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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
001-006 Titelei 30.01.2012 11:42 Uhr Seite 2
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
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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
1 Längenprüftechnik
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
001-006 Titelei 30.01.2012 11:42 Uhr Seite 4
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
001-006 Titelei 30.01.2012 11:42 Uhr Seite 5
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
001-006 Titelei 25.03.2010 9:18 Uhr Seite 6
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
1 Längenprüftechnik
2 Qualitätsmanagement
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 7
8 Längenprüftechnik
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°.
1 Längenprüftechnik
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 8
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 9
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 10
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 11
12 Grundlagen der Messtechnik
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 12
13Grundlagen der Messtechnik
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
Maßverkörperung aus Stahl 24°C
Werkstück aus Aluminium 24°C
Maßverkörperung aus Stahl 18°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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 13
14 Grundlagen der Messtechnik
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
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 14
15Grundlagen der Messtechnik
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.
007-080_Kapitel_1-2 29.04.2010 7:41 Uhr Seite 15
16 Grundlagen der Messtechnik
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)
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 16
17Grundlagen der Messtechnik
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?
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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
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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?
007-080_Kapitel_1-2 26.03.2010 10:12 Uhr Seite 19
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
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