fachwissen metall · 2019. 4. 24. · 3 vorwort zur 11. auflage des lehrbuchs gegenüber der 10....

Lernsituationen

Prüftechnik,Qualitäts-

management

Fertigungstechnik

Werkstofftechnik

TechnischeKommunikation

Grundlagen der CNC-Technik

Steuerungstechnik

Instandhaltung –Wartungstechnik

Elektrotechnik

Maschinen- und Gerätetechnik

Bestellnummer 0330A

Klaus Hengesbach, Fritz Koch, Georg Pyzalla, Walter Quadflieg,

Werner Schilke, Johannes Schmidt, Holger Stahlschmidt

Fachwissen Metall

Grundstufe und Fachstufe 1

11. Auflage

[email protected]

www.bildungsverlag1.de

Bildungsverlag EINS GmbH

Ettore-Bugatti-Straße 6–14, 51149 Köln

ISBN 978-3-8237-0330-3

© Copyright 2016: Bildungsverlag EINS GmbH, KölnDas Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenenFällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.Hinweis zu § 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und inein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

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Vorwort zur 11. Auflage des Lehrbuchs

Gegenüber der 10. Auflage wurde das Kap. „Instandhaltung technischer Systeme“ aufgrund der Normen-änderungen in diesem Bereich neu gegliedert, stark überarbeitet und erweitert. Neben der redaktionellenÜberarbeitung des gesamten Lehrbuchs wurde das Kapitel „Grundlagen der CNC-Technik“ den neuen Tech-niken angepasst und ergänzt.Über BuchPlusWeb (siehe Anmerkungen im vorderen Innendeckel) können zusätzliche Informationenabgerufen werden.

Hinweise für den Benutzer

Das Lernpaket „Fachwissen Metall“ besteht aus den zwei einander zugeordneten Büchern:

� dem hier vorliegenden Lehrbuch mit dem Titel „Fachwissen Metall“ (0330A 11. Auflage)� dem Aufgabenbuch mit dem Titel „Fragen, Aufgaben, Lernsituationen“ (0332 9. Auflage)

Das vorliegenden Lehrbuch „Fachwissen Metall“ enthält den Lernstoff für dieGrundstufe und die Fachstufe 1 für alle metallverarbeitenden Berufe. Nebendem bewährten Einsatz für Schüler in Berufsfachschulen ist es besonders fürdie zweijährige Ausbildung zur Fachkraft für Metallverarbeitung in den jewei-ligen Fachrichtungen geeignet.Jedes Kapitel wird mit einer Handlungsstruktur eingeleitet, die den Umgangmit dem dargebotenen Lernstoff thematisiert. Unter den Seiten stehen in blauer Schrift Verweise zu den Übungsaufgaben,die den jeweiligen Seiten zugeordnet sind. Beispielsweise findet man im Kapi-tel Fertigungstechnik mit dem Piktogramm eines Keiles auf der Seite 71 die Ver-weise zu den Übungsaufgaben 3/2 bis 3/7.Die zugeordneten Übungsaufgaben liegen im Aufgabenbuch im dortigen Kapi-tel Fertigungstechnik mit dem Piktogramm eines Keiles in gleicher Bezeich-nungsart vor.Die mathematischen Inhalte innerhalb der einzelnen Kapitel im Lehrbuch sindim Inhaltsverzeichnis mit dem Buchstaben M gekennzeichnet.

Das zugehörige Aufgabenbuch „Fragen, Aufgaben, Lernsituationen“

(Bestell-Nr.: 0332 9. Auflage) enthält:– Übungsaufgaben und Fragen, auf die im Lehrbuch verwiesen wird, – zusätzliche Informationen zu den mathematisch/technologischen Bezügen in

den angesprochenen Fachgebieten, – Lernsituationen, die den Lernfeldern der Metalltechnik zugeordnet sind, – einen Kurs „Technische Mathematik“ mit Beispielrechnungen und Übungs-

aufgaben.

Die Lösungen zum Aufgabenbuch erhalten Sie unter folgenden Formaten:– Print (Bestell-Nr. 0372APD), – Download (Bestell-Nr. 0372ADL).

Das Unterrichtsbegleitmaterial auf CD-ROM erhält der Lehrer unter der Bestell-Nr. 03310, es enthält u.a.:– Lösungsbeispiele zu den Lernsituationen aus dem Lehrbuch,– Beispiele für Handlungssituationen zu verschiedene Lernfeldern,– Handlungsstrukturen zu verschiedenen Themenbereichen,– Zeichnungen und Fotos aus dem Lehrbuch.

Wir Autoren danken dem Seniorlektor Herrn Udo Jettkant im technischen Lektorat des Verlages für seinefachliche Beratung und seinen außerordentlichen Einsatz bei der Erstellung der Buchreihen mit uns.

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Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.1 Bedeutung des Prüfens in der Fertigung . . 151.2 Subjektives und objektives Prüfen . . . . . . . 151.3 Grundgrößen (Basisgrößen) und ihre

Einheiten (Basiseinheiten) . . . . . . . . . . . . M 161.4 Formelzeichen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5 Prüfverfahren: Messen und Lehren . . . . . . 17

2 Prüfen von Längen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1 Maßsysteme und Einheiten. . . . . . . . . . . . . 172.2 Höchstmaß – Mindestmaß – Toleranz . . . M 182.3 Begriffe der Längenmesstechnik. . . . . . . . . 192.4 Direkte Längenmessung . . . . . . . . . . . . . . . 202.4.1 Messen mit Strichmaßen. . . . . . . . . . . . . . . 202.4.2 Messen mit Messschiebern . . . . . . . . . . . . . 212.4.3 Messen mit Messschrauben . . . . . . . . . . . . 232.4.4 Messen mit Messuhren und Feinzeigern . . 252.4.5 Messen mit Endmaßen . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5 Indirekte Längenmessung . . . . . . . . . . . . . . 272.5.1 Pneumatische Längenmessung . . . . . . . . . 272.5.2 Elektrische Längemessung . . . . . . . . . . . . . 282.6 Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.6.1 Formlehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.6.2 Maßlehren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.6.3 Grenzlehren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3 Prüfen von Winkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1 Messen von Winkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.2 Lehren von Winkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4 Prüfung der Rauheit von Oberflächen . . . . 32

4.1 Oberflächenkenngrößen . . . . . . . . . . . . . . . 324.1.1 Rauheitskenngröße Rz . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.1.2 Rauheitskenngröße Ra. . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2 Verfahren zur Prüfung der Rauheit . . . . . . . 334.2.1 Prüfen mit Tastschnittgeräten . . . . . . . . . . . 334.2.2 Prüfen durch Vergleich mit

Oberflächenmustern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.3 Angabe der Oberflächenbeschaffenheit

in Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.4 Fertigungsverfahren und

Oberflächenbeschaffenheit . . . . . . . . . . . . . 34

5 Prüfen von Gewinden . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.1 Lehren von Gewinden . . . . . . . . . . . . . . . . . 355.2 Messen von Gewinden . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6 Messabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.1 Größe der Messabweichung . . . . . . . . . . . . 376.2 Arten von Messabweichungen . . . . . . . . M 376.3 Ursachen von Messabweichungen. . . . . . . 37

7 Auswahl von Prüfverfahren und Prüfgeräten 39

8 Passungen und Prüfen von Passmaßen. . . 40

8.1 Bedeutung der Passungen. . . . . . . . . . . . . . 408.2 Begriffe und Maße bei Passungen . . . . . . . 408.3 ISO-Normen für Maß- und

Passungsangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.4 Passung, Spiel und Übermaß . . . . . . . . . M 438.5 Einteilung der Passungen . . . . . . . . . . . . . . 43

Prüftechnik, Qualitätsmanagement

Inhaltsverzeichnis

8.6 Passungssysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448.7 Passungsnormen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458.8 Auswahl von Passungen . . . . . . . . . . . . . . . 468.9 Lehren von Passmaßen . . . . . . . . . . . . . . . . 47

9 Form- und Lagetoleranzen und ihre

Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

9.1 Toleranzzone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489.2 Formtoleranzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499.3 Lagetoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499.4 Messen von Form- und Lageabweichungen 519.4.1 Symbolische Darstellung von

Prüfeinrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519.4.2 Messverfahren zum Messen von Form-

und Lageabweichungen. . . . . . . . . . . . . . . . 51

10 Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

10.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5310.2 Einflussgrößen auf Qualität. . . . . . . . . . . . . 5410.3 Qualitätssicherungsnormen . . . . . . . . . . . . 5510.4 Qualitätssicherung in der Produktplanung 5610.5 Qualitätssicherung in der Entwicklung

und Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5610.6 Qualitätssicherung in der Prozessplanung. 5710.6.1 Fertigungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5710.6.2 Prüfplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5910.7 Qualitätssicherung in der Fertigung . . . . . . 6110.7.1 Maschinen- und Prozessfähigkeit . . . . . . . . 6110.7.2 Prozessüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6110.7.3 Fehlerdatenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

1 Einteilung der Fertigungsverfahren . . . . . . 65

2 Vorbereitende Arbeiten zur Fertigung

von Werkstücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.1 Anreißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.2 Körnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3 Fertigungsverfahren des Trennens. . . . . . . 70

3.1 Grundbegriffe zum Zerteilen und Spanen . 713.1.1 Keil als Werkzeugschneide . . . . . . . . . . . . . 713.1.2 Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.1.3 Kräftezerlegung am Keil. . . . . . . . . . . . . . . . 733.1.4 Keilwinkel zur Bearbeitung unterschied-

licher Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.2 Zerteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.2.1 Zerteilen durch Messerschneiden. . . . . . . . 753.2.2 Zerteilen durch Beißschneiden . . . . . . . . . . 763.2.3 Zerteilen durch Scherschneiden . . . . . . . M 773.2.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.2.3.2 Blechscheren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.2.3.3 Schneidwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.2.3.4 Schneidverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.2.3.5 Scherkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.3 Spanen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.3.1 Spanabnehmende Wirkung des Keils. . . . . 833.3.2 Winkel an der Werkzeugschneide . . . . . . . . 833.3.3 Spanen mit dem Meißel . . . . . . . . . . . . . . . 843.3.4 Sägen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.3.5 Feilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.3.6 Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.3.7 Berechnung von Schnittdaten zum BohrenM 95

Fertigungstechnik

5

3.3.8 Senken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963.3.9 Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973.3.10 Gewindeschneiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 993.4 Fertigen mit Werkzeugmaschinen. . . . . . . . 1033.4.1 Technologische Grundbegriffe . . . . . . . . . . 1033.4.1.1 Eingangsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.4.1.2 Ausgangsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.4.2 Schneidstoffe für maschinelles Spanen . . . 1073.4.2.1 Schnellarbeitsstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.4.2.2 Hartmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.4.2.3 Polykristalliner Diamant (PKD) . . . . . . . . . . 1083.4.2.4 Keramische Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . 1083.4.2.5 Normung von Wendeschneidplatten . . . . . 1093.4.3 Übersicht über maschinelle

Fertigungsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.4.4 Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 1123.4.4.1 Einteilung der Drehverfahren . . . . . . . . . . . 1123.4.4.2 Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133.4.4.3 Drehwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1153.4.4.4 Spannen der Werkstücke . . . . . . . . . . . . . . 1193.4.4.5 Spezielle Drehverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1223.4.4.6 Einflussgrößen auf die Oberflächen-

beschaffenheit beim Drehen . . . . . . . . . . . 1243.4.4.7 Berechnungen zum Drehen . . . . . . . . . . . . 1253.4.4.8 Bestimmung der Schnittwerte

für einen Auftrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1293.4.5 Fräsen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 1313.4.5.1 Einteilung der Fräsverfahren . . . . . . . . . . . 1313.4.5.2 Vergleich wichtiger Fräsverfahren . . . . . . . 1323.4.5.3 Fräswerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1333.4.5.4 Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373.4.5.5 Spannen der Werkstücke . . . . . . . . . . . . . . 1383.4.5.6 Bestimmen von Arbeitsgrößen beim Fräsen 1393.4.5.7 Arbeitsplan zur Auswahl von Fräswerkzeugen

und Bestimmung von Einstellgrößen . . . . 1433.4.5.8 Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1443.4.5.9 Werkzeugverschleiß und Werkstückfehler 1463.4.6 Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1473.4.6.1 Schleifwerkzeuge – Aufbau . . . . . . . . . . . . 1473.4.6.2 Schleifwerkzeuge – Einsatzbedingungen,

Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1493.4.6.3 Arbeitsverfahren auf Schleifmaschinen . . . 1523.4.6.4 Schnittbedingungen und Oberflächen-

beschaffenheit beim Schleifen . . . . . . . . . . 1533.4.6.5 Schleifmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543.4.7 Honen und Läppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1553.4.8 Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1573.4.8.1 Thermisches Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . 1573.4.8.2 Chemisches Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1583.4.8.3 Elektrochemisches Abtragen . . . . . . . . . . . 1583.5 Kühlschmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1593.5.1 Bedeutung von Kühlung und Schmierung

beim Zerspanen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1593.5.2 Arten vonKühlschmierstoffen . . . . . . . . . . . 161

4 Fertigungsverfahren des Urformens . . . . . 163

4.1 Urformen von Metallen durch Gießen . . . . 1644.1.1 Arten von Formen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644.1.2 Handformverfahren zum Herstellen

von Sandformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1654.1.3 Vollformgießverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . 1674.1.4 Maskenformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . 1674.1.5 Feingussformverfahren

(Wachsausschmelzverfahren) . . . . . . . . . . . 1674.1.6 Druckgießverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1684.2 Urformverfahren für Kunststoffe . . . . . . . . 1694.2.1 Spritzgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1694.2.2 Pressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1704.2.3 Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1704.3 Urformen durch Sintern. . . . . . . . . . . . . . . . 170

5 Fertigungsverfahren des Umformens . . . . 171

5.1 Verhalten des Werkstoffs beim Umformen 1725.2 Übersicht über Umformverfahren . . . . . . . 1735.3 Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.3.1 Vorgänge beim Biegen. . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.3.2 Biegeradius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755.3.3 Biegen von Blech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1765.3.4 Biegen von Rohren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1775.4 Sicken, Bördeln, Falzen . . . . . . . . . . . . . . . . 1785.5 Richten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1795.5.1 Richten durch äußere Krafteinwirkung. . . . 1795.5.2 Richten durch Wärmewirkung. . . . . . . . . . . 1805.6 Schmieden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1815.6.1 Vorgänge beim Schmieden . . . . . . . . . . . . . 1815.6.2 Schmiedeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1825.7 Übersicht über weitere Umformverfahren. 1845.8 Berechnungen zum Umformen . . . . . . . . M 1855.8.1 Berechnung von gestreckten Längen . . . M 1855.8.2 Berechnung von Blechbedarf

und Verschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 1875.8.3 Berechnung von Schmiederohlängen. . . M 188

6 Fertigungsverfahren des Fügens . . . . . . . . 189

6.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.1.1 Einteilung der Fügeverfahren . . . . . . . . . . . 1896.1.2 Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 1916.2 Fügen mit Gewinden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1926.2.1 Kräfte am Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 1926.2.2 Gewindearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.2.3 Schrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.2.3.1 Schrauben- und Mutternformen . . . . . . . . . 1986.2.3.2 Schraubensicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . 1996.2.3.3 Festigkeit von Schrauben und Muttern . . . 2006.2.4 Berechnung des Drehmomentes zum

Anziehen von Schrauben . . . . . . . . . . . . . M 2016.3 Fügen mit Stiften und Bolzen . . . . . . . . . . . 2026.3.1 Stifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2026.3.2 Bolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.4 Fügen mit Passfedern, Keilen und

Profilformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.4.1 Vergleich zwischen Passfeder- und

Keilverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.4.2 Formen von Passfedern . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.4.3 Formen von Keilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.4.4 Fügen mit Profilformen . . . . . . . . . . . . . . . . 2066.5 Fügen mit Nieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2076.5.1 Nietverbindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2076.5.2 Nietformen und Nietwerkstoffe. . . . . . . . . . 2086.6 Fügen durch Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . 2096.6.1 Einteilung der Schweißverfahren . . . . . . . . 2096.6.2 Gestaltung von Schweißverbindungen . . . 2106.6.3 Gasschmelzschweißen. . . . . . . . . . . . . . . . . 2116.6.4 Lichtbogenschmelzschweißen . . . . . . . . . . 2146.6.4.1 Verfahren des Lichtbogenschmelz-

schweißens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2146.6.4.2 Schweißstrom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2146.6.4.3 Lichtbogenhandschweißen . . . . . . . . . . . . . 2166.6.4.4 Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2196.6.4.5 Metallschutzgasschweißen (MSG) . . . . . . . 2206.6.4.6 Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG). . . . . . 2236.6.5 Gefügeänderungen beim Metallschweißen 2256.6.6 Fehler beim Metallschweißen . . . . . . . . . . . 2256.6.7 Überblick über die Schweißverfahren

zum Metallschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2276.7 Fügen durch Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2296.7.1 Vor- und Nachteile von Klebeverbindungen 2296.7.2 Vorgänge beim Kleben. . . . . . . . . . . . . . . . . 2306.7.3 Gestaltung von Klebeverbindungen . . . . . . 2316.7.4 Übersicht über Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . 2326.7.5 Schutzmaßnahmen beim Kleben . . . . . . . . 232

6

6.8 Fügen durch Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2336.8.1 Anwendung des Lötens . . . . . . . . . . . . . . . . 2336.8.2 Vorgänge beim Löten. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2336.8.3 Lötverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2356.8.4 Gestaltung von Lötverbindungen . . . . . . . . 2366.8.5 Lote und Flussmittel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

7 Beschichten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

7.1 Beschichten durch Anstreichen. . . . . . . . . . 2387.2 Beschichten durch Verzinken. . . . . . . . . . . . 2387.3 Beschichten durch Galvanisieren . . . . . . . . 2407.4 Beschichten durch Metallspritzen . . . . . . . . 241

8 Arbeitssicherheit und Unfallschutz . . . . . . 242

8.1 Sicherheit beim Arbeiten an Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

8.1.1 Allgemeine Forderungen zum sicherheitsgerechten Verhalten. . . . . . . . . . 242

8.1.2 Arbeitssicherheit bei spanenden Fertigungsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.2 Sicherheit beim Schweißen. . . . . . . . . . . . . 2448.3 Schutzmaßnahmen beim Umgang mit

Kühlschmierstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2458.4 Maßnahmen bei Unfällen . . . . . . . . . . . . . . 2458.5 Sicherheitskennzeichnung. . . . . . . . . . . . . . 246

9 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

1 Eigenschaften der Werkstoffe. . . . . . . . . . . 249

1.1 Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . 2491.1.1 Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . 2491.1.2 Thermische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . 2521.2 Chemische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . 2531.3 Technologische Eigenschaften . . . . . . . . . . 253

2 Aufbau metallischer Werkstoffe . . . . . . . . . 254

2.1 Chemische Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2542.2 Aufbau von reinen Metallen . . . . . . . . . . . . 2562.2.1 Metallbindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2562.2.2 Schmelzverhalten von reinem Metall . . . . . 2562.2.3 Metallgefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2582.2.4 Gittertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2592.3 Legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2602.3.1 Legierungen mit Mischkristallen. . . . . . . . . 2612.3.2 Legierungen mit Kristallgemengen . . . . . . 263

3 Eisen und Stahl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

3.1 Roheisen- und Stahlerzeugung . . . . . . . . . . 2663.1.1 Roheisenerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2663.1.2 Stahlerzeugung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2663.1.3 Einfluss der Legierungselemente . . . . . . . . 2683.2 Gefüge und Eigenschaften von Stahl . . . . . 2693.2.1 Kohlenstoffgehalt von Stahl . . . . . . . . . . . . 2693.2.2 Gefügebestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2693.2.3 Eigenschaften der Stähle in Abhängigkeit

vom Gefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2713.3 Stoffeigenschaft ändern von Stahl . . . . . . . 2723.3.1 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2723.3.2 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2733.3.3 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2773.3.4 Härten der Randschicht . . . . . . . . . . . . . . . . 2773.3.4.1 Flamm- und Induktionshärten . . . . . . . . . . . 2773.3.4.2 Einsatzhärten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2783.3.4.3 Nitrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2793.4 Einteilung, Normung und Verwendung

von Stählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Werkstofftechnik

3.4.1 Einteilung von Stählen. . . . . . . . . . . . . . . . . 2793.4.2 Normung von Stählen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2803.4.2.1 Kurznamen von Stählen. . . . . . . . . . . . . . . . 2803.4.2.2 Werkstoffnummern von Stählen. . . . . . . . . 2833.4.3 Stahlsorten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2843.5 Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe . . . . . . . 2853.5.1 Stahlguss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2863.5.2 Gusseisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2873.5.2.1 Gefüge und Eigenschaften von Gusseisen 2873.5.2.2 Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL) . . . . 2873.5.2.3 Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) . . . . . . . 2883.5.3 Normbezeichnung von Fe-C-

Gusswerkstoffen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

4 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

4.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen . . 2904.1.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . 2904.1.2 Normbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2914.2 Kupfer und Kupferlegierungen . . . . . . . . . . 2924.2.1 Eigenschaften und Verwendung . . . . . . . . . 2924.2.2 Kupferlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

5 Sinterwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

5.1 Herstellung von Sinterteilen aus Metallpulvern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

5.2 Sintermetalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2955.3 Hartmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2965.4 Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 297

6 Verbundwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

7 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

7.1 Einteilung der Kunststoffe nach Strukturund thermischem Verhalten . . . . . . . . . . . . 299

7.2 Erzeugung von Kunststoffen . . . . . . . . . . . . 3007.3 Übersicht über wichtige Kunststoffe . . . . . 301

8 Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

8.1 Mechanische Prüfverfahren. . . . . . . . . . . . . 3038.1.1 Zugversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3038.1.2 Härteprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3058.1.3 Kerbschlag-Biegeversuch. . . . . . . . . . . . . M 3078.2 Technologische Prüfverfahren. . . . . . . . . . . 3088.2.1 Ausbreitprobe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3088.2.2 Faltversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3088.2.3 Tiefungsversuch nach Erichsen. . . . . . . . . . 3088.3 Metallografische Prüfverfahren . . . . . . . . . 3088.3.1 Mikroskopische Untersuchungsverfahren 3088.4 Zerstörungsfreie Prüfverfahren. . . . . . . . . . 3098.4.1 Prüfung mit Röntgenstrahlen . . . . . . . . . . . 3098.4.2 Prüfen mit Magnetpulver. . . . . . . . . . . . . . . 3098.4.3 Prüfung mit Kapillarverfahren. . . . . . . . . . . 3108.4.4 Prüfung mit Ultraschall . . . . . . . . . . . . . . . . 310

1 Energie, Stoff, Information . . . . . . . . . . . . . 312

1.1 Energie und Energieumsetzung . . . . . . . . . 3121.1.1 Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3121.1.2 Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3131.1.3 Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3141.1.4 Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3151.2 Stoff und Stoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . 3161.2.1 Stoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3161.2.2 Stoffumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3161.3 Information und Informationsum-

setzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

Maschinen- und Gerätetechnik

7

2 Systeme zur Umsetzung von Energie,

Stoff und Information . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

2.1 Systemtechnische Grundlagen . . . . . . . . . . 3212.1.1 Technisches System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3212.1.2 Unterteilung innerhalb eines technischen

Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3222.1.3 Funktionen von Einrichtungen . . . . . . . . . . 3232.1.4 Funktionen von Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . 3232.2 Systeme zum Energieumsatz . . . . . . . . . . . 3262.2.1 Kraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3262.2.2 Kraftmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3262.3 Systeme zum Stoffumsatz . . . . . . . . . . . . . . 3292.3.1 Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3292.3.2 Pumpen und Verdichter . . . . . . . . . . . . . . . . 3302.4 Systeme zum Informationsumsatz . . . . . . . 3312.4.1 Informationsumsatz bei der industriellen

Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3312.4.2 Messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3322.4.3 Steuerungs- und Regelungssysteme . . . . . 3332.4.4 Datenverarbeitungssysteme . . . . . . . . . . . . 334

3 Funktionseinheiten des Maschinenbaus . . 335

3.1 Einteilung der Funktionseinheiten . . . . . . . 3353.2 Funktionseinheiten zum Stützen und

Tragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3353.2.1 Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3353.2.1.1 Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3363.2.1.2 Wälzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3403.2.1.3 Gegenüberstellung von Gleit- und

Wälzlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3443.2.2 Geradführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3443.2.2.1 Gleitführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3443.2.2.2 Wälzführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3453.2.3 Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3463.3 Elemente und Gruppen zur Energie-

übertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3473.3.1 Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3473.3.2 Kupplungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3503.3.2.1 Aufgaben und Einteilung von Kupplungen 3503.3.2.2 Nicht schaltbare Kupplungen . . . . . . . . . . . 3503.3.2.3 Schaltbare Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . 3523.3.3 Getriebe und ihre Einteilung . . . . . . . . . . . . 3553.3.4 Berechnungsgrundlagen für Getriebe. . . M 3563.3.5 Zugmittelgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3593.3.5.1 Kraftschlüssige Riemengetriebe . . . . . . . . 3593.3.5.2 Formschlüssige Riemengetriebe . . . . . . . . 3603.3.5.3 Kettengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3603.3.5.4 Vergleich der Zugmittelgetriebe . . . . . . . . . 3613.3.6 Zahnradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3613.3.6.1 Zahnradmaße und ihre Berechnung . . . . . 3613.3.6.2 Zahnflankenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3623.3.6.3 Formen von Zahnradgetrieben . . . . . . . . . 3643.3.6.4 Verstellbare Zahnradstufengetriebe . . . . . 3663.3.7 Stufenlos verstellbare mechanische

Getriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3673.3.7.1 Reibradgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3673.3.7.2 Umschlingungsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . 3683.3.7.3 Kugelscheibengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . 368

4 Festigkeitsberechnungen von

Bauelementen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

4.1 Grundlagen zur Festigkeitsberechnung . . . 3694.1.1 Beanspruchungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . 3694.1.2 Belastungsarten – Belastungsfälle . . . . . . . 3694.1.3 Zugbeanspruchung. . . . . . . . . . . . . . . . . . M 3704.1.4 Druckbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . M 3714.1.5 Scherbeanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . M 3724.2 Berechnung von Verbindungselementen M 3734.2.1 Berechnung von Schrauben. . . . . . . . . . . M 3734.2.2 Berechnung von Stiften . . . . . . . . . . . . . . M 375

4.2.3 Berechnung von Passfedern . . . . . . . . . . M 3764.2.4 Berechnung von Klebeverbindungen . . . M 3774.2.5 Berechnung von Lötverbindungen . . . . . M 377

1 Technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

1.1 Technische Zeichnungen als Informationsträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

1.2 Von der räumlichen Darstellung zur technischen Zeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . 381

1.2.1 Festlegung der Werkstücklage für die zeichnerische Darstellung . . . . . . . . . . . . . . 382

1.2.2 Blatteinteilung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3831.2.3 Schriftfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3831.2.4 Blattgrößen und Maßstäbe . . . . . . . . . . . . . 3841.3 Beschriftungen in technischen Zeichnungen 3851.3.1 Normschrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3851.3.2 Maßeintragungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3851.3.3 Maßbezugsebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3861.3.4 Bemaßung einzelner Formelemente . . . . . 3871.3.5 Eintragung von Toleranzangaben . . . . . . . . 3881.3.6 Eintragung von Oberflächenangaben. . . . . 3891.3.7 Anwendungsbezogene Bemaßung. . . . . . . 3911.4 Darstellung und Bemaßung zylindrischer

Werkstücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3921.5 Schnittdarstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3931.6 Darstellung und Bemaßung von Gewinden 3941.7 Normen und Normteile . . . . . . . . . . . . . . . . 3951.8 Gesamtzeichnung und Stückliste . . . . . . . . 3961.9 Darstellung von Schraubenverbindungen . 398

2 Technische Informationsquellen. . . . . . . . . 399

2.1 Arbeitspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3992.2 Betriebsanleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4002.3 Montage-/Demontagebeschreibungen. . . . 4002.4 Anordnungspläne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

1 CNC-Werkzeugmaschinen. . . . . . . . . . . . . . 403

1.1 Datenfluss in CNC-Maschinen. . . . . . . . . . . 4031.2 Lageregelung an CNC-Maschinen . . . . . . . 4041.3 Bahnsteuerungen an CNC-Maschinen . . . . 405

2 Grundlagen zur manuellen

Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

2.1 Arbeitsablauf beim manuellen Programmieren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

2.2 Koordinatensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4062.3 Wahl des Werkstücknullpunktes . . . . . . . . . 4072.4 Bemaßungsarten für die Programmierung 4072.5 Programmierung von Bahnbewegungen. . 4082.6 Programmierung von Schaltinformationen 4122.7 Zusammenstellung von Programmdaten

zu Sätzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

3 Programmieren zur Fertigung von

Drehteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

3.1 Programmieren der Weginformationen beim Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414

3.1.1 Koordinatensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4143.1.2 Nullpunkte und Bezugspunkte . . . . . . . . . . 4143.1.3 Drehteile mit geradliniger Kontur . . . . . . . . 415

Grundlagen der CNC-Technik

Technische Kommunikation

8

3.1.4 Drehteile mit kreisförmiger Kontur . . . . . . . 4153.2 Programmieren von Werkzeugdaten . . . . . 4173.2.1 Werkzeuge und Werkzeugmaße . . . . . . . . . 4173.2.2 Schneidenradiuskompensation. . . . . . . . . . 4183.3 Drehzyklen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

4 Programmieren zur Fertigung von

Frästeilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

4.1 Programmieren von Weginformationen beim Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

4.1.1 Achsrichtungen bei Fräsarbeiten . . . . . . . . 4204.1.2 Bahnsteuerungen beim Fräsen . . . . . . . . . . 4214.1.3 Maschinennullpunkt und Referenzpunkt . . 4224.1.4 Werkstücknullpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4224.1.5 Werkzeugbahnkorrekturen. . . . . . . . . . . . . . 4234.2 Fräszyklen und Unterprogramme . . . . . . . . 4244.2.1 Zyklen beim Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4244.2.2 Manipulation von Programmteilen. . . . . . . 4254.2.3 Unterprogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4264.2.4 Einbau von Unterprogrammen und Zyklen

in Hauptprogramme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4274.3 Programmieren von Schaltinformationen . 4274.3.1 Programmieren von Schnittdaten. . . . . . . . 4274.3.2 Programmieren der Werkzeugdaten. . . . . . 428

5 Werkstückspannsysteme . . . . . . . . . . . . . . 429

6 Bedienfeld von CNC-Maschinen . . . . . . . . . 430

1 Grundlagen für pneumatische und

hydraulische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . 433

1.1 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 4331.1.1 Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 4331.1.2 Kolbenkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 4351.2 Grafische Symbole und Schaltpläne

in der Fluidtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4361.2.1 Zeichnerische Darstellung von

Wegeventilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4361.2.2 Kennzeichnung der Anschlüsse von

Ventilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4371.2.3 Schaltpläne in der Fluidtechnik . . . . . . . . . . 4371.2.4 Grafische Symbole in der Fluidtechnik. . . . 439

2 Pneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442

2.1 Einheiten zur Bereitstellung der Druckluft . 4422.1.1 Verdichter (Kompressoren) . . . . . . . . . . . M 4422.1.2 Druckluft und Luftfeuchtigkeit . . . . . . . . . . . 4432.1.3 Druckluftverteilung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4442.1.4 Aufbereitung der Druckluft . . . . . . . . . . . . . 4442.2 Arbeitseinheiten in der Pneumatik . . . . . . . 4452.2.1 Aufbau von Pneumatikzylindern . . . . . . . . . 4452.2.2 Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4462.2.3 Befestigungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4462.2.4 Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4472.2.5 Auswahl von Pneumatikzylindern . . . . . . M 4482.2.5.1 Kriterien für die Auswahl

von Pneumatikzylindern . . . . . . . . . . . . . . . 4482.2.5.2 Grundlagen zur Ermittlung

des Kolbendurchmessers . . . . . . . . . . . . . . 4482.3 Einheiten zum Steuern der Druckluft . . . . . 4502.3.1 Bauformen pneumatischer Wegeventile . . 4502.3.1.1 Vorsteuerung von Ventilen . . . . . . . . . . . . . 4512.3.1.2 Betätigungsarten an pneumatischen

Wegeventilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4522.3.1.3 Kriterien für die Auswahl von

pneumatischen Wegeventilen . . . . . . . . . . 453

Steuerungstechnik

2.3.2 Bauformen pneumatischer Sperrventile, Stromventile und Druckventile . . . . . . . . . . 454

2.4 Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . 4552.4.1 Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4552.4.2 Grundsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4562.4.3 Steuerungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4582.4.3.1 Aufgabenstellung und Technologieschema 4582.4.3.2 Funktionsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . 4582.4.3.3 Signalverarbeitung in Steuerungen . . . . . . 4622.4.4 Pneumatische Verknüpfungssteuerungen . 4632.4.4.1 UND-Verknüpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4632.4.4.2 ODER-Verknüpfung; NICHT-Verknüpfung . 4632.4.4.3 Steuerung mit Zeitglied . . . . . . . . . . . . . . . 4642.4.4.4 Steuerung mit Zweihand-Betätigung . . . . 4662.4.5 Pneumatische Ablaufsteuerungen . . . . . . . 4672.4.5.1 Signalüberschneidung . . . . . . . . . . . . . . . . 4672.4.5.2 Signalabschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468

3 Elektropneumatik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

3.1 Bauteile in elektropneumatischen Anlagen 4703.1.1 Magnetventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4703.1.2 Druckschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4713.1.3 Schutzbeschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4723.1.4 Schutzarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4723.1.5 Auswahlkriterien für Magnetventile . . . . . . 4733.1.6 Grenztaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4733.1.7 Schütz und Relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4743.1.8 Anschlusskennzeichen an Relais. . . . . . . . . 4743.1.9 Schaltzeichen für elektrische Bauteile . . . . 4743.2 Elektropneumatische Steuerungen. . . . . . . 4753.2.1 Pneumatikschaltplan und Stromlaufplan . . 4753.2.2 Reihen- und Parallelschaltung. . . . . . . . . . . 4763.2.3 Ansteuerung von Wegeventilen . . . . . . . . . 4763.2.4 Wegabhängige Steuerungen. . . . . . . . . . . . 4773.2.5 Weg- und zeitabhängige Steuerungen . . . . 478

4 Inbetriebnahme, Wartung und

Fehlersuche bei Steuerungen . . . . . . . . . . . 479

4.1 Inbetriebnahme von Steuerungen . . . . . . . 4794.2 Wartung von pneumatischen Steuerungen 4804.3 Fehlersuche in pneumatischen

Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

1 Grundlagen der Instandhaltung . . . . . . . . . 484

1.1 Aufgaben der Instandhaltung . . . . . . . . . . . 4841.2 Abnutzung und Abnutzungsvorrat . . . . . . . 4841.3 Ursachen der begrenzten Nutzungsdauer . 4851.4 Grundmaßnahmen der Instandhaltung . . . 4861.5 Zeit- oder zustandbezogene Instand-

haltungsmaßnahmen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4861.5.1 Korrektive Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . 4871.5.2 Präventive Instandhaltung. . . . . . . . . . . . . . 487

2 Systembeurteilung durch Inspektion. . . . . 488

2.1 Inspektionsintervalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4882.2 Inspektion durch Sinneswahrnehmung . . . 4882.3 Inspektion mit Messgeräten . . . . . . . . . . . . 489

3 Instandhaltung durch Wartung. . . . . . . . . . 491

3.1 Übersicht über Wartungsarbeiten. . . . . . . . 4913.2 Säubern und Konservieren . . . . . . . . . . . . . 4923.3 Schmieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4933.4 Wartung durch Ergänzen und Nachstellen 4953.5 Wartungs- und Inspektionspläne . . . . . . . . 4953.6 Wartungshinweise für handgeführte

Werkzeuge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

Instandhaltung – Wartungstechnik

9

4 Instandsetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

4.1 Vorausbestimmtes und zustandsorientiertes Instandsetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

4.2 Instandsetzen mechanischer Baugruppen nach einer Störung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

4.2.1 Maßnahmen unmittelbar nach einer Störung 4984.2.2 Störungsdiagnose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4994.2.3 Störungsbehebung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500

5 Instandhaltung durch Verbesserung . . . . . 501

5.1 Erhöhung der Zuverlässigkeit . . . . . . . . . . . 5015.2 Verbesserung von Dokumentation und

Ersatzteilplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5015.3 Verbesserung des Arbeitsplatzes und der

Arbeitssicherheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5025.4 Verbesserung durch Verringerung der

Umweltbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

6 Maschinenschaden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503

6.1 Mechanischer Verschleiß. . . . . . . . . . . . . . . 5036.1.1 Einflussgrößen auf Verschleiß . . . . . . . . . . 5036.1.2 Verschleiß beim Gleiten, Rollen und Wälzen 5046.2 Maschinenbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5056.2.1 Gewaltbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5056.2.2 Dauerbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5066.3 Maschinenschaden durch Korrosion . . . . . 5086.3.1 Chemische Korrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5086.3.2 Elektrochemische Korrosion . . . . . . . . . . . . 5086.3.3 Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

7 Hilfsstoffe für die Instandhaltung . . . . . . . . 511

7.1 Schmierstoffe und ihre Eigenschaften . . . . 5117.1.1 Schmieröle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5117.1.2 Schmierfette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5147.1.3 Festschmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5157.1.4 Entsorgung von Schmier- und Kühlschmier-

stoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5157.2 Reinigungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5167.2.1 Arten von Reinigungsmitteln . . . . . . . . . . . 5167.2.2 Verstärken der Reinigungswirkung durch

Ultraschall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5187.2.3 Sicherheitshinweise zum Umgang mit

Reinigungsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5187.3 Konservierungsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5207.3.1 Konservierungsöle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5207.3.2 VCI-Verpackungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

1 Wirkungen und Einsätze elektrischer

Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522

2 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 523

2.1 Elektrische Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5232.2 Strom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5242.3 Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5252.4 Stromkreis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5262.5 Messung von Strom und Spannung. . . . . . 5262.6 Leiter – Halbleiter – Nichtleiter . . . . . . . . . . 5272.7 Elektrischer Widerstand . . . . . . . . . . . . . . M 5282.8 Ohmsches Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 530

3 Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531

3.1 Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 5313.2 Parallelschaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 532

4 Schaltzeichen für elektrische

Bauelemente und Schaltpläne . . . . . . . . . . 533

Elektrotechnik

4.1 Bauteile in der Elektrotechnik . . . . . . . . . . . 5334.2 Elektrische Schaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . 5334.3 Auswahl genormter Schaltzeichen . . . . . . . 534

5 Technische Nutzung des elektrischen

Stromes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

5.1 Elektrische Leistung und elektrische Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 535

5.2 Wärmewirkung des elektrischen Stromes M 5355.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5355.2.2 Anwendung der Wärmewirkung des

elektrischen Stromes in der Metalltechnik . 5365.3 Chemische Wirkung des elektrischen Stromes 5365.3.1 Grundlagen der Galvanotechnik . . . . . . . . . 5365.3.2 Grundlagen chemischer Abtragverfahren . 5375.4 Magnetische Wirkung des elektrischen

Stromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5375.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5375.4.2 Anwendung des Elektromagnetismus . . M 5395.4.2.1 Elektromagnet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5395.4.2.2 Elektromotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5405.4.2.3 Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5415.4.2.4 Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544

6 Maßnahmen zur Unfallverhütung . . . . . . . 544

6.1 Gefährliche Wirkungen des elektrischen Stromes und allgemeine Schutzmaß-nahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

6.1.1 Gefährliche Wirkungen des elektrischen Stromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

6.1.2 Allgemeine Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . 5466.2 Leitungs- und Geräteschutzeinrichtungen . 5466.2.1 Leitungsquerschnitte nach DIN VDE 0100 . 5466.2.2 Schmelzsicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5466.2.3 Schutzschalter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5476.3 Schutzmaßnahmen gegen gefährliche

Körperströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5486.3.1 Schutzisolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5486.3.2 Schutzkleinspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5486.3.3 Schutzerdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5496.3.4 Fehlerstromschutzschalter. . . . . . . . . . . . . . 5496.4 Kennzeichnung elektrischer Geräte und

Schutzsymbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549

1 Fertigen einer Schraubzwinge . . . . . . . . . . 550

2 Biegen einer Rohrschelle . . . . . . . . . . . . . 552

3 Fertigungsplanung und Preiskalkulation

einer Halterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

4 Fertigen einer Kreuzscheibenkupplung . 555

5 Drehen eines Bolzens . . . . . . . . . . . . . . . 557

6 Fräsen eines Deckels . . . . . . . . . . . . . . . . 558

7 Prüfen von Werkstoffeigenschaften . . . . 559

8 Ermitteln des Energieumsatzes

einer Bohrmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 560

9 Entwurf und Test einer pneumatischen

Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

10 Warten einer Fräsmaschine . . . . . . . . . . . . 563

Quellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564

Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

Lernsituationen

Übungsaufgabe 8/9 43

8.4 Passung, Spiel und Übermaß

Beim Fügen durch Zusammenpassen werden zwei Bauteile gepaart. Dabei bestimmen die Istmaße derEinzelteile, ob die Bauteile fest oder lose zusammengepasst sind.

● Passung P

Die Passung (gewählter Maßbuchstabe = P ) ist die Differenz zwischen dem Maß der Innenpassfläche(Bohrung) und dem Maß der Außenpassfläche (Welle) vor der Paarung.

● Spiel PS und Übermaß PÜ

Bei Spiel ist die Bohrung größer als die Welle. Die Passung ist positiv.Bei Übermaß ist die Welle größer als die Bohrung. Die Passung ist negativ.

für Spiel und Übermaß

8.5 Einteilung der Passungen

● Spielpassung

Die Passung, bei der beim Fügen von Bohrung undWelle immer ein Spiel entsteht, wird als Spielpas-sung bezeichnet.

Höchstspiel PSo entsteht, wenn eine Bohrung mitHöchstmaß und eine Welle mit Mindestmaß gefügtwerden.

Mindestspiel PSu tritt bei einer Kombination vonBohrung mit Mindestmaß und Welle mit Höchst-maß auf.

Beispiel

Passung = Maß der Innenpassflächen – Maß der Außenpassflächen

Bei Spiel ist die Passung positiv, bei Übermaß dagegen negativ.

Bei einer Spielpassung ist das Höchstmaß der Welle kleiner/gleich dem Mindestmaß der Bohrung.Höchstspiel = Bohrung mit Höchstmaß – Welle mit Mindestmaß PSo = GoB – GuW

Mindestspiel = Bohrung mit Mindestmaß – Welle mit Höchstmaß PSu = GuB – GoW

PS = 30,12 mm – 29,98 mmPS = + 0,14 mm

PÜ = 29,95 mm – 30,03 mmPÜ = – 0,08 mm

Spiel zwischen Bohrung und Welle Übermaß zwischen Bohrung und Welle

(gewählter Maßbuchstabe = PS) (gewählter Maßbuchstabe = PÜ)

Höchstspiel: PSo = 40,016 mm – 39,980 mm = 0,036 mmMindestspiel: PSu = 40,000 mm – 39,991 mm = 0,009 mm

Spielpassung

92 Übungsaufgaben 3/67 bis 3/70

Die Bohrerspitze wird kegelförmig angeschliffen, dadurch entstehen zwei Hauptschneiden am Bohrer.Die Hauptschneiden schließen den Spitzenwinkel σein.

An der Spitze des Bohrers entsteht durch das Hin-terschleifen der Freiflächen die Querschneide. Die-se verbindet die beiden Hauptschneiden miteinan-der. Die Länge der Querschneide ist von der Kern-dicke des Bohrers und von dem Winkel zwischenQuerschneide und Hauptschneide abhängig.

Die Querschneide behindert den Bohrvorgang. DerWerkstoff wird von der Querschneide nicht ge-schnitten, sondern nur geschabt und verdrängt. Fürdie schabende Wirkung der Querschneide werdenbeim Bohren ins Volle etwa 40% der gesamten Vor-schubkraft benötigt.

Bei größeren Bohrern soll die Querschneide nichtzum Eingriff kommen. Die Löcher werden auf dieKerndicke des großen Bohrers vorgebohrt.

● Spiralbohrertypen und Spitzenwinkel

Um die Bearbeitung verschiedenartiger Werkstoffe mit günstigen Schnittbedingungen ausführen zu können,– muss ein Bohrer mit geeignetem Drallwinkel ausgewählt und – ein günstiger Spitzenwinkel angeschliffen werden.

Übersicht über Spiralbohrertypen und Spitzenwinkel

Beim Spiralbohrer bestimmt der Drallwinkel den Spanwinkel. Der Hinterschliff ergibt den Freiwinkel.Durch beide Winkel wird der Keilwinkel festgelegt. Die Bohrerfase dient der Führung.

Bohrertyp

Werkstoff

Drallwinkel

Spitzenwinkel

Beispiele von

zu bohrenden

Werkstoffen

weiche Werkstoffe

35° – 40°

130°

Kupfer,

Aluminium,

Blei, Zinn,

Lagermetall

normale Werkstoffe

16° – 30°

118° 135°

Stahl und Stahlguss mit einer Zug-

festigkeit von

400–700 N/mm2, 700–1200 N/mm2,

Gusseisen nicht rostende

Stähle

harte Werkstoffe

10° – 13°

80° 118° 135°

Kunststoffe, Messing, Stahl über

Pressstoffe, Magne- 1200 N/mm2

Hartgummi siumle- Zugfestig-

gierung keit, Hartguss

Benennungen und Winkel am Spiralbohrer

Übungsaufgaben 3/129; 3/130; 3/131 113

3.4.4.2 Drehmaschinen

Drehmaschinen unterteilt man nach der Art der Steuerung in mechanisch gesteuerte und numerisch ge-steuerte Maschinen.

● Numerisch gesteuerte Drehmaschinen

Bei numerisch gesteuerten Drehmaschinen ge-schieht die Eingabe aller für den Fertigungsablaufnotwendigen Angaben von einer Tastatur oder ei-nem elektronischen Lesegerät aus. Die Maschinen-bewegungen werden dann von einem Computerausgelöst und kontrolliert.(Numerisch gesteuerte Drehmaschinen siehe auch„Grundlagen der CNC-Technik“)

● Leit- und Zugspindel-Drehmaschine

Kenngrößen einer Leit- und Zugspindel-Drehmaschine

Bei mechanisch gesteuerten Drehmaschinen werden alle Bewegungen durch Hebel oder Kurbeleinstel-lungen sowie Maßverkörperungen (Schablonen, Nockenanschlägen) eingegeben, mechanisch ausgelöstund vom Bediener überwacht.

Bei mechanisch gesteuerten Universaldrehmaschinen wird der Vorschub zum Längs- und Querdrehendurch eine Zugspindel übertragen, während der Vorschub zum Gewindedrehen über eine Leitspindel er-zeugt wird. Man spricht deshalb von Leit- und Zugspindel-Drehmaschinen.

Leit- und Zugspindel-Drehmaschine

Die Einsatzmöglichkeiten einer Drehmaschine ergeben sich aus den folgenden Kenngrößen:

● Spitzenweite

Dies ist der maximale Abstand zwischen derZentrierspitze in der Spindel und der Zentrier-spitze im Reitstock.Die Spitzenweite bestimmt die größtmöglicheWerkstücklänge, die auf der Maschine bearbeitetwerden kann.

● Spitzenhöhe

Dies ist der Abstand zwischen Drehachse undMaschinenbett.Die Spitzenhöhe bestimmt in etwa den größt-möglichen Drehdurchmesser dmax.(dmax ≈ 2 mal Spitzenhöhe) Spitzenhöhe und Spitzenweite

CNC-Drehmaschine

Spindelstock Werkstückträger

MaschinenbettWerkzeugträger

ZugspindelLeitspindelGestell Schaltwelle

Werkzeugschlitten

Werkstückträger

136 Übungsaufgaben 3/189; 3/190

TaschenfräsenSchaftfräser

BesäumenIgelfräser

PlanfräsenPlanfräser

PlanfräsenPlanfräser

TauchfräsenTauchfräser

NutfräsenScheibenfräser

KopierfräsenKopierfräser

PlanfräsenPlan- und Eckfräser

PlanfräsenPlan- und Eckfräser

Bohrzirkular-fräsenPlan- und Kopierfräser

NutfräsenLanglochfräser

FasefräsenFasenfräser

● Profilfräser

Nuten, Rundungen und Langlöcher werden mit Profilfräsern gefertigt, deren Form dem gewünschtenAusschnittprofil entspricht. Die Fräser für häufig wiederkehrende Profile sind genormt.

für Profilfräser

Winkelstirnfräser für Nutenfräser Schaftfräser für T-Nuten Radius-Winkelführungen Schaftfräser

● Einsatz von Fräsern in verschiedenen Fräsverfahren

Für unterschiedliche Bearbeitungsarten und Werkstückkonturen werden eine Vielzahl von Fräsergruppenin verschiedenen Größen angeboten. Im Aufbau unterscheidet man Fräser, welche ganz aus Schnellar-beitsstahl oder Hartmetall bestehen und Fräser mit Trägerkörpern aus Stahl und eingesetzten Wende-schneidplatten aus Hartmetall oder Schneidkeramik. Bei den geforderten hohen Zerspanleistungen sindHSS-Fräser weitgehend durch Fräser mit eingesetzten Schneidplatten ersetzt worden.

für Fräswerkzeuge mit eingesetzten SchneidplattenBeispiele

Beispiele

186 Übungsaufgabe 5/51

● Ermittlung der gestreckten Länge mit Korrektur

In DIN 6935 wird die genaue Bestimmung der ge-streckten Länge eines rund gebogenen Werkstück-teils angegeben.

Die Biegelänge ist:lB gestreckte Länge des rund

gebogenen Werkstückteils

rx Biegeradius unter Berück-sichtigung der Verschiebungder neutralen Faser

r Biegeradius

s Materialdicke

α geforderter Biegewinkel

x Korrekturfaktor

Der Korrekturfaktor x wird aus dem obigen Dia-gramm bestimmt, in dem das Verhältnis r/s aufge-tragen ist.

für die Bestimmung einer gestreckten Länge eines dicken Bauteils

Aufgabe

Für die Herstellung des skizzierten Werkstückes ist die gestreckteLänge unter Berücksichtigung der Korrektur zu berechnen. DerKorrekturfaktor x ist dem vorstehenden Diagramm zu entnehmen.

Gegeben l1 = 120 mm α = 100° Gesucht rxl2 = 180 mm s = 10 mmr = 30 mm

Lösung

1. und 2. Schritt: Skizze u. Bemaßung der

neutralen Faser

3. Schritt: Ermittlung von lB:

3.1. Bestimmung vonrs

r=

30 mm= 3

s 10 mm

3.2. Ermittlung von x nach Diagrammx = 0,9

4. Schritt: Addition der Längen

L = l1 + l2 + lB = 120 mm + 180 mm + 60,2 mmL = 360,2 mm

Zur Herstellung des skizzierten Werkstücks wird ein Zuschnitt von 361 mm benötigt.

Beispiel

lB =α · π · rx

180°

rx = r +s · x

2

3.3. Berechnung von rx

rx = r +s · x

= 30 mm +10 mm · 0,9

2 2rx = 34,5 mm

3.4. Berechnung der Biegelänge lB

lB =α · π · rx =

100° · 3,14 · 34,5 mm180° 180°

lB = 60,2 mm

Diagramm zur Bestimmung des Korrekturfaktors

199Übungsaufgaben 6/44; 6/45

6.2.3.2 Schraubensicherungen

Bei dynamischen Belastungen, wie Vibrationen oder hohen Belastungen quer zur Schraubenachse, kön-nen sich Schraubenverbindungen lösen, obwohl zulässige Werte der Belastung nicht überschritten wur-den. Hierbei wirken auf die Schraubenverbindung so starke dynamische Querkräfte, dass sich die ver-spannten Teile zwischen den Kontaktflächen gegeneinander bewegen und sich die Verbindung löst. Be-sonders Durchsteckverbindungen (Schraube und Mutter) sind gefährdet und benötigen bei dynamischerBelastung eine Losdrehsicherung. Bei den genormten Schraubensicherungen unterscheidet man mecha-nische und chemische Losdrehsicherungen

● Mechanische Losdrehsicherungen

Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben sind an den Berührflächen mit den zu spannenden Bauteilenmit eingeprägten Radialrippen versehen. Die Radialrippen dringen beim Anziehen in das Bauteil ein underzeugen einen Formschluss. Beim Lösen muss der Formschluss überwunden werden. Bei gehärtetenBauteilen ist diese Art der Schraubensicherung ungeeignet. Eine andere Art der Schraubensicherung besteht aus paarweise miteinander schwach verklebten und ver-zahnten Unterlegscheiben. Diese haben an der Außenseite Radialrippen und an den Berührflächen Keil-verzahnungen. Schon bei der geringsten Drehung in Löserichtung erfolgt aufgrund der Keilwirkung eineErhöhung der Klemmkraft.

für mechanische Sicherungselemente gegen selbstständiges Lösen

● Chemische Losdrehsicherungen

Bei chemischen Losdrehsicherungen werden Schraube und Mutter miteinander verklebt.● dabei wird entweder der flüssige Klebstoff vor der Montage

auf den Gewindebolzen der Schraube aufgetragen oder● der Klebstoff ist in winzigen Kapseln auf dem Gewindebolzen

aufgetragenen und wird so vom Schraubenhersteller geliefert. Die Kapseln platzen beim Einschrauben und der flüssige Klebstoff tritt aus.

Der Klebstoff hat die Eigenschaft, dass er unter Metallkontaktund unter Ausschluss von Luft aushärtet. Je nach Anwendung sind Klebstoffe auch für höhere Temperaturen verfügbar.

● Verliersicherungen

Sie lassen ein teilweises Losdrehen zu, verhindern jedoch, dass die Schraubenverbindung auseinander fällt.

● Unwirksame Schraubensicherungen

Folgende Maschinenelemente gelten als unwirksame Schraubensicherungen, weil sie sich zur Aufrechter-haltung der Vorspannung einer Schraubenverbindung als wirkungslos erwiesen haben: Federringe, Fe-derscheiben, Zahnscheiben. Die DIN-Normen dieser Bauteile wurden zurückgezogen

Beispiele

Verbindungselemente mit Radialrippen

Schraube mit mikroverkapseltem Klebstoff

Unterlegschreibenmit Keilverzahnung

Klebstoff in Kapseln

Kronenmuttermit Splint

Sicherungsblechmit Lappen

Drahtsicherung Sicherungsmutter selbstsicherndeMutter

281Übungsaufgabe 3/39

für den Aufbau von Kurznamen mit Hinweisen auf Verwendung und mechanische Eigen-

schaften nach DIN EN 10027

S355J2W L 360N

wetterfester Stahl normalisiertKerbschlagarbeit mind. 27 J bei –20 °C Streckgrenze 360 N/mm2

Streckgrenze 355 N/mm2 Stahl für RohrleitungenStahl für den allgemeinen Stahlbau

S460Q

vergütetStreckgrenze 460 N/mm2

Stahl für den allgemeinen Stahlbau

Häufig wird in der Praxis noch die ungültige DIN 17006 angewendet. In dieser Norm steht für allgemeineBaustähle St. Es folgt der ungefähre Bereich der Mindestzugfestigkeit, der durch einen Zahlenwert ange-geben wird.

für die Kennzeichnung der mechanischen Eigenschaften in einem Kurzzeichen nach

DIN 17006 (nicht mehr gültig)

St 37

Bereich der Mindestzugfestigkeit 340 bis 470 N/mm2

Allgemeiner Baustahl

● Benennung unlegierter Stähle

Unlegierte Stähle, deren Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung verändert werden können, werdennach der DIN EN 10027 durch das Symbol C für Kohlenstoff und eine angehängte Zahl, welche das 100-Fache des C-Gehaltes angibt, gekennzeichnet.

für die Kurzbenennung unlegierter Stähle nach DIN EN 10027

C 35 C 40

0,35 % C 0,40 % Cunlegierter Stahl unlegierter Stahl

Beispiele

Beispiel

Beispiele

Schema für den Aufbau einer Kurzbenennung unlegierter Stähle:

Kennzahl für den C-GehaltC

Für Stahlbaustähle ergibt sich folgender Aufbau der Kurzzeichen:

Bei den übrigen Stählen werden in Gruppe 1 die Warmbehandlung und besondere Angaben zur Verwen-dung angegeben. Die Angabe erfolgt wie zur Gruppe 2 der Stahlbaustähle durch Buchstaben.

Zahlenwert derS Mindeststreck-

grenze in N/mm2

Gruppe 1Kennzeichen für

VerwendungszweckKennzahl Gruppe 2

M thermomechanisch gewalztN normalisiertQ vergütetG sonstige Angaben

J Hinweis auf Kerbschlag-K arbeit bei vorgegebenerL Temperatur

Mindestwerte der Prüftem-

Kerbschlagarbeit peratur

27J 40J 60J in °C

JRJ0J2J3J4J5J6

KRK0K2K3K4K5K6

LRL0L2L3L4L5L6

200

–20–30–40–50–60

{

297Übungsaufgaben 5/11 bis 5/14

5.4 Keramische Werkstoffe

Keramische Werkstoffe sind Sinterwerkstoffe. Diemeisten technischen Keramiken sind Verbindungenvon Metallen und Halbmetallen mit Sauerstoff,Kohlenstoff oder Stickstoff. Man unterscheidetdemnach oxidische und nicht oxidische Keramiken.Die im Maschinenbau und in der Fertigungstechnikeingesetzten technischen Keramiken haben drei be-sondere Eigenschaften:● Sie sind nicht metallisch und unterscheiden sich

dadurch von Metallen.● Sie sind anorganisch und unterscheiden sich da-

durch von den Kunststoffen.● Sie sind zu mindestens 30% kristallin und unter-

scheiden sich so von den Gläsern.

Für technische Keramiken setzt man vorwiegend Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid, Silizium-nitrid und Gemenge aus diesen Werkstoffen ein.

Übersicht über Eigenschaften und Verwendung technischer Keramiken

6 Verbundwerkstoffe

Durch Kombination verschiedener Werkstoffe kann man optimale Werkstoffeigenschaften erreichen.Werkstoffe, die man durch das Verbinden mehrerer Werkstoffe erzielt, nennt man Verbundwerkstoffe.

Verbundwerkstoffe teilt man ein in

– Durchdringungsverbundwerkstoffe, bei denen fest zusammenhängende Teilchen, zwischen denenHohlräume vorliegen, von einem zweiten Stoff durchdrungen werden. Die fest zusammenhängendenTeilchen (Grundwerkstoff) bezeichnet man als Matrix.

– Teilchenverbundwerkstoffe, bei denen in einem zusammenhängenden Stoff (Matrix), kleine Teilcheneines zweiten Stoffes eingelagert sind.

– Faserverbundwerkstoffe, bei denen Fasern in den Grundwerkstoff (Matrix) eingelagert sind.

Werkstücke aus Keramik

Technische Keramiken sind Sinterwerkstoffe aus chemischen Verbindungen von Metallen mit Nicht-metallen. Sie sind nicht metallisch, anorganisch und mindestens teilweise kristallin.

Biegefestigkeitin N/mm2

Druckfestigkeit in N/mm2

Härte in HV

Ausdehnungskoeffizient in 1/K

obere Verwendungstemperaturin °C

Verwendung im Maschinen- und Motorenbau und in der Fertigungstechnik

Eigenschaften Aluminiumoxid Zirkonoxid Siliziumkarbid Siliziumnitrid

und Verwendung Al2O3 ZrO2 SiC Si3N4

bis 350

bis 3 500

3 000

0,000 008

1 700

ArmaturenteileSchneidplattenZiehkonenPumpenkolben

bis 800

bis 2 000

2 800

0,000 011

2 300

VentilteileLagerteileZiehkonen

kalt gepresst 350heiß gepresst 700

1 200

3 500

0,000 004

1 400

GleitringeLagerteileWellenschutz-hülsen

heiß gepresst 750

3 000

4 200

0,000 003

1 400

TurboladerrotorenDüsenMotorenteile


2.3 Systeme zum Stoffumsatz

In Systemen zum Stoffumsatz werden Stoffe von einem Ort zum anderen Ort transportiert, oder ihreForm wird geändert, oder sie werden in andere Stoffe umgewandelt. In der Metalltechnik sind die Formänderung mithilfe von Maschinen und der Stofftransport durch Förder-mittel von besonderer Bedeutung.

2.3.1 Werkzeugmaschinen

Werkzeugmaschinen dienen zur Fertigung vonBauteilen und Fertigprodukten. Die Maschinen sindmeist mit auswechselbaren Spannvorrichtungenund Werkzeugen ausgerüstet. Werkzeugmaschinen werden entsprechend denFertigungsverfahren in Maschinen zum Urformen,Umformen, Trennen usw. eingeteilt.

In der Metallverarbeitung werden Werkzeugmaschinen zum Trennen, Umformen und Fügen eingesetzt.

Alle diese Maschinen sind aus Funktionseinheiten aufgebaut.

Funktionseinheiten von Werkzeugmaschinen sind– Antriebseinheiten, – Steuer- und Regeleinheiten,– Einheiten zur Energieleitung, – Stütz- und Trageeinheiten,– Einheiten zur Verrichtung des Arbeitsauf- – Einheiten zur Arbeitssicherheit und zum Um-

trages, weltschutz.

● Maschinen zum Trennen durch Spanen

Von den Maschinen zum Trennen durch Spanen werden Bohr-, Dreh- und Fräsmaschinen am häufigstenangewendet. Diese Maschinen sind aus bestimmten Funktionseinheiten aufgebaut, die in allen anderenMaschinen zum Spanen ebenfalls vertreten sind. Je nach Art und Größe der Maschine können die Funkti-onseinheiten unterschiedlich aufgebaut sein. Als Funktionseinheiten zum Arbeiten besitzen alle Maschinen zum Spanen eine Aufnahme für ein Zerspa-nungswerkzeug und eine Werkstückaufnahme. Je nach Art der Maschine werden entweder das Werkzeug oder das Werkstück oder beide so gegeneinan-der bewegt, dass eine Spanabnahme erfolgen kann. Die Funktionseinheiten, die diese Bewegungen be-wirken, sind das Hauptgetriebe und das Vorschubgetriebe.

für Funktionseinheiten an einer DrehmaschineBeispiel

System Werkzeugmaschine

Werkzeug-

maschine

Information

Stoff (Fertigteil)

Energie

Information

Stoff (Rohteil)

Energie

Übungsaufgaben 4/20; 4/21; 4/22 375

4.2.2 Berechnung von Stiften

Stifte als Verbindungselemente siehe „Fertigungstechnik“, Kapitel „Fügen mit Stiften“.Stiftverbindungen sind lösbare Verbindungen, die ausschließlich Scherkräfte aufnehmen können. Die Be-rechnung der Stifte erfolgt auf Abscheren. Die zulässige Scherspannung errechnet man aus der zulässigen Zugspannung und einem werkstoffab-hängigen Faktor. Für Verbindungsstifte aus Stahl beträgt die zulässige Scherspannung τs zul = 0,8 · σz zul

für die Berechnung eines Verbindungsstiftes

Aufgabe

Das dargestellte Gelenk einer Zugstangewird durch einen Knebelkerbstift zusam-mengehalten. Welchen Durchmesser mussein Stift aus E 295 haben, wenn eine schwel-lende Last von 45 000 N übertragen wird?

Gegeben Gesucht

F = 45 000 N N = 2 d in mm

E 295 ⇒ σz zul = 110N

mm2

Lösung

τs zul = 0,8 · σz zul Serf =Fmax S =

d2 · πN · τs zul 4

τs zul = 0,8 · 110N

Serf =45 000 N · mm2

d = � 4 · Smm2 2 · 88 N π

τs zul = 88N

Serf = 255,6 mm2 d =4 · 255,6 mm2

mm2 � 3,14

d = 18,0 mm

Bei Stiftverbindungen tritt in den Grenzflächen zwischen Bohrung und Stift auch Flächenpressung auf. Esist zu überprüfen, ob in den Lagerstellen die zulässige Flächenpressung nicht überschritten wird.

für die Überprüfung der Abmessungen einer Stiftverbindung auf zulässige Flächenpressung

Aufgabe

Die Abmessungen der im vorherigen Beispiel dargestellten Gabel aus S 235 sind auf Flächenpres-sung zu überprüfen.Gegeben GesuchtF = 45 000 N d = 18 mm (aus vorherigem Beispiel) pS 235 ⇒ pz zul = 50

Nl = 110 mm – 50 mm ⇒ 60 mm (aus Skizze)

mm2

Lösung

p =F

A = d · lA

p =45 000 N

18 mm · 60 mm

p = 41,6N

mm2

Da pzul für S 235 = 50 N

beträgt, sind die Abmessungen ausreichend.mm2

Beispiel

Beispiel

411

● Programmierung von Bahnbewegungen in Inkrementalmaßprogrammierung

Im Normalfall ist mit der Eröffnung der Programmierung die Absolutmaßprogrammierung eingeschaltet.Der Befehl G90 braucht darum zu Beginn der Programmierung nicht eingegeben zu werden.Bei einer Programmierung mit Inkrementalmaßen muss zunächst die Inkrementalmaßprogrammierungmit G91 eingeschaltet werden. Die Inkrementalmaßprogrammierung bleibt so lange wirksam, bis mit G90wieder auf die Absolutmaßprogrammierung umgeschaltet wird.

für die Beschreibung von Bahnbewegungen mit Inkrementalmaßen

● Vereinfachte Programmierung von Übergangsradien und Fasen

Viele Programmiersysteme vereinfachen die Programmierung von Übergangsradien und Fasen so, dassdie Startpunkte von Radien und Fasen nicht mehr berechnet und programmiert werden müssen. Die Ar-beitswege werden dann so beschrieben, als sei das Werkstück scharfkantig. Der Übergangsradius oderdie Fase wird z.B. bei PAL mit dem Befehlszusatz RN und der Maßangabe des Radius bzw. der Fase ange-hängt. Positives RN erzeugt einen Radius, negatives eine Fase.

für die vereinfachte Beschreibung einer Kontur mit Übergangsradien und Fasen (PAL)Beispiel

Beispiel

Einschaltzustand ist die Absolutmaßprogrammierung. Inkrementalprogrammierung wird mit G91 ein-geschaltet und wird durch G90 abgeschaltet.

Übergangsradien und Fasen können vereinfacht programmiert werden, indem das Werkstück scharf-kantig beschrieben wird und die Übergänge mit einem entsprechenden Zusatz gekennzeichnet wer-den.

Nach PAL: + RN … Übergangsradius; –RN … Fase.

Wegbe-X Y RN

dingung

G 01 600 –10

G 01 600 120 –25

G 01 350 120 +60

G 01 350 400 +80

G 01 0 400 –20

G 01 X 0 Y 0

→ P1

→ P2

→ P3

→ P4

→ P5

→ P6

Wegbedingung X Y I J

G 90 700 0

G 00 700 -10

G 91 Inkrementalprogrammierung ein

G 01 0 110

G 01 -200 200

G 01 -100 0

G 02 -150 150 0 150

G 03 -120 120 -120 0

G 01 -130 0

G 90 Absolutprogrammierung ein

→ P1

→ P2

→ P3

→ P4

→ P5

→ P6

→ P7

419Übungsaufgaben 3/12; 3/13

3.3 Drehzyklen

Bei vielen Dreharbeiten gibt es Arbeitsgänge, die sich häufig wiederholen, wie z.B. das Schruppen voneinem großen Durchmesser in mehreren Schnitten auf einen kleineren Durchmesser. Eine solche Abfolgenahezu gleicher Schnitte beim Drehen nennt man Drehzyklus.

Die Programmierung von Drehzyklen geschieht bei den verschiedenen Steuerungsherstellern unter-schiedlich.

für Konturschruppzyklen (PAL-Codierung)

für die Programmierung einer Drehbearbeitung mit dem Schruppzyklus G81 (PAL)

Aufgabe: Es soll die Außenkontur mithilfe der automatischen Schnittaufteilung des KonturzyklusG81 und einer maximalen Schnitttiefe von 2 mm gedreht werden.

Beispiel

Beispiele

Längsschruppzyklus G81 Planschruppzyklus G82

D Zustellung pro Schruppschnitt

H1 Schruppen der Kontur, 45° abhebenAK Konturparalleles Aufmaß auf die KonturH3 Wie H1 mit zusätzlichem Konturschnitt am EndeO2 Bearbeitungsstartpunkt an der Kontur

E EintauchvorschubF Aktueller VorschubS Drehzahl/SchnittgeschwindigkeitM Drehrichtung/Kühlmittel

NC-Satz (verkürzt): G81/G82 D [H1, H3…] [AK] [O] [E] [F] [S] [M] [ ] optionale Adressen

Adressbuchstaben:

In den Steuerungen von CNC-Maschinen sind häufig verwendete Bearbeitungsprogramme fest als Zy-klen enthalten. Zyklen werden durch ein G-Wort im Programm aufgerufen und durch Parameter mitAdressbuchstaben in einem Satz programmiert.

N70 X57 Z2

N80 G81 D2 H3N90 G1 G42 X10 Z0N100 Z-10N110 X20 Z-15N120 Z-20N130 G2 X30 Z-25 I5 K0N140 G1 X39N150 G3 X55 Z-33 I0 K8N160 G40N170 G80

ZyklusaufrufBeginn der Kontur-beschreibung

Zyklusende

Übungsaufgaben 1/17; 1/18 437

1.2.2 Kennzeichnung der Anschlüsse von Ventilen

● Ventile in der Pneumatik

Die Anschlüsse an Ventilen in der Pneumatik können durch Buchstaben oder durch Zahlen gekennzeich-net sein. Viele Ventile tragen noch die Kennzeichen durch Buchstaben, die gemäß DIN ISO 5559 in derPneumatik durch Zahlen ersetzt werden können. Da noch über längere Zeit ältere Ventile im Einsatz sind,müssen beide Bezeichnungsarten bekannt sein.

für die Kennzeichnung von Anschlüssen in der Pneumatik

alte Norm DIN ISO 5599 alte Norm DIN ISO 55993/2-Wegeventil 5/2-Wegeventil

Erklärung der Kennzeichnung nach DIN ISO 5599Der in Ausgangsstellung mit Druckluft versorgte Arbeitsanschluss bei 4/2- und 5/2-Wegeventilenerhält die Ziffer 2.Signal an Steueranschluss 12 bedeutet: Druckleitung 1 wird mit Arbeitsleitung 2 verbunden. Signal an Steueranschluss 14 bedeutet: Druckleitung 1 wird mit Arbeitsleitung 4 verbunden.

● Ventile in der Hydraulik

In der Hydraulik werden die Anschlüsse an Ventilen für die Druckleitung mit P, für Arbeitsleitungen mit A,B, C, für Rückleitungen mit T und für Steuerleitungen mit X, Y, Z gekennzeichnet. Die Kennzeichnungensind noch nicht genormt. Verbindlich sind die auf dem jeweiligen Ventil angegebenen Kennzeichen.

1.2.3 Schaltpläne in der Fluidtechnik (ISO 1219-2)

● Aufbau des Schaltplanes

Die pneumatischen bzw. hydraulischen Symbole werden im Schaltplan in Wirkrichtung von unten nachoben und von links nach rechts in folgender Reihenfolge angeordnet:

● Energiequellen: unten links,● Steuerungselemente: aufwärts und von links nach rechts,● Antriebe: oben und von links nach rechts.

● Bezeichnungsschlüssel (neu nach ISO 1219 – 2 aus dem Jahr 2012)Die Bezeichnung der Bauteile in der Fluidtechnik erfolgt durch einen Bezeichnungsschlüssel, der auf demSchaltplan an dem entsprechenden graphischen Symbol angegeben ist. Die Bezeichnung setzt sich ausmehreren Elementen zusammen und ist mit einem Rahmen versehen. Die Bezeichnung muss in allen zu-gehörigen Dokumentationen verwendet werden.

für die Bezeichnung von Bauteilen in der Fluidtechnik Beispiel

Beispiele

Im Schaltplan müssen die Symbole für die Bauteile in der Ausgangsstellung der Anlage dargestelltwerden. Unter Ausgangsstellung versteht man in der Pneumatik den Schaltzustand in der Anlage, derbei Druckbeaufschlagung vor Betätigung des Startsignales vorliegt. In der Hydraulik wird als Aus-gangsstellung meist die Stellung vor dem Anstellen der Pumpen für die Druckversorgung vereinbart.

3 - H2.4

Anlagenbezeichnung 3 Bauteilnummer 4

Medienschlüssel Hydraulik Schaltkreisnummer 2

450 Übungsaufgaben 2/32; 2/33; 2/34

2.3 Einheiten zum Steuern der Druckluft

In einer pneumatischen Anlage benötigt man Bauteile, welche die Druckluft steuern. Solche Bauteilenennt man Ventile. Die Ventile unterteilt man nach ihrer Funktion wie folgt:

2.3.1 Bauformen pneumatischer Wegeventile

● Sitzventile

Bei Sitzventilen erfolgt die Abdichtung der Ventilsitze entweder durch Kugeln (Kugelsitzventile) oderdurch Teller (Tellersitzventile).

für ein Sitzventil

Kugelsitzventil

Im gezeigten 3/2-Wegeventil ist in der Ruhe-stellung die Arbeitsleitung 2(A) mit der Ab-luft 3(R) verbunden. Die Druckluft 1(P) ist ab-gesperrt. Wird der Ventilstößel betätigt, soschließt sich die Abluftleitung, die Kugelhebt ab und die Druckluft kann in die Ar-beitsleitung strömen. Kugelsitzventile sindeinfach aufgebaut, klein und preiswert; je-doch dichten sie nicht immer zuverlässig ab.

● Schieberventile

Bei Schieberventilen benutzt man zur Umsteuerung der Durchgänge für die Luft Kolben, die in Längsrich-tung verschoben werden (Längsschieberventile) oder Schlitze in Platten, die durch Drehbewegungen ge-genüber den Anschlüssen verstellt werden (Drehschieberventile).

für ein Schieberventil

Längsschieberventil

In Längsschieberventilen werden die An-schlüsse zum Arbeitselement durch die Längs-bewegung eines Steuerkolbens wechselseitigbe- und entlüftet. Im gezeigten Beispiel ge-schieht die Betätigung durch Druckbeaufschla-gung. Wird bei 12(Y) die Steuerluft betätigtund ist die Leitung bei 14(Z) entlüftet, schaltetdas Ventil durch. Arbeitsluft strömt von 1(P)nach 2(B) und Rückluft von 4(A) nach 5(R). Da zum Umschalten ein kurzfristiger, im-pulsartiger Druck genügt, wird ein solchesVentil auch Impulsventil genannt. In demImpulsventil bleibt die Schaltstellung so lan-ge erhalten – sie wird gespeichert –, bis einGegenimpuls erfolgt.

Beispiel

Beispiel

Ventile, Pneumatik

Wegeventile Sperrventile Druckventile Stromventile

Sie öffnen oderschließen Durch-flusswege des Luft-stromes.

Sie sperren den Luftdurch-fluss vorzugsweise in einerRichtung und geben denDurchfluss in der entgegen-gesetzten Richtung frei.

Sie regeln den Druck ineiner Anlage oder wer-den durch einen vorge-gebenen Druck betätigt.

Sie beeinflussen dieDurchflussmenge derDruckluft.

Kugelsitzventil

Längsschieberventil (5/2-Wegeventil)


● Signallinien

Eine zusätzliche Orientierungshilfe im Zustands-Schritt-Diagramm können Signallinien sein. Sie verdeutli-chen, welche zeitliche und logische Verbindung zwischen den einzelnen Gliedern einer Steuerung besteht.Die Signallinien gehen von dem Element aus, von dem der Schaltschritt ausgelöst wird. Sie weisen mitihrem Pfeil auf das Element, welches betätigt wird.

für ein Zustands-Schritt-Diagramm mit Signallinien

Aufgabenstellung

Ein Rüttler soll das Sieb in Schwingungenhalten, damit das Schüttgut durch das Siebfällt. Der Rüttelvorgang soll so lange anhal-ten, wie das Ventil 1.2 betätigt ist.

Lösung

Zustands-Schritt-Diagramm

Ausgangszustand Schaltschritt 1 und 3 Schaltschritt 2 und 4

Schaltzustände

Beispiel

Technologieschema Rüttler


1 Grundlagen der Instandhaltung

1.1 Aufgaben der Instandhaltung

Durch Instandhaltung soll eine störungsfreie und sichere Benutzung von Maschinen, Anlagen und Ge-brauchsgegenständen gewährleistet werden. Denn der Ausfall oder die Beeinträchtigung der Funktion solcher Systeme kann wirtschaftlichen Schaden, Qualitätsminderung von Produkten, Gefährdung von Personen und Umweltschäden verursachen.Maschinen und Anlagen von hoher Qualität können viele Jahrzehnte lang ihre Aufgaben erfüllen, wenn siegut instand gehalten werden und man sie dabei stets entsprechend dem Stand der Technik aufrüstet.

für den Werterhalt einer Maschine durch gute Instandhaltung Beispiel

1.2 Abnutzung und Abnutzungsvorrat

Anlagen, Maschinen und Geräte, die bestimmungsgemäß gebraucht werden, nutzen sich mit der Zeit ab.Die Abnutzung ist unvermeidbar und wird durch chemische und/oder physikalische Vorgänge verursacht.Weil die Abnutzung jedoch vorhersehbar ist, plant man sie ein, indem man bei der Konstruktion einenAbnutzungsvorrat schafft. Dieser Abnutzungsvorrat kann im Betrieb bis zu einer vereinbarten oder festge-legten Abnutzungsgrenze aufgebraucht werden.

für Abnutzungsvorrat und Abnutzungsgrenze an einer BremsanlageBeispiel

Instandhaltung dient dazu, technische Systeme – in funktionsfähigem Zustand zu halten,– nach Störungen die Funktionsfähigkeit wiederherzustellen,– dem Stand der Technik entsprechend aufzurüsten.

Durch Maßnahmen der Instandhaltung wird der Abnutzungsvorrat einer Einheit so wiederhergestellt,dass die Einheit ihre Funktion wieder erfüllen kann.

Drehmaschine, Baujahr 1977,

zurzeit noch in Betrieb

Drehdurchmesser max. 1,5 mDrehlänge max. 6 m

Maschine wurde 1996 über-holt und mit einer neuen Elek-troanlage ausgestattet.


4.2.2 Störungsdiagnose

Nach dem Auftreten einer Störung an einer Maschine oder Anlage ist der erste Schritt zur Wiederherstel-lung der Funktionsfähigkeit die gezielte Fehlersuche. Alle Tätigkeiten, die der Fachmann im Rahmen derSuche nach der Fehlerursache durchführt, nennt man Diagnose.

Grundvoraussetzung für eine solche Störungsdiagnose und die spätere Instandsetzung sind die genaueKenntnis des Aufbaus und der Funktion des Systems. Nur so kann der Fachmann mögliche Fehlerquellenermitteln und entsprechend überprüfen. Die Überprüfung besteht immer aus einem Vergleich zwischendem Soll- und dem Istzustand des Systems. Die Reihenfolge der Überprüfungen wird durch die Erfahrungdes Fachmanns mit zuvor aufgetretenen Störungen bestimmt.

Die Hersteller von Maschinen und Anlagen geben in ihren Betriebsanweisungen in den meisten FällenHinweise auf den Umgang mit Störungen. Sie listen dabei den Zustand nach Auftreten der Störung aufund geben Ratschläge zur Behebung der Störungen, soweit diese nicht durch spezielle Servicekräftedurchgeführt werden müssen.

● Störungsdiagnose mithilfe von Fehlerursachen-Tabellen

für eine Fehlerursachen-Tabelle bei einer elektropneumatischen Anlage Beispiel

Störung Fehlerursache

Ermittlung möglicher Fehlerquellen und ihrerWahrscheinlichkeit als

Störungsursache

Einzelprüfung der Funktion auf mögliche

Fehlerquellen

Soll-Ist-Vergleich

Störungsdiagnose beginnt mit Ermittlung möglicher Fehlerquellen unter Berücksichtigung des Vorwis-sens von ähnlichen Störungen. Aus diesem Grunde wird die Fehlersuche durch die Dokumentationvon Fehlern und Fehlerursachen vereinfacht.

Art der Störung

Luftversorgung ist nicht ausreichend

Hoher Konden-satanfall oderfeuchte Druckluft

Zylinder führtvorgesehene Bewegungen nicht aus

Ventile führenvorgeseheneFunktionennicht aus

Fehlersuche

Anlage ist zu klein ausgelegt,Querschnittsverringerungdurch Schmutz,Luftverlust durch Undichtig-keiten in der Anlage

Trockner arbeitet nicht,Kondensat ist nicht entferntworden,automatischer Kondensat-ablass ist defekt,Anschlussleitungen sind falsch verlegt

Rückschlagventil ist undicht,Ringdüse am Stromregel-ventil ist verklebt,Stellglieder steuern nicht um,Rückstellfeder im Zylindergebrochen

Ventil ist verschmutzt,Feder im Ventil ist gebrochen,Dichtsitze in den Ventilen sindbeschädigt,Dichtringe sind gequollen,Entlüftungsbohrungen sindverstopft,Magnetspule ist durchgebrannt

Fehlerfolge

In der Taktfolge der Zylindertreten Störungen auf.Kräfte an den Arbeits-elementen reichen zeitweisenicht aus

Schaltfunktionen sind beein-trächtigt,Ventilteile sitzen fest,Korrosionsschäden treten auf,Schmierstoffe in der Anlageemulgieren und verharzen

Kolbengeschwindigkeitlässt sich nicht mehr regeln,Kolben fährt nicht mehr ein oder aus,Kolben fährt ruckartig

Taktfolge in der Anlage ist gestört,Kolben fahren nicht mehr ein oder aus,Elektrischer Anlagenteil ist ohne Spannung,an Ventilen treten Leckver-luste auf

Hinweise zur Behebung

Ist die Anlage erweitertworden?Leckstellen aufsuchen,Filter überprüfen,korrodierte Leitungen aus-tauschen

Tägliche Kontrolle der War-tungseinheiten,Filter austauschen

Verschleißteile oder Federnin den Bauteilen auswech-seln,elektrischen Anlagenteil aufSpannung überprüfen

Verschleißteile oder Federnin den Bauteilen auswech-seln,elektrischen Anlagenteil aufSpannung überprüfen,Ventile komplett austau-schen

520 Übungsaufgaben 7/18; 7/19; 7/20

7.3 Konservierungsstoffe

Zum kurzzeitigen Schutz blanker Maschinenteile werden meist diejenigen Öle und Fette verwendet, mitdenen die Maschine auch regelmäßig geschmiert wird. Für Bauteile und Maschinen, die für längere Zeitoder einen Transport vor Korrosion geschützt werden müssen, werden spezielle Konservierungsmitteleingesetzt.

7.3.1 Konservierungsöle

Konservierungsöle unterscheiden sich von Schmier-ölen durch eine Vielzahl von Zusätzen, mit denendie Schutzwirkung verstärkt wird.

Während normale Öle und Fette Wasser nur zumTeil verdrängen und Wasserreste in Spalten ein-schließen können, kriechen Korrosionsschutzöle inSpalten, unterwandern das Wasser und verdrän-gen es von der Oberfläche. Dabei bilden sie auf derOberfläche des zu schützenden Teiles eine elek-trisch isolierende Schicht, sodass keine elektroche-mische Korrosion auftreten kann. Ferner sind dieÖle so eingestellt, dass sie sich nicht klebrig anfüh-len.

Damit der Aufwand zur Reinigung konservierter Teile vor dem späteren Einsatz gering ist bzw. überflüssigist, dürfen Konservierungsöle keine wachsartigen Bestandteile und keine Silikone enthalten.

7.3.2 VCI-Verpackungen

Mit der Abkürzung VCI (engl. Volatile Corrosion Inhibitor) bezeichnet man feste, korrosionshemmendeStoffe, die allmählich in die Gasphase übergehen und sich dann an allen festen Oberflächen in der Umge-bung ablagern.

für VCI- Verpackungen

Diese Stoffe bringt man auf Kunststofffolien, Pappen und andere Träger auf, mit denen man die zu schüt-zenden Bauteile dicht einpackt. Schon nach kurzer Zeit bildet sich in der abgeschlossenen Umhüllung eine mit VCI angereicherte Gasphase, die Oberflächen der Bauteile werden mit einer VCI-Schicht überzo-gen und sind damit vor Korrosion geschützt. Die Wirkungsdauer einer solchen Korrosionsschutzmaßnah-me kann bis zu zwei Jahre betragen. Entpackt man die Bauteile, so verflüchtigt sich die VCI-Konservie-rung und die Bauteile sind unmittelbar einsetzbar.

Beispiele

VCI-haltige Verpackungen enthalten Stoffe, die verdampfen und sich als korrosionshemmender Filmauf dem verpackten Bauteil ablagern. Beim Entpacken verflüchtigt sich das VCI, damit entfällt dieOberflächenreinigung.

VCI-haltige Verpackungen enthalten Stoffe, die verdampfen und sich als korrosionshemmender Filmauf dem verpackten Bauteil ablagern. Beim Entpacken verflüchtigt sich das VCI, damit entfällt dieOberflächenreinigung.

Feuchtigkeit durch Fett-eingeschlossen

Feuchtigkeit durch Kon-servierungsöl verdrängt

VCI-Verpackungen


Legiert man zu einem Halbleiterwerkstoff in sehr geringen Mengen Stoffe, deren Atome z.B. gegenüberSilizium oder Germanium ein Elektron mehr oder ein Elektron weniger auf der Außenschale haben, sokann man gezielt überschüssige (quasifreie) Elektronen oder Löcher erzeugen. Man nennt diese Halblei-terwerkstoffe dotierte Halbleiter. Halbleiterbauelemente der Elektronik (z.B. Dioden, Transistoren) sindKombinationen verschieden dotierter Halbleiter.

● Nichtleiter

Stoffe ohne bewegliche Ladungsträger leiten denelektrischen Strom nicht. Solche Stoffe sind z.B.Gummi, Kunststoffe, Glas, trockene Luft und che-misch reines Wasser. Man verwendet diese Stoffezur Isolierung von elektrischen Leitern und Gerä-ten. Deshalb bezeichnet man sie als Isolierstoffe

oder Nichtleiter.

2.7 Elektrischer Widerstand

Im Stromkreis wird der Fluss der Elektronen gehemmt. Diese Erscheinung bezeichnet man als elektrischen

Widerstand. Er wird in Ohm (Ω) angegeben. Der elektrische Widerstand eines Leiters ist abhängig von:● Leiterlänge, ● Leiterquerschnitt, ● Leiterwerkstoff, ● Temperatur des Leiters.

In den meisten Fällen ist der Einfluss der Temperatur auf den Leiter unbedeutend. Daher wird bei Berech-nungen die Temperatur mit 20 °C als konstant angesetzt.

Einflussgrößen auf den

elektrischen Widerstand

Die verschiedenen Einflussgrößen auf den elektrischen Widerstand haben folgende Auswirkungen:● Mit steigender Leiterlänge wächst der Widerstand, weil die Elektronenbewegung auf dem längeren

Weg stärker behindert wird.● Mit kleinerem Leiterquerschnitt wird der Widerstand größer, weil die Durchtrittsfläche kleiner wird.● Mit sinkender Zahl freier Elektronen und stärkerer Behinderung durch Fremdatome im Kristallgitter

steigt der elektrische Widerstand. Diese Werkstoffabhängigkeit des Widerstandes drückt man durchden spezifischen Widerstand (Formelzeichen: r) aus.

Dotieren ist das Legieren eines Halbleiterwerkstoffes mit sehr wenigen Fremdatomen. ElektronischeHalbleiterbauelemente bestehen aus dotierten Halbleiterwerkstoffen.

Stoffe, in denen Ladungen nicht bewegt werden können, werden als Nichtleiter oder Isolierstoffe be-zeichnet.

Querschnitt einer isolierten Kupferleitung

Flussrichtungder Elektronen

540 Übungsaufgaben 5/23 bis 5/27

5.4.2.2 Elektromotor

● Prinzip des Elektromotors

Auf einen stromdurchflossenen Leiter wirken in einem Magnetfeld Kräfte ein. Bei freier Lagerung des Lei-ters können diese Kräfte eine Bewegung des Leiters verursachen. In Elektromotoren wird diese Bewe-gung ausgenutzt, um elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln.

Hängt man in das Magnetfeld eines hufeisenförmi-gen Dauermagneten eine Leiterschaukel, so erfährtdiese eine Ablenkung, sobald sie von einemGleichstrom durchflossen wird. Ursache dieser Be-wegung ist die Wechselwirkung zwischen demMagnetfeld des Dauermagneten – dem äußerenFeld – und dem Magnetfeld um den stromdurch-flossenen Leiter – dem inneren Magnetfeld.

Betrachtet man den Feldlinienverlauf der beidenüberlagerten Magnetfelder, dann stellt man fest,dass bei der angenommenen Stromrichtung im Be-reich rechts vom Leiter die Feldlinien gleich gerich-tet sind; hier verstärken sich die Magnetfelder.Links vom Leiter sind die Feldlinien entgegenge-setzt gerichtet; äußeres und inneres Magnetfeldschwächen sich in ihrer Wirkung gegenseitig. Dieserklärt, warum die Leiterschaukel zur Seite derMagnetabschwächung ausweicht.

Setzt man in das Feld eines Dauermagneten statteiner Leiterschaukel eine leicht drehbare, strom-durchflossene Spule ein, so bilden sich an dieserSpule Nord- und Südpol aus. Die Spule stellt sichdaraufhin mit einer Drehbewegung so ein, dass ihrePole den Polen des äußeren Feldes entgegenge-richtet sind.

Um eine dauernde Drehbewegung zu erhalten, kehrt man durch einen selbsttätigen Polwender, den Kom-

mutator, die Stromrichtung – und damit die Polung der Magnetspule – um.

Stromzufuhr über Kommutator Umpolung durch Kommutator

Die Drehbewegung des Ankers ergibt sich durch die Anziehung bzw. Abstoßung der Pole. Durch dieUmpolung des inneren Magnetfeldes wird die Drehbewegung aufrecht erhalten.

Ein stromdurchflossener Leiter erfährt in einem äußeren Magnetfeld eine Kraftwirkung, die senkrechtzu den Kraftlinien des äußeren Feldes gerichtet ist.

Bewegung durch Magnetkräfte

Leiterbewegung durch Magnetfeldüberlagerung

Halbdrehung einer Spule im Magnetfeld

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