die Fügeverfahren . . . . . . . . . 204 Press- und Schnappverbindungen . . . . . . . . . 207 Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Fertigungsbetrieb und Umweltschutz . . . . . 234
4 Werkstofftechnik 4.1 4.2
48 48 50
61
Kennwerte der Normalverteilung von Stichproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätsprüfung nach dem Stichprobenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statistische Prozessregelung mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . Kontinuierlicher Verbesserungsprozess: Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . .
3 Fertigungstechnik
36 36 37 38
237
4.3.5 4.3.6
Gefügearten und Werkstoffeigenschaften . . . 249 Gefüge reiner Metalle und Legierungen . . . . 250
4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4
Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe . . . . . . . . . 251 Gewinnung von Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Herstellung von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Das Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . 255 Einteilung der Stähle nach Zusammensetzung und Güteklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
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Inhaltsverzeichnis 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.4.9
Stahlsorten und ihre Verwendung . . . . . . . . . 259 Handelsformen der Stähle . . . . . . . . . . . . . . . 261 Legierungs- und Begleitelemente . . . . . . . . . 262 Erschmelzen der Eisen-Gusswerkstoffe . . . . 263 Das Bezeichnungssystem für Gusseisenwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 4.4.10 Eisen-Gusswerkstoffarten . . . . . . . . . . . . . . . . 265 4.5 4.5.1 4.5.2
Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Leichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Schwermetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
4.6
Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
4.7
Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
4.8 4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4 4.8.5 4.8.6 4.8.7 4.8.8
Wärmebehandlung der Stähle . . . . . . . . . . . . 277 Gefügearten der Eisenwerkstoffe . . . . . . . . . . 277 Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm . . . . . 278 Gefüge und Kristallgitter bei Erwärmung . . . . 279 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Härten der Randzone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Fertigungsbeispiel: Spannpratze . . . . . . . . . . 289
4.9 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4
Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Prüfung der Verarbeitungseigenschaften . . . . 290 Prüfung mechanischer Eigenschaften . . . . . . 291 Kerbschlagbiegeversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Härteprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
4.9.5 4.9.6 4.9.7 4.9.8
Dauerfestigkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Bauteil-Betriebslasten-Prüfung . . . . . . . . . . . . 299 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen . . . . . . 299 Metallografische Untersuchungen . . . . . . . . . 300
4.10 4.10.1 4.10.2 4.10.3
Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . 301 Ursachen der Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild . . 303 Korrosionsschutz-Maßnahmen . . . . . . . . . . . 304
4.11 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 4.11.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . . . 307 4.11.2 Chemische Zusammensetzung und Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 4.11.3 Technologische Einteilung und innere Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 4.11.4 Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 4.11.5 Duroplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 4.11.6 Elastomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 4.11.7 Prüfung der Kunststoff-Kennwerte . . . . . . . . 314 4.11.8 Wichtige Kunststoffe und ihre Kennwerte . . 315 4.11.9 Formgebung der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . 316 4.11.10 Weiterverarbeitung der Halbzeuge und Fertigteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 4.12
Verbundwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
4.13
Umweltproblematik der Werkstoffe und Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
5 Maschinen- und Gerätetechnik 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4
Einteilung der Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Kraftmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Arbeitsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Datenverarbeitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . 337 Fertigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
5.2 5.2.1 5.2.2
Handhabung in der Fertigung und Montage 339 Handhabungssystemtechnik . . . . . . . . . . . . . . 339 Flexible Fertigungseinrichtungen . . . . . . . . . . 347
5.3 5.3.1 5.3.2
Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Aufstellen von Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . 354 Inbetriebnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Abnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . 356
5.3.3 5.4
5.4.3 5.4.4 5.4.5
Funktionseinheiten von Maschinen und Geräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 Innerer Aufbau von Maschinen . . . . . . . . . . . 358 Funktionseinheiten einer CNC-Werkzeugmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeugs . . . . 362 Funktionseinheiten einer Klimaanlage . . . . . 363 Sicherheitseinrichtungen an Maschinen . . . . 364
5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5
Funktionseinheiten zum Verbinden . . . . . . . . 366 Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Stiftverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 380
5.6
Funktionseinheiten zum Stützen und Tragen . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 Reibung und Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . 384 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
5.4.1 5.4.2
5.6.1 5.6.2 5.6.3
5
329
5.6.4 5.6.5
Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 Federn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.7.4 5.7.5
Funktionseinheiten zur Energieübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 Wellen und Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 Riementriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 Kettentriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Zahnradtriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3
Antriebseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 Elektromotore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 5.9.4
Montagetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Organisationsformen bei der Montage . . . . . 433 Automatisierung der Montage . . . . . . . . . . . . 433 Montagebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
5.10 5.10.1 5.10.2 5.10.3 5.10.4 5.10.5 5.10.6 5.10.7 5.10.8 5.10.9
Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Tätigkeitsgebiete und Definitionen . . . . . . . . 440 Begriffe der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . 441 Ziele der Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 Instandhaltungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 Die Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 Verbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 Auffinden von Störstellen und Fehlerquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
5.11
Schadensanalyse und Schadensvermeidung . . . . . . . . . . . . . . . 454
5.12
Beanspruchung auf Festigkeit . . . . . . . . . . . . 456
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Inhaltsverzeichnis
6 Automatisierungstechnik 6.1 6.1.1 6.1.2
Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 Grundlagen der Steuerungstechnik . . . . . . . 459 Grundlagen der Regelungstechnik . . . . . . . . 461
6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3
Grundlagen für die Lösung von Steuerungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 Arbeitsweise von Steuerungen . . . . . . . . . . . 465 Steuerungskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . 466 GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5
Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . 479 Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 Bauelemente der Pneumatik . . . . . . . . . . . . . 480 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen . . 488 Beispiele pneumatischer Steuerungen . . . . 489 Elektropneumatische Steuerungen . . . . . . . 491
6.4 6.4.1 6.4.2
Hydraulische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . 496 Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 Elektrohydraulische Steuerungen . . . . . . . . . 504
6.5
Elektrische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . 507
6.5.1 6.5.2 6.5.3
Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 Elektrische Schaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 Elektrische Kontaktsteuerungen . . . . . . . . . . 509
6.6 6.6.1
Speicherprogrammierbare Steuerungen . . 511 Speicherprogrammierbare Steuerung als Kleinsteuerung (Logikmodul) . . . . . . . . . . . . 511 Speicherprogrammierbare Steuerung als modulares Automatisierungssystem . . . . . . 514
6.6.2
6.7 6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5 6.7.6 6.7.7 6.7.8
CNC-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 Merkmale numerisch gesteuerter Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte . . . . . 527 Steuerungsarten, Korrekturen . . . . . . . . . . . . 529 Erstellen von CNC-Programmen . . . . . . . . . . 532 Zyklen und Unterprogramme . . . . . . . . . . . . 537 Programmieren von NC-Drehmaschinen . . . 538 Programmieren von NC-Fräsmaschinen . . . 546 Programmierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
7 Informationstechnik 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3
Technische Kommunikation . . . . . . . . . . . . . 554 Normen und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . 554 Technische Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . 555
Darstellung technischer Zusammenhänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
7.1.4
Pläne und Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
7.2 7.2.1 7.2.2
Grundlagen der Computertechnik . . . . . . . . 558 Arbeitsweise von Computern . . . . . . . . . . . . 558 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
458
7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9 7.2.10 7.2.11
554
Informationsdarstellung im Rechner . . . . . . 561 Peripheriegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 Starten des Computers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 Das Betriebssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564 Computerviren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564 Anwendersoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 Wirtschaftliche und soziale Auswirkungen der Computertechnik . . . . . . 567 Arbeitsschutz am Computer . . . . . . . . . . . . . 568 Datenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
8 Elektrotechnik
569
8.1
Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . 569
8.4
Elektrische Leistung und Arbeit . . . . . . . . . . 575
8.2
Schaltung von Widerständen . . . . . . . . . . . . 572
8.5
Überstrom-Schutzeinrichtungen . . . . . . . . . 576
8.3
Stromarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
8.6
Fehler an elektrischen Anlagen und Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Lernfelder
581
Informationen zum lernfeldorientierten Unterricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 1: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 2: Fertigen von Baulementen mit Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 3: Herstellen von einfachen Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 4: Warten technischer Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 7: Montieren von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 8: Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 10: Herstellen und Inbetriebnahme von technischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 11: Überwachen der Produkt- und Prozessqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 5: Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 6: Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 9: Instandsetzen von technischen Systemen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 12: Instandhalten von technischen Systemen (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lernfeld 13: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme (Kurzfassung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
581 582 584 586 588 590 592 594 596 598 598 598 599 599
Firmenverzeichnis
600
Sachwortverzeichnis
603
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7
Längenprüftechnik
1 Längenprüftechnik 1.1 1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen der Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung .
8 10 10 13 16
Längenprüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßstäbe, Lehren und Endmaße . . . . . . . . . . . Mechanische und elektrische Messgeräte . . . . Pneumatische, elektronische Messgeräte . . . . Optoelektronische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . Multisensortechnik in Koordinatenmessmaschinen . . . . . . . . . . . . . . .
18 18 21 29 32 34
Oberflächenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberflächenprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kenngrößen; Oberflächen-Prüfverfahren . . . . . Toleranzen und Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . Toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Passungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36 36 37 40 40 44
Form- und Lageprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Form- und Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfung ebener Flächen und Winkel . . . . . . . . . Rundform-, Koaxialitäts- und Rundlaufprüfung Gewindeprüfung; Kegelprüfung . . . . . . . . . . . .
48 48 50 53 58
Prüfen subjektives Prüfen
objektives Prüfen
Sinneswahrnehmung Ergebnis:
Lehren
Messen
Gut/Ausschuss
Messwert
0,1 B-C
C
B Rundlauf
2 Qualitätsmanagement
2.11 2.12
Normalverteilung
OEG OWG
UWG
76 79 80
UEG
Stichproben- 4 Nr.:
6
8
10
99 %
61 62 62 63 64 67 68 71 75
95 %
Arbeitsbereiche des QM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Normenreihe DIN EN ISO 9000 . . . . . . . . . . Qualitätsforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätsmerkmale und Fehler . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . . Qualitätslenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschinenfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prozessfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statistische Prozessregelung mit Qualitätsregelkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . Auditierung und Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . Kontinuierlicher Verbesserungsprozess: Mitarbeiter optimieren Prozesse . . . . . . . . . . . .
Mittelwerte x
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10
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Längenprüftechnik
1 Längenprüftechnik 1.1
Größen und Einheiten
t
Größen 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).
ö (s )
ö (d ) Länge (Durchmesser)
Länge (Weg) und Zeit Ü Üv
A
Länge Die Basiseinheit der Länge ist das Meter. Ein Meter ist die Länge des Weges, den das Licht im luftleeren Raum in einer 299 729 458stel 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 Mittelpunktswinkel, 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°.
ad
1r
Vollkreis 1° = Vollwinkel 360
1m
1°
Masse
Stromstärke u. Lichtstärke
Bild 1: Basisgrößen
Tabelle 1: Internationales Einheitensystem Basisgrößen und Formelzeichen
Basiseinheiten Name Zeichen
Länge l Masse m Zeit t Thermodynamische Temperatur T Elektrische Stromstärke I Lichtstärke Iv
Meter Kilogramm Sekunde Kelvin Ampere Candela
m kg s K A cd
Tabelle 2: Vorsätze zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen der Einheiten Vorsatz
Faktor millionenfach tausendfach
10 6 10 3
= 1 000 000 = 1 000
h Hekto da Deka
hundertfach zehnfach
10 2 10 1
= 100 = 10
d c
Dezi Zenti
Zehntel Hundertstel
10 –1 = 0,1 10 –2 = 0,01
m µ
Milli Mikro
Tausendstel Millionstel
10 –3 = 0,001 10 –6 = 0,000 001
M k
Mega Kilo
1m
Tabelle 3: Gebräuchliche Längeneinheiten Metrisches System
1° = 60' = 3600" 5°19'30" = 5° + 19° + 30° 3600 60 = 5,325°
1 rad = 180° = 57,296° p
Grad
Radiant
Bild 2: Winkeleinheiten
m
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
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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 Basiseinheit 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 internationale Normal für die Masse 1 kg. Es ist die einzige Basiseinheit, die bisher nicht mithilfe einer Naturkonstanten definiert werden konnte.
10
Masse m = 1kg
5
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). 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
Gewichtskraft F = 9,81N 10 N
Bild 1: Masse und Kraft
p
F
Temperatur Die Temperatur beschreibt den Wärmezustand von Körpern, Flüssigkeiten oder Gasen. Das Kelvin (K) ist der 273,15te Teil der Temperaturdifferenz 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
A Druck p =
F A
Bild 2: Druck
Beispiel: Eine Schleifscheibe mit dem Durchmesser von 200 mm macht 6000 Umdrehungen in 2 min. Wie groß ist die Drehzahl? 6000 Lösung: Drehzahl (Umdrehungsfrequenz) n = = 3000/min 2 min
100 °C 100 ° C
373 K Siedepunkt von Wasser 100 K
thermodynamische Temperatur in Kelvin
Zeit, Frequenz und Drehzahl Für die Zeit t ist die Basiseinheit Sekunde (s) festgelegt. Einheiten: 1 s = 1000 ms; 1 h = 60 min = 3600 s Die 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 Schleifscheibe (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 MHz Die Umdrehungsfrequenz n (Drehzahl) ist die Anzahl der Umdrehungen je Sekunde oder Minute.
50 °C
300 K 0 °C
273 K Schmelzpunkt von Eis
200 K 0K Kelvin
–20 °C
Celsius absoluter Nullpunkt
–273 °C
Bild 3: Temperaturskalen
Größengleichungen (Formeln) Formeln stellen Beziehungen zwischen Größen her.
Schwingungen
Umdrehungen
Beispiel: Der Druck p ist die Kraft F je Fläche A. 100 N N F = 100 = 10 bar p= ; p= A 1 cm2 cm2
Beim Rechnen werden die Größen durch Formelzeichen ausgedrückt. Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und Einheit angegeben, z. B. F = 100 N oder A = 1 cm2. Einheitengleichungen geben die Beziehung zwischen Einheiten an, z. B. 1 bar = 105 Pa.
Bild 4: Periodische Vorgänge
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Grundlagen der Messtechnik
1.2
Grundlagen der Messtechnik
1.2.1 Grundbegriffe
Prüfen
Beim 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 aufweist, z. B. Maße, Form oder Oberflächengüte.
subjektives Prüfen
objektives Prüfen
Sinneswahrnehmung
Lehren
Messen
Prüfarten Subjektives Prüfen erfolgt über die Sinneswahrnehmung des Prüfers ohne Hilfsgeräte (Bild 1). Er stellt z. B. fest, ob die Gratbildung und Rautiefe am Werkstück zulässig sind (Sicht- und Tastprüfung). Objektives Prüfen erfolgt mit Prüfmitteln, d. h. mit Messgeräten und Lehren (Bild 1 und Bild 2).
Ergebnis:
Gut/Ausschuss
Messwert
Bild 1: Prüfarten und Prüfergebnis
Messen ist das Vergleichen einer Länge oder eines Winkels mit einem Messgerät. Das Ergebnis 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.
Prüfmittel
Messgeräte
Maßverkörperungen
Hilfsmittel
Lehren
Anzeigende Messgeräte
Prüfmittel Die Prüfmittel werden in drei Gruppen unterteilt: Messgeräte, Lehren und Hilfsmittel. Alle Messgeräte und Lehren bauen auf Maßverkörperungen auf. Sie verkörpern die Messgröße z. B. durch den Abstand von Strichen (Strichmaß), durch den festen Abstand von Flächen (Endmaß, Lehre) oder durch die Winkellage von Flächen (Winkelendmaß). Anzeigende Messgeräte besitzen bewegliche Marken (Zeiger, Noniusstrich), bewegliche Skalen oder Zählwerke. Der Messwert kann unmittelbar abgelesen werden. Lehren verkörpern entweder das Maß oder das Maß und die Form des Prüfgegenstandes. Hilfsmittel sind z. B. Messständer und Prismen.
Messtechnische Begriffe Um Missverständnisse bei der Beschreibung von Messvorgängen oder Auswerteverfahren zu vermeiden, sind eindeutige Grundbegriffe unerlässlich (Tabellen Seite 11 und 12).
Maßstab
Messschieber
Grenzlehren (Maßlehren)
60
Parallelendmaß
Messuhr
Radiuslehre (Formlehre)
15°
Winkelendmaß
Bild 2: Prüfmittel
Winkelmesser
Winkel (Formlehre)
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11
Grundlagen der Messtechnik Tabelle 1: Messtechnische Begriffe Begriff
Kurzzeichen
Definition, Erklärung
M
Die zu messende Länge bzw. der zu messende Winkel, z. B. ein Bohrungsabstand oder ein Durchmesser
–
Der angezeigte Zahlenwert des Messwertes ohne Einheit (vom Messbereich abhängig). Bei Maßverkörperungen entspricht die Aufschrift der Anzeige.
Messgröße
Anzeige
Skalenanzeige
–
Kontinuierliche Anzeige auf einer Strichskale
Ziffernanzeige
–
Digitale Anzeige auf einer Ziffernskale
Skalenteilungswert*
Ziffernschrittwert Angezeigter Messwert Mittelwert
Skw oder
Zw xa x1, x2 ... x¯
Wahrer Wert
Der Ziffernschrittwert entspricht dem Skalenteilungswert einer Strichskale.
0,2
0,30,01mm 0,3 0,4
Skalenanzeige
Skw = 0,01mm
Ziffernanzeige
Zw = 0,01mm
xr
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.
xa x1, x2 ...
Gemessener Wert einer Messgröße, z. B. ein unkorrigierter Einzelmesswert oder ein durch Wiederholungsmessungen ermittelter Messwert, der noch nicht um die systematischen Abweichungen As korrigiert wurde.
x¯
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 sowie durch die unbekannten systematischen Messabweichungen unsicher.
Ausgleich von bekannten, systematischen Abweichungen, z. B. Abweichung der Temperatur
u
Die Messunsicherheit beinhaltet alle zufälligen Abweichungen sowie die unbekannten und nicht korrigierten systematischen Messabweichungen.
Kombinierte Standardunsicherheit
uc
Gesamtwirkung vieler Unsicherheitsanteile an der Streuung von Messwerten, z. B. durch Temperatur, Messeinrichtung, Prüfer und Messverfahren.
Erweiterte Messunsicherheit
U
Die erweiterte Unsicherheit gibt den Bereich y – U bis y + U um das Messergebnis an, in dem der „wahre Wert“ einer Messgröße erwartet wird.
Berichtigtes Messergebnis
y
Messwert, korrigiert um bekannte systematische Messabweichungen (K – Korrektion)
Y
Das Messergebnis Y ist der wahre Wert für die Messgröße M. Es schließt die erweiterte Messunsicherheit U ein.
Vollständiges Messergebnis
0,1
Den wahren Wert würde man nur bei einer idealen Messung erhalten. Der wahre Wert xw ist ein aus vielen Wiederholungsmessungen ermittelter und um die bekannten systematischen Abweichungen korrigierter „Schätzwert“.
K
Messunsicherheit*
0,2
0
Der Mittelwert x¯ ergibt sich in der Regel aus fünf Wiederholungsmessungen.
Die Messabweichung ergibt sich durch Vergleich des angezeigten Messwertes xa oder des Mittelwertes x¯ a mit dem richtigen Wert xr (Seite 15).
Korrektionswert
0,1
Einzelne Messwerte oder Mittelwerte setzen sich aus dem richtigen Wert und den zufälligen sowie systematischen Messabweichungen zusammen.
As
Systematische Messabweichung
M
xw Richtiger Wert
Unberichtigtes Messergebnis
Differenz zwischen den Messwerten, die zwei aufeinander folgenden Teilstrichen entsprechen. Der Skalenteilungswert Skw wird in der auf Skale stehenden Einheit angegeben.
Beispiel, Formeln
* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden.
As = xa – xr K = – As
uc =
(As = x¯ a – xr )
(K = K1 + K2 ... + Kn )
u 2x1 + u 2x2 + ...32 u 2xn 133333
U = 2 · uc (Faktor 2 für Vertrauensniveau 95%) y=x+K
Y=y±U
(y = x¯ + K )
(y = x¯ + K ± U )
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Grundlagen der Messtechnik
Tabelle 1: Messtechnische Begriffe
fW
r
Messwertumkehrspanne*
fu
Die Wiederholgrenze ist der Differenzbetrag für zwei einzelne Messwerte bei einer Wahrscheinlichkeit von 95%. Die Messwertumkehrspanne eines Messgerätes ist der Unterschied der Anzeige für dieselbe Messgröße, wenn einmal bei steigender Anzeige (bei hineingehenden Messbolzen) und einmal bei fallender Anzeige (bei herausgehenden Messbolzen) gemessen wird. Die Messwertumkehrspanne kann durch einzelne Messungen bei beliebigen Werten innerhalb des Messbereiches bestimmt oder aus dem Abweichungsdiagramm entnommen werden.
Gesamtabweichungsspanne Fehlergrenze*
Messbereich*
Messspanne Anzeigebereich
fe
fges
G
90
Fehlergrenzen sind vereinbarte oder vom Hersteller angegebene Abweichungsgrenzbeträge für Messabweichungen 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 Grenzabweichungen, z. B. Go = Gu = 20 µm
90
10
Mes Die Messspanne ist die Differenz zwi-
20
70
30
70
30
50
60
40
Der Anzeigebereich ist der Bereich zwischen der größten und der kleinsten Anzeige.
* Merkmale von Messgeräten, die in Katalogen angegeben werden.
50
40
Endmaß oder Werkstück
steigende Anzeige
fallende Anzeige 90
0
10
80 70 60
50
90 20
80
30
70
10 20 30
60
40
0
50
40
hineingehender Messbolzen
herausgehender Messbolzen
obere Fehlergrenze Go
20 15
Messwertumkehrspanne fu
10
Abweichungsspanne fe
5 0 –5
Teilmessspanne f t
–10
max. Messabweichung Abweichungsspanne fges
–15 – 20
untere Fehlergrenze Gu 0
1
2 3 4 5 6 7 richtiger Wert x r (Länge von Endmaßen)
8 mm 10
herausgehender Messbolzen hineingehender Messbolzen
90
0
Freihub
10
80
20 30
70 60
50
40
schen Endwert und Anfangswert des Messbereiches.
Az
10
80
Meb Der Messbereich ist der Bereich von Messwerten, in dem die Fehlergrenzen des Messgerätes nicht überschritten werden.
0
20
60
Die Abweichungsspanne fe ist die Differenz zwischen der größten und kleinsten Messabweichung im gesamten Messbereich. Sie wird bei Messuhren und Feinzeigern bei hineingehendem Messbolzen ermittelt. Die Gesamtabweichungsspanne fges von Messuhren wird durch Messungen im ganzen Messbereich mit hinein- und herausgehendem Messbolzen ermittelt.
0
80
unterer Anschlag
Anhub
Messspanne
Abweichungsspanne*
fw
fu
Wiederholgrenze* (Wiederholbarkeit)
Wiederholpräzision ist die Fähigkeit eines Messgerätes, bei meist 5 Messungen derselben Messgröße in gleicher Messrichtung unter denselben Messbedingungen nahe beieinander liegende Anzeigen zu erreichen. Je kleiner die Streuung ist, umso „präziser“ arbeitet das Messverfahren.
Beispiel
Anzeigebereich
Wiederholpräzision*
KurzDefinition, Erklärung zeichen
Messabweichung
Begriff
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Grundlagen der Messtechnik
1.2.2 Messabweichungen Ursachen von Messabweichungen
Längenänderung –10 –5 0
(Tabelle 1, Seite 14) 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 haben (Bild 1). Bereits bei der Erwärmung eines 100 mm langen Endmaßes aus Stahl um 4 °C, z. B. durch die Handwärme, tritt eine Längenänderung von 4,6 µm auf.
Länge ö1 = 100 mm bei Bezugstemperatur Messbeispiele:
+5
+10
20°C
Werkstück aus Stahl
Mess24°C abweichung f =0 24°C
Maßverkörperung aus Stahl
24°C
Werkstück aus Aluminium
24°C
Maßverkörperung aus Stahl a)
f = 4,9
b)
Maßverkörperung aus Stahl 18°C
f = 10,8
c) Werkstück aus Aluminium Längenänderung ö1
Formänderungen durch die Messkraft treten an elastischen Werkstücken, Messgeräten und Messstativen auf. Die elastische Aufbiegung eines Messstativs bleibt ohne Wirkung auf den Messwert, wenn beim Messen 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).
24°C
Dö = ö1 . aä . Dt
Ausgangslänge bei 20°C
aä Längenausdehnungskoeffizient
Dt Temperaturänderung
Bild 1: Messabweichungen durch die Temperatur
Position des Feinzeigers: Höhe: 200 mm Ausladung: 100 mm Säule: ø22 mm Querstange: ø16 mm
10 Aufbiegung
Bei der Bezugstemperatur von 20 °C sollen Werkstücke, Messgeräte und Lehren innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen liegen.
Messvorgang am Werkstück
zul. Messkraft von Feinzeigern
5
0 0
1 Messkraft F
2
N
3
Messkraft F Einstellung mit Endmaßen
Messstativ
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. Ursachen können z. B. unbekannte Schwankungen der Messkraft und der Temperatur sein.
Bild 2: Messabweichungen durch elastische Formänderung am Messstativ durch die Messkraft
Blickrichtungen:
Systematische Messabweichungen machen den Messwert unrichtig. Wenn Größe und Vorzeichen (+ oder –) der Abweichungen bekannt sind, können sie ausgeglichen werden. Zufällige Messabweichungen machen den Messwert unsicher. Unbekannte zufällige Abweichungen sind nicht ausgleichbar.
richtig
falsch
f
Bild 3: Messabweichung durch Parallaxe
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Grundlagen der Messtechnik
Tabelle 1: Ursachen und Arten von Messabweichungen Systematische Messabweichungen
Zufällige Messabweichungen
20 °C Grat Späne Schmutz Fett
Abweichung von der Bezugstemperatur 40 °C
f
f
zu großer Messwert durch zu hohe Werkstücktemperatur
F
f
Unsicherheiten durch unsaubere Flächen u. Formabweichungen
F
Formänderung durch gleichbleibend hohe Messkraft
zu kleiner Messwert durch den Einfluss der Messkraft
kleinere Messwerte bei Außenmessungen, größere bei Innenmessungen
Formänderung durch Messkraftschwankung bei ungleichmäßigem „Andrehen” der Messspindel
f
Streuung der Messwerte durch Messkraftschwankung
f f
F
Messabweichungen durch Abnutzung der Messflächen
Kippfehler
„Kippfehler” in Abhängigkeit von Messkraft und Führungsspiel
f
Messwertunterschiede bei Maßstäben
Gewindesteigung
unsicheres Ansetzen des Messschiebers bei Innenmessungen
Einfluss von Steigungsabweichungen auf die Messwerte 0.1
0
0.2
Kleine Abweichungen der Übersetzung bewirken, dass je nach der Position des Messbolzens die Anzeige messbar abweicht.
ungleichmäßige Übertragung der Messbolzenbewegung
0.3
0.1 0.2
0.4
0.3
Parallaxe
Ablesefehler durch schrägen Blickwinkel (Parallaxe)
007-080_Kapitel_1-2
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15
Grundlagen der Messtechnik richtiger Wert x r 15
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 angezeigtem Wert xa und richtigem Wert xr.
2 1 0 –1 –2 –3
Fehlergrenze
–4 2,5
0
7,7 10,3 12,9 15 17,6 20,2 mm 25
5,1
richtiger Wert x r (Endmaße)
Bild 1: Systematische Abweichungen einer Bügelmessschraube
80
90
0
80
10
70
20
60 50
40
Nulleinstellung
0 10 20
60
30
Endmaß
90
70 50
40
30
Werkstück
M
Die Verringerung systematischer Messabweichungen 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 ermittelt werden (Bild 3):
Abweichungsdiagramm Fehlergrenze 4
0,12
Fehlergrenzen und Toleranzen • Die Fehlergrenze G darf an keiner Stelle des Messbereiches überschritten werden. • Der Normalfall in der Messtechnik sind symmetrische Fehlergrenzen. Die Fehlergrenzen enthalten die Abweichungen des Messelements, z. B. Ebenheitsabweichungen. • Die Einhaltung Fehlergrenze G kann mit Paralellendmaßen der Toleranzklasse 1 nach DIN EN ISO 3650 geprüft werden.
angezeigter Wert xa richtiger Abweichung Korrektion As Wert xr K 7,700 mm 0 0 10,300 mm 15,000 mm 17,600 mm
Messabweichung A s
Prüft man die Messabweichungen einer Bügelmessschraube im Messbereich von 0 mm bis 25 mm, erhält man das Diagramm der Messabweichungen (Bild 1). Bei Messschrauben erfolgt die Vergleichsmessung mit festgelegten Endmaßen bei verschiedenen Drehwinkeln der Messspindel.
15,002
ö0
Systematische Abweichungen können durch eine Vergleichsmessung mit genauen Messgeräten oder Endmaßen festgestellt werden.
Messen
Bild 2: Nulleinstellung der Anzeige und Unterschiedsmessung
Arbeitsregeln für Messungen unter Wiederholbedingungen A. Nulleinstellung des Feinzeigers auf den Drehteildurchmesser mit Nennmaß 30,0 mm mit einem Endmaß.
• Die wiederholten Messungen derselben Messgröße am selben Werkstück sollen aufeinanderfolgend durchgeführt werden. • Messeinrichtung, Messverfahren, Prüfperson und die Umgebungsbedingungen dürfen sich während der Wiederholmessung nicht ändern. • Wenn Rundheitsabweichungen die Messstreuung nicht beeinflussen sollen, muss stets an derselben Stelle gemessen werden.
Systematische Messabweichungen werden durch eine Vergleichsmessung festgestellt. Zufällige Abweichungen können durch Wiederholmessungen ermittelt werden.
B. 10 Wiederholmessungen Spannweite der angezeigten Werte R = xa max – xa min
Mittelwert der 10 Anzeigewerte +40 mm xa = =+4 10 Anzeigewerte in +3 +4 +5 +4 +5 +4 +6 +3 +4 +2
C. Messergebnis Mittelwert des Durchmessers x = 30,0 mm + 0,004 mm x = 30,004 mm
Bild 3: Zufällige Abweichungen eines Feinzeigers bei Messungen unter Wiederholbedingungen
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Grundlagen der Messtechnik
1.2.3 Messmittelfähigkeit und Prüfmittelüberwachung Messmittelfähigkeit Die Auswahl von Messmitteln richtet sich nach den Messbedingungen am Einsatzort und der vorgegebenen Toleranz der Prüfmerkmale, z. B. Länge, Durchmesser oder Rundheit. Von Bedeutung ist auch die Anzahl der Prüfer, da z. B. im Schichtbetrieb mit wechselnden Prüfern für die gleichen Teile die Messunsicherheit insgesamt zunimmt. Messmittel gelten als fähig, wenn die Messunsicherheit höchstens 10% der Maß- oder Formtoleranz beträgt. Messunsicherheit
Uzul = 1/10 · T
Zulässige Messunsicherheit U = 0,1 · T
Streuung
(Bild 1)
Messverfahren mit einer wesentlich kleineren Unsicherheit als 1/10 · T sind zwar geeignet, aber zu teuer. Eine größere Messunsicherheit würde dazu führen, dass zu viele Werkstücke nicht mehr eindeutig als „Gutteil“ oder „Ausschussteil“ erkannt werden, da mehr Messwerte im Bereich der Messunsicherheit U liegen (Bild 2). Der messtechnisch sichere Bereich ist umso größer, je kleiner die Messunsicherheit U ist. Liegen die Messwerte im messtechnisch sicheren Bereich, ist eine Übereinstimmung des Maßes mit der Toleranz mit Sicherheit gegeben. Beispiel für die Folgen einer zu großen Messunsicherheit U = 0,2 · T (Bild 2): Obwohl der richtige Messwert 15,005 mm außerhalb der Toleranz liegt, wird durch eine Messabweichung von + 7 µm der Messwert 15,012 mm angezeigt, ein Maß, das in der Toleranz zu liegen scheint. Ein Ausschussteil wird dadurch nicht erkannt. Umgekehrt kann ein toleranzhaltiges Maß durch eine Messabweichung zu einem angezeigten Messwert außerhalb der Toleranz führen. Ein Gutteil würde in diesem Fall irrtümlich aussortiert.
Die Beurteilung der Messmittelfähigkeit ist näherungsweise möglich, wenn die voraussichtliche Messunsicherheit bekannt ist (Tabelle 1). Unter Werkstattbedingungen beträgt die Messunsicherheit bei neuen oder neuwertigen mechanischen Handmessgeräten etwa einen Skalenteilungswert (1 Skw) und bei elektronischen etwa drei Ziffernschrittwerte (3 Zw).
Bild 1: Zulässige Messunsicherheit
messtechnisch sicherer Bereich
U U
U U
Bereiche der Messunsicherheit
Zu große Messunsicherheit U = 0,2 · T 15,010 mm
Messabweichung
15,050 mm
messtechnisch sicherer Bereich
U
U
angezeigter Wert: 15,012 mm richtiger Wert: 15,005 mm (Ausschuss)
Bild 2: Messunsicherheit im Verhältnis zur Toleranz
Tabelle 1: Messunsicherheit Messgerät
VorausFehlersichtliche grenze G Messunneuer sicherheit Messgeräte
Skw = 0,05 mm Messbereich: 0 ... 150 mm
U ≥ 50 µm
50 µm
U ≈ 10 µm
5 µm
U ≈ 1 µm
1 µm
Skw = 0,01 mm
Messgeräte für die Fertigung werden so ausgewählt, dass im Verhältnis zur Werkstücktoleranz die Messunsicherheit U vernachlässigbar klein ist. Dadurch kann der angezeigte Messwert dem Messergebnis gleich gesetzt werden.
Messbereich: 50 ... 75 mm
Skw = 1 µm Messbereich: ± 50 µm
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Grundlagen der Messtechnik
Messmittelfähigkeit bei vorgegebener Toleranz Beispiel: Mit einer mechanischen Bügelmessschraube (Skw = 0,01 mm) soll ein Durchmesser mit den Grenzmaßen 20,40 mm und 20,45 mm gemessen werden. Zu beurteilen ist die Messmittelfähigkeit (Eignung) der Messschraube in Abhängigkeit von der erwarteten Messunsicherheit und der vorgegebenen Toleranz. Lösung: Die Messunsicherheit entspricht näherungsweise 1 Skalenteilungswert (0,01 mm). Aufgrund dieser Messunsicherheit kann bei der Anzeige 20,45 mm der richtige Messwert zwischen 20,44 mm und 20,46 mm liegen. U = 0,01 mm Erwartete Messunsicherheit der Messschraube: Uzul = 0,1 · T = 0,1 · 0,05 mm = 0,005 mm Zulässige Messunsicherheit: Die Bügelmessschraube ist bei der vorgegebenen Toleranz nicht geeignet, da die voraussichtliche Messunsicherheit zu groß ist. Zu empfehlen sind elektronische Messuhren oder Feinzeiger, da diese Messgeräte durch die kleinere Streuung der Messwerte präziser arbeiten.
12 11
1
2
3
4
5
Nächste Kalibrierung
6
Jahr 2012
7
Monat
10
12
11
10
9
8
12 1 2
12
6 7 8
13
3 4 5
Bei anzeigenden Messgeräten wird durch das Kalibrieren (Einmessen) die systematische Messabweichung zwischen der Anzeige und dem richtigen Wert festgestellt. Dies geschieht durch Vergleich mit Endmaßen oder mit Messgeräten höherer Genauigkeit. Die ermittelten Abweichungen werden in einem Kalibrierschein und evtl. in Abweichungsdiagrammen dokumentiert (Bild 1, Seite 15). Die Kalibrierung wird durch einen speziellen Prüfaufkleber bestätigt, der den Termin der nächsten Überprüfung anzeigt (Bild 1).
9 10 1 1
Prüfmittelüberwachung
Bild 1: Aufkleber für kalibrierte Messgeräte
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 ermittelten Messabweichungen innerhalb der festgelegten Grenzen liegen. Das Eichen eines Prüfmittels umfasst die Prüfung und Stempelung durch eine Eichbehörde. Eichpflichtig sind z. B. Waagen, aber keine Fertigungsmessgeräte. Durch Justieren (Abgleichen) wird ein Messgerät so verändert, dass die Messabweichungen möglichst klein werden. Beispiel: Änderung von Gewichten einer Waage. Einstellen heißt, die Anzeige auf einen bestimmten Wert stellen, z. B. Nulleinstellung. Wiederholung und Vertiefung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Wie wirken sich systematische und zufällige Messabweichungen auf das Messergebnis aus? Wie kann man systematische Messabweichungen einer Messschraube ermitteln? Warum ist das Messen dünnwandiger Werkstücke problematisch? Warum können durch das Abweichen von der Bezugstemperatur bei Messgeräten und Werkstücken Messabweichungen entstehen? Worauf können systematische Abweichungen bei Messschrauben voraussichtlich zurückgeführt werden? Warum wird beim Messen in der Werkstatt der angezeigte Messwert als Messergebnis angesehen, während im Messlabor oft der angezeigte Wert korrigiert wird? Welche Vorteile hat die Unterschiedsmessung und Nulleinstellung bei Messuhren? Warum ist bei Aluminiumwerkstücken die Abweichung von der Bezugstemperatur messtechnisch besonders problematisch? Wie groß ist etwa die Längenänderung eines Parallelendmaßes (l = 100 mm, a = 0,000 016 1/°C), wenn es durch die Handwärme von 20 °C auf 25 °C erwärmt wird? Wie viel Prozent der Werkstücktoleranz dürfen die Messabweichungen höchstens betragen, damit sie beim Prüfen vernachlässigt werden können? Welche Messunsicherheit ist bei einer mechanischen Messuhr (Skw = 0,01 mm) zu erwarten?
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Maßverkörperungen, Lehren
1.3
Längenprüfmittel
1.3.1 Maßstäbe, Lineale, Winkel, Lehren und Endmaße
Tabelle 1: Fehlergrenzen von Maßstäben der Länge 500 mm
Maßstäbe, Lineale, Winkel Strichmaßstäbe verkörpern das Längenmaß Vergleichsdurch den Abstand von Strichen. Die Präzision der maßstab Strichteilung drückt sich in den Fehlergrenzen der ArbeitsMaßstäbe aus (Tabelle 1). Wenn das obere Grenzmaßstab abmaß Go eines Maßstabes überschritten oder Biegsamer das gleich große untere Grenzabmaß Gu unterStahlmaßst. schritten wird, entstehen Messfehler. BandMaßstäbe für Wegmesssysteme, z. B. aus Glas maßstab oder Stahl, arbeiten nach dem fotoelektronischen GliederAbtastprinzip. Fotoelemente erzeugen entspremaßstab chend den abgetasteten Hell-Dunkel-Feldern ein Spannungssignal. Impulsmaßstab Bei Inkrementalmaßstäben wird der Verfahrweg von Werkzeug- und Messmaschinen durch AufAbsolutsummierung von Lichtimpulsen gemessen. Als maßstab Maßverkörperung dient ein sehr genaues Strichgitter. Absolutmaßstäbe ermöglichen durch ihre Codierung die Anzeige der augenblicklichen Position des Messkopfes. Lineale werden zum Prüfen der Geradheit und Ebenheit eingesetzt (Bild 1). Haarlineale besitzen geläppte Prüfschneiden mit hoher Geradheit, die es ermöglichen, mit bloßem Auge unterschiedliche kleine Lichtspalte zu erkennen.
Grenzabmaße Go = Gu
Arten 0
1
2
7,5 µm 0
1
1
2
30 µm
2
75 µm 100 µm 1 mm
0,5 ... 20 µm
ballig
hohl
Bild 1: Geradheitsprüfung mit Haarlineal
Werden Werkstücke mit Haarlinealen gegen das Licht geprüft, erkennt man Abweichungen ab 2 µm am Lichtspalt zwischen Prüfschneide und Werkstück. Feste Winkel sind Formlehren und verkörpern meist 90°. Haarwinkel bis zur Messschenkellänge 100 x 70 mm mit dem Genauigkeitsgrad 00 haben einen Grenzwert der Rechtwinkligkeitsabweichung von nur 3 µm (Bild 2). Beim Genauigkeitsgrad 0 beträgt der Grenzwert 7 µm. Mit Haarwinkeln kann die Rechtwinkligkeit und die Ebenheit geprüft werden oder es können zylindrische oder ebene Flächen ausgerichtet werden.
Lehren
Maßlehre
Grenzlehre
Bild 3: Lehrenarten
–19
R1 – 7 mm
0
Formlehre
60h6
Lehren verkörpern Maße oder Formen, die in der Regel auf Grenzmaße bezogen sind (Bild 3). Maßlehren sind Teile eines Lehrensatzes, bei dem das Maß von Lehre zu Lehre zunimmt, z. B. Parallelendmaße oder Prüfstifte. Formlehren ermöglichen die Prüfung von Winkeln, Radien und Gewinden nach dem Lichtspaltverfahren. Grenzlehren verkörpern die zulässigen Höchstmaße und Mindestmaße. Manche Grenzlehren verkörpern neben den Grenzmaßen auch noch die Form, um z. B. die Zylinderform einer Bohrung oder das Profil von Gewinden prüfen zu können.
Bild 2: Haarwinkel 90°
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Grenzlehren
Grenzlehren Die Grenzmaße von tolerierten Werkstücken können mit entsprechenden Lehrdornen bei Bohrungen oder mit Lehrringen bei Wellen geprüft werden (Bild 1, Bild 2 und Bild 3). Taylorscher Grundsatz: Die Gutlehre muss so ausgebildet sein, dass Maß und Form eines Werkstückes bei der Paarung mit der Lehre geprüft werden (Bild 1). Mit der Ausschusslehre sollen nur einzelne Maße geprüft werden, z. B. der Durchmesser.
Ausschussseite
Gutseite
Bild 1: Grenzlehre nach Taylor
Grenzlehrdorne verwendet man zum Prüfen von Bohrungen und Nuten (Bild 4). Die Gutseite muss durch ihr Eigengewicht in die Bohrung gleiten, die Ausschussseite darf nur anschnäbeln. In den längeren Zylinder der Gutseite sind häufig Hartmetallleisten zur Verschleißminderung eingesetzt. Die Ausschussseite hat einen kurzen Prüfzylinder, ist rot gekennzeichnet und mit dem oberen Grenzabmaß beschriftet. Grenzrachenlehren eignen sich zur Prüfung von Durchmessern und Dicken von Werkstücken (Bild 5). Die Gutseite verkörpert das zulässige Höchstmaß. Sie muss durch das Eigengewicht über die Prüfstelle gleiten. Die Ausschussseite ist um die Toleranz kleiner und darf nur anschnäbeln. Die Ausschussseite hat angeschrägte Prüfbacken, ist rot gekennzeichnet und mit dem unteren Grenzabmaß beschriftet.
Grenzlehre
Gu
Go
T
Gutlehren verkörpern Maß und Form. Ausschusslehren sind reine Maßlehren. • Gutlehren verkörpern das Höchstmaß bei Wellen und das Mindestmaß bei Bohrungen. • Ausschusslehren verkörpern das Mindestmaß von Wellen oder das Höchstmaß von Bohrungen. Ein Werkstück, das sich mit der Ausschusslehre paaren lässt, ist daher Ausschuss.
Gutlehre (Gu Mindestmaß)
Ausschusslehre (Go Höchstmaß)
Bild 2: Grenzlehrdorn
Gutlehre
Ausschusslehre
Bild 3: Lehrringe
Gutseite
Ausschussseite 0
Das Prüfergebnis ist beim Lehren Gut oder Ausschuss. Da das Lehren keine Messwerte ergibt, können die Prüfergebnisse nicht zur Qualitätslenkung eingesetzt werden. Prüfkraftschwankungen und der Lehrenverschleiß beeinflussen sehr stark die Prüfergebnisse. Die Prüfunsicherheit ist beim Lehren umso höher, je kleiner die Maße und Toleranzen sind. Toleranzgrade kleiner 6 (< IT6) sind mit Lehren daher kaum prüfbar.
+ 25
45H7
Wiederholung und Vertiefung Bild 4: Grenzlehrdorn
Gutseite
Ausschussseite
–16
0
42h6
1 Warum haben Haarlineale und Haarwinkel geläppte Prüfschneiden? 2 Warum eignet sich das Prüfen mit Lehren nicht zur Qualitätslenkung, z. B. beim Drehen? 3 Warum entspricht eine Grenzrachenlehre nicht dem Taylorschen Grundsatz? 4 Woran erkennt man die Ausschussseite eines Grenzlehrdornes? 5 Warum verschleißt die Gutseite einer Grenzlehre schneller als die Ausschussseite?
Grenzrachenlehre
Bild 5: Grenzrachenlehre
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Endmaße
Tabelle 1: Parallelendmaße (Werte in µm für Nennmaße 10...25mm)
0,05
+ 0,3
Bezugsnormale zum Kalibrieren von Endmaßen u. zum Einstellen präziser Messgeräte und Lehren
0
0,1
+ 0,14
Einstellen und Kalibrieren von Lehren und Messgeräten in klimatisierten Messräumen
1
0,16
+ 0,3
Meistbenutzte Gebrauchsnormale zum Prüfen in Messräumen und in der Fertigung
2
0,3
+ 0,6
Gebrauchsnormale zum Einstellen und Prüfen von Werkzeugen, Maschinen und Vorrichtungen
Endmaße der Kalibrierklasse K haben die kleinsten Abweichungen der Ebenheit und Parallelität, was für genaue Messungen und Endmaßkombinationen sehr wichtig ist (Bild 3). Die relativ großen Grenzabmaße der Länge werden durch den bekannten Korrektionswert K ausgeglichen (Seite 11). Endmaße der Toleranzklassen K und 0 kann man ohne Druck anschieben (Bild 2). Beim Zusammenstellen einer Endmaßkombination beginnt man mit dem kleinsten Endmaß (Tabelle 2 und Bild 3). Angeschobene Stahlendmaße neigen nach einiger Zeit zum Kaltverschweißen und sollten daher nach dem Gebrauch getrennt werden. Endmaße aus Hartmetall sind gegenüber Stahlendmaßen 10-mal verschleißfester. 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 geprüft (Bild 4). Parallelendmaßsätze sind meist 46-teilig, sortiert in 5 Maßbildungsreihen (Tabelle 3).
tv
Bild 1: Abmaße von Endmaßen
Toleranz- Toleranz für die Grenzabklasse Abweichungs- maße der Verwendung spanne tv Länge te K
Abweichungsspanne
te te
Grenzabmaße Nennmaß
Parallelendmaße Parallelendmaße sind die genauesten und wichtigsten Maßverkörperungen zur Längenprüfung. Die Maßgenauigkeit der Endmaße ist abhängig von der Toleranzklasse und vom Nennmaß (Tabelle 1 und Bild 1). Die Toleranz für die Abweichungsspanne tv begrenzt die Ebenheits- und Parallelitätsabweichungen und das Grenzabmaß te beschreibt die zulässige Längenabweichung vom Nennmaß.
20 40
Bild 2: Ansprengen von Endmaßen
Bild 3: Endmaßkombination
Bild 4: Prüfen von Rachenlehren mit Endmaß und Prüfstift
Tabelle 2: Maßkombination 1. Endmaß 2. Endmaß 3. Endmaß Maßkombination:
1,003 mm 9,000 mm 50,000 mm 60,003 mm
Arbeitsregeln für den Gebrauch von Endmaßen
• • • •
Die Endmaße werden vor Gebrauch mit einem nicht fasernden Stoff (Leinenlappen) sauber abgewischt. Endmaßkombinationen sollen wegen der Gesamtabweichung aus möglichst wenigen Endmaßen bestehen. Stahlendmaße dürfen nicht länger als 8 Stunden angesprengt bleiben, da sie sonst kaltverschweißen. Nach Gebrauch müssen Endmaße aus Stahl oder Hartmetall gereinigt und mit säurefreier Vaseline eingefettet werden.
Tabelle 3: Endmaßsatz Reihe
Nennmaße mm
Stufung mm
1 2 3 4 5
1,001 ... 1,009 1,01 ... 1,09 1,1 ... 1,9 1 ... 9 10 ... 100
0,001 0,01 0,1 1,0 10,00
