Igm RSX und RTE – Projektprüfung einer Schweißbaugruppe mit Verzug und Zeitrechnung

aiMOOC

Igm RSX und RTE – Projektprüfung einer Schweißbaugruppe mit Verzug und Zeitrechnung

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Lehrmodell und Quellenbezug: Dieser Kurs ist auf unterschiedliche Ausbildungsbetriebe übertragbar. Der Metall-Muster-Betrieb bezeichnet ein fiktives redaktionelles Lehrmodell. Der Quellenbetrieb und seine Referenzanlagen sind dagegen die realen Anwendungsfälle der jeweils verlinkten Originalberichte. Quellenangaben beschreiben weder eine tatsächliche Ausstattung des Musterbetriebs noch eine Herstellerfreigabe.

Einleitung

In diesem aiMOOC untersuchst du einen synthetischen Schweißauftrag rechnerisch und prüftechnisch. Du berechnest aus vier modellhaften Nahtlängen eine reine Schweißzeit, beurteilst ein Endmaß innerhalb eines Toleranzfeldes und entwickelst einen getrennten Maßnahmenplan für Maßabweichung und Nahtqualität. Zielgruppe sind Auszubildende aller Geschlechter im Beruf Konstruktionsmechanikerin beziehungsweise Konstruktionsmechaniker im dritten oder vierten Ausbildungsjahr.

Wichtige Abgrenzung: Dies ist ergänzendes Lernen und keine offizielle Prüfungsaufgabe, kein offizieller Herstellerlehrgang und kein Ersatz für Betriebsanweisungen, Gefährdungsbeurteilungen, freigegebene Schweißunterlagen oder Unterweisungen. Reale Maschinenarbeit darf nur nach betrieblicher Unterweisung und unter qualifizierter Anleitung erfolgen. Der Kurs enthält keine Bedienfreigaben, keine Programme und keine erfundenen Herstellerparameter.

Die Anlagenbeschreibung stützt sich auf die öffentlich zugängliche Projektmeldung von igm zum Referenzstandort in Österreich mit Quellenstand 31. Juli 2024. Die dort beschriebene Konfiguration wird als ein Anlagenverbund mit zwei Schweißstationen und einem Handhabungsroboter behandelt, nicht als drei unabhängige Anlagenfälle. Alle Rechenwerte des Projektfalls sind ausdrücklich bezeichnete Lehrmodelldaten.

Allgemeines Beispiel einer industriellen Schweißroboterzelle; nicht die igm-Anlage am Referenzstandort.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, Ptmetindoerasakti, CC BY-SA 4.0; die Abbildung dient nur der allgemeinen Veranschaulichung automatisierten Schweißens.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst du:

1. Anlagenverbund: öffentlich belegte Anlagenkomponenten von nicht belegten Annahmen unterscheiden.
2. Nahtlänge: Teilstrecken addieren und die Einheit der Gesamtlänge korrekt angeben.
3. Schweißzeit: aus Länge und vorgegebener Lehrgeschwindigkeit eine reine rechnerische Schweißzeit ermitteln.
4. Toleranz: unteres und oberes Grenzmaß berechnen und einen Messwert einordnen.
5. Schweißverzug: eine Maßabweichung fachlich beschreiben, ohne ihre Ursache vorschnell festzulegen.
6. Qualitätssicherung: Nahtqualität und Geometrie getrennt prüfen und dokumentieren.
7. Maßnahmenplan: Vorrichtung, Heftfolge, Messaufbau und freigegebene Schweißunterlagen systematisch prüfen.
8. Arbeitssicherheit: Grenzen eines Lernmodells gegenüber realer Maschinenarbeit einhalten.

Anlagenverbund und Nachweisgrenzen verstehen

Öffentlich belegte Konfiguration

Die igm-Projektmeldung beschreibt eine hochkomplexe Roboteranlage beim Quellenbetrieb am Referenzstandort. Nach dieser Quelle gehören zum Verbund zwei RSX-Schweißroboteranlagen. Jede dieser Stationen enthält einen RTE 478-S Schweißroboter auf einem RST-Drehausleger, der am Gehäuse eines L-Manipulators montiert ist. Zusätzlich wird ein RTE H650 Handhabungsroboter mit in der Quelle genannter Traglast von 650 kg beschrieben, der auf einer RTS-Bodenfahrbahn verfährt.

Weiter nennt die Quelle Vorwärmbrenner und iLS-Lasersensoren in den Schweißstationen, eine Greiferkalibrierstation, eine Reinigungsstation für Magnetgreifer, Werkstückvorrichtungen mit Nullpunktspannsystem sowie ein Regalsystem. Der Handhabungsroboter wechselt nach der Beschreibung die Vorrichtungen und lagert sie ein. Diese Angaben helfen, Materialfluss, Stationen und Prüfgrenzen zu verstehen. Sie erlauben jedoch keine Ableitung konkreter Schweißparameter, Programme, Freigaben, Betriebsarten oder Bedienhandlungen.

Primärquelle: igm: Projekt Liebherr Bischofshofen, veröffentlicht am 31.07.2024.

Allgemeines Beispiel mehrerer sechsachsiger Schweißroboter; keine Abbildung des beschriebenen igm-Verbunds.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, Phasmatisnox, CC BY 3.0.

Eigenes Lehrschema des Anlagenverbunds

Das folgende Schema ordnet Funktionen, ohne eine reale Steuerungs- oder Bedienlogik zu behaupten:

Bereich	Öffentlich beschriebene Aufgabe	Lernbezogene Prüfgrenze
RSX-Schweißstation A	RTE 478-S am RST-Drehausleger und L-Manipulator	Im Kurs nur als erste Schweißstation betrachten; keine Parameter oder Programme ableiten
RSX-Schweißstation B	RTE 478-S am RST-Drehausleger und L-Manipulator	Im Kurs nur als zweite Schweißstation betrachten; keine Parameter oder Programme ableiten
Handhabungsbereich	RTE H650 auf RTS-Bodenfahrbahn	Material- und Vorrichtungsfluss beschreiben; keine Bewegungsfreigabe oder Lastplanung vornehmen
Vorrichtungsbereich	Nullpunktspannsystem und Regallagerung	Bedeutung reproduzierbarer Lagebezüge erklären; reale Spannfreigabe bleibt betrieblich
Zusatzeinrichtungen	Vorwärmbrenner, iLS-Lasersensor, Kalibrier- und Reinigungsstation	Funktionen nur auf Quellenebene benennen; keine Einstellwerte oder Bedienfolgen erfinden

Funktionsfluss als Lehrmodell: freigegebener Auftrag → geeignete Vorrichtung → definierte Werkstücklage → Schweißstation → getrennte Naht- und Maßprüfung → dokumentierter Maßnahmenplan.

Historisches Beispiel einer Offline-Darstellung eines Schweißrobotersystems; keine Programmieranleitung für die genannte Anlage.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, Pipimaru beziehungsweise KOMATSU, CC BY-SA 2.1 Japan.

Sicherheits- und Kompetenzgrenzen

Ein Industrieroboter kann große Kräfte, hohe Geschwindigkeiten und gefährliche Bewegungen erzeugen. Zusätzlich treten beim Schweißen Strahlung, Hitze, Rauch, elektrische Gefährdungen, Brandgefahren und Gefährdungen durch bewegte oder gespannte Bauteile auf. Deshalb gilt:

1. Betriebliche Unterweisung: Zutritt, Bedienung, Einrichten, Störungsbeseitigung und Instandhaltung richten sich ausschließlich nach betrieblichen Regeln und Zuständigkeiten.
2. Freigabe: Ein Lernender ändert weder Programme noch Schweißparameter, Vorrichtungen oder Sicherheitseinrichtungen ohne ausdrückliche betriebliche Freigabe.
3. Sicherer Zustand: Prüfungen am realen Werkstück erfolgen nur in dem vom Betrieb festgelegten sicheren Zustand.
4. Gefährdungsbeurteilung: Persönliche Schutzausrüstung und Schutzmaßnahmen folgen der aktuellen Gefährdungsbeurteilung.
5. Dokumentation: Unklare oder widersprüchliche Angaben werden gemeldet und nicht durch Vermutungen ersetzt.

Datei:Welding Helmet Effects on Breathing Zone Exposures.webm Videonachweis: Wikimedia Commons; National Institute for Occupational Safety and Health, U.S. CDC; gemeinfrei als Werk einer US-Bundesbehörde.

Projektauftrag und Prüfkette planen

Vom Auftrag zum prüfbaren Ergebnis

Eine Projektprüfung ist mehr als eine Rechnung. Sie verbindet Auftragsklärung, sichere Arbeitsplanung, nachvollziehbare Ausführung, Prüfung und Dokumentation. Für den Lehrfall genügt die folgende Prüfkette:

Schritt	Leitfrage	Erwarteter Nachweis
Auftrag klären	Welche Werte sind vorgegeben, welche fehlen und welche sind nur Lehrmodelldaten?	Datenblatt mit Einheiten und Kennzeichnung der Annahmen
Unterlagen prüfen	Welche Zeichnung, Schweißanweisung, Prüfplanung und Arbeitsanweisung sind freigegeben?	Dokumentenliste; im Lehrfall nur benennen, nicht erfinden
Geometrie sichern	Welche Bezüge, Anschläge, Spannpunkte und Heftstellen beeinflussen die Lage?	Skizze des Mess- und Spannkonzepts
Zeit berechnen	Welche Zeitanteile sind aus den Daten berechenbar?	Rechenblatt für die reine Schweißzeit
Naht prüfen	Welche Nahtmerkmale sind nach den freigegebenen Vorgaben zu bewerten?	Separates Nahtprüfprotokoll
Maß prüfen	Liegt der Messwert im zulässigen Toleranzfeld?	Separates Maßprüfprotokoll
Abweichung behandeln	Welche Ursachen müssen geprüft werden und wer entscheidet über Maßnahmen?	Getrennter Maßnahmenplan ohne ungeprüfte Parameteränderung

Datenqualität und Versionsstand

Vor jeder Rechnung müssen Zahlen, Einheiten und Gültigkeit geprüft werden. Ein Wert ohne Einheit ist nicht ausreichend. Ebenso ist eine alte Zeichnung keine sichere Grundlage, nur weil sie plausibel aussieht. In einer realen Projektprüfung würdest du mindestens Dokumentnummer, Änderungsstand, Freigabestatus, Werkstückkennzeichnung, Prüfmittelstatus und verantwortliche Stelle erfassen.

Im vorliegenden Lehrmodell sind ausschließlich diese Daten für die Rechnung freigegeben:

Größe	Lehrwert	Bedeutung
Nahtlängen	120 mm, 180 mm, 120 mm, 180 mm	Vier modellhafte Teilnähte
Schweißgeschwindigkeit	300 mm/min	Rechenwert nur für die reine Schweißzeit
Nennmaß	200,0 mm	Mittelpunkt des Toleranzfeldes
Toleranz	± 0,5 mm	Zulässige symmetrische Abweichung
Messwert	200,8 mm	Modellwert der Maßprüfung

Nicht angegeben sind Heftzeit, Rüstzeit, Vorwärmzeit, Roboterfahrt, Positionierzeit, Drahtwechsel, Reinigung, Prüfzeit, Wartezeit, Störzeit und weitere Nebenzeiten. Daher kann aus den Daten keine Gesamtzykluszeit bestimmt werden.

Typische Planungsfehler

Fehler	Warum problematisch	Fachgerechte Korrektur
Drei unabhängige Anlagenfälle annehmen	Die Quelle beschreibt einen Verbund mit zwei Schweißstationen und einem Handhabungsroboter	Systemgrenze als einen Anlagenverbund dokumentieren
Herstellerparameter ergänzen	Nicht belegte Werte können fachlich falsch und sicherheitskritisch sein	Nur freigegebene Unterlagen verwenden; fehlende Werte als offen markieren
Reine Schweißzeit als Taktzeit ausgeben	Nebenzeiten fehlen	Ergebnis ausdrücklich als rechnerische Schweißzeit kennzeichnen
Maßabweichung als Nahtfehler bezeichnen	Geometrie und Nahtqualität sind verschiedene Prüfmerkmale	Getrennte Prüfungen und Protokolle führen
Sofort eine Richt- oder Parametermaßnahme empfehlen	Ursache, Freigabe und Werkstoffwirkung sind ungeklärt	Prüfkette einhalten und Entscheidung an zuständige Fachstelle geben

Robotergestütztes Laserschweißen als allgemeines Automatisierungsbeispiel; anderes Verfahren, andere Anlage und keine Bedienanleitung für den Projektfall.

Videonachweis: Wikimedia Commons, Richard Hewitt und Warwick Manufacturing Group; gemeinfrei durch den Urheber freigegeben.

Nahtlänge und Bearbeitungszeit berechnen

Gesamte Nahtlänge

Die vier Teilnähte werden addiert:

$L_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{s}}=120\mathrm{m}\mathrm{m}+180\mathrm{m}\mathrm{m}+120\mathrm{m}\mathrm{m}+180\mathrm{m}\mathrm{m}$

$L_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{s}}=600\mathrm{m}\mathrm{m}$

Die Einheit bleibt Millimeter, weil ausschließlich Längen addiert werden. Eine häufige Fehlerquelle ist, einzelne Nähte zu übersehen oder gleiche Werte nur einmal zu zählen. Eine saubere Tabelle verhindert das.

Naht	Länge	Lehrdiagramm
Naht A	120 mm	████████████
Naht B	180 mm	██████████████████
Naht C	120 mm	████████████
Naht D	180 mm	██████████████████
Summe	600 mm	Vier Teilnähte vollständig erfasst

Die Balken sind ein selbst erstelltes Lehrdiagramm. Sie zeigen nur das Verhältnis der Längen und keine reale Nahtlage.

Allgemeines Beispiel eines Lichtbogenschweißroboters an einem Prüfstück; nicht die im Projekt genannte Anlage.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, KOMATSU Ltd, CC BY-SA 2.1 Japan.

Reine rechnerische Schweißzeit

Für eine konstante Lehrgeschwindigkeit gilt:

$t_{\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{s}}=\frac{L_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{s}}}{v}$

Eingesetzt:

$t_{\mathrm{S}\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{s}}=\frac{600\mathrm{m}\mathrm{m}}{300\mathrm{m}\mathrm{m}/\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}=2\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}$

Die Millimeter kürzen sich, übrig bleibt die Minute. Das Ergebnis lautet daher:

Reine rechnerische Schweißzeit: 2 Minuten.

Diese Rechnung setzt modellhaft voraus, dass alle vier Nahtstrecken mit dem vorgegebenen Rechenwert zurückgelegt werden. Sie sagt nichts über Beschleunigung, An- und Abfahrbewegungen, Lichtbogenstart, Übergänge, Lagen, Zwischenstopps oder reale Prozessfreigaben aus.

Schweißzeit und Gesamtzykluszeit unterscheiden

Zeitart	Enthalten	Im Lehrfall bestimmbar
Reine Schweißzeit	Nur Gesamtlänge geteilt durch Lehrgeschwindigkeit	Ja, 2 Minuten
Handhabungszeit	Greifen, Transportieren, Einlegen, Wechseln und Positionieren	Nein
Rüst- und Heftzeit	Vorrichtung vorbereiten, Bauteile ausrichten und heften	Nein
Prozessnebenzeit	Vorwärmen, Reinigen, Starten, Übergänge und weitere Prozessschritte	Nein
Prüfzeit	Nahtprüfung, Maßprüfung und Dokumentation	Nein
Gesamtzykluszeit	Summe aller erforderlichen Zeiten	Nein, weil Zusatzzeiten fehlen

Eigenes Zeitmodell:

Reine Schweißzeit + Handhabung + Rüsten + Prozessnebenzeiten + Prüfen + mögliche Wartezeiten = Gesamtzykluszeit.

Nur der erste Summand ist mit den gegebenen Daten berechenbar. Eine Zahl für die Gesamtzykluszeit wäre daher eine unbelegte Schätzung.

Plausibilitätsprüfung und typische Rechenfehler

1. Einheitenprüfung: 600 mm geteilt durch 300 mm/min muss Minuten ergeben.
2. Größenordnung: Bei 300 mm pro Minute werden 600 mm in zwei Minuten zurückgelegt.
3. Vollständigkeit: Alle vier Nahtlängen müssen in der Summe enthalten sein.
4. Begriffsprüfung: Das Ergebnis ist reine Schweißzeit, nicht automatisch Taktzeit oder Auftragszeit.
5. Rundung: Hier ist keine Rundung nötig; 2 Minuten sind exakt aus den Lehrwerten berechnet.

Typische Fehler sind die Division 300 ÷ 600, das Weglassen einer Naht, die Umrechnung in Sekunden ohne Kennzeichnung oder das Hinzurechnen frei erfundener Nebenzeiten. Fachgerecht ist nur ein Ergebnis, dessen Datenbasis und Grenze sichtbar bleiben.

Maßabweichung, Verzug und Nahtqualität bewerten

Toleranzfeld berechnen

Das Nennmaß beträgt 200,0 mm, die Toleranz ± 0,5 mm.

$G_{\mathrm{u}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{n}}=\mathrm{200,0}\mathrm{m}\mathrm{m}-\mathrm{0,5}\mathrm{m}\mathrm{m}=\mathrm{199,5}\mathrm{m}\mathrm{m}$

$G_{\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{e}\mathrm{n}}=\mathrm{200,0}\mathrm{m}\mathrm{m}+\mathrm{0,5}\mathrm{m}\mathrm{m}=\mathrm{200,5}\mathrm{m}\mathrm{m}$

Damit lautet der zulässige Bereich:

199,5 mm bis 200,5 mm.

Der gemessene Lehrwert ist 200,8 mm. Er liegt oberhalb des oberen Grenzmaßes. Die Überschreitung beträgt:

$\mathrm{200,8}\mathrm{m}\mathrm{m}-\mathrm{200,5}\mathrm{m}\mathrm{m}=\mathrm{0,3}\mathrm{m}\mathrm{m}$

Ergebnis: Das Modellmaß überschreitet das obere Grenzmaß um 0,3 mm.

Unteres Grenzmaß	Nennmaß	Oberes Grenzmaß	Messwert	Bewertung
199,5 mm	200,0 mm	200,5 mm	200,8 mm	0,3 mm über dem oberen Grenzmaß

Eigenes Toleranzdiagramm: 199,5 mm ├──────── zulässiger Bereich ────────┤ 200,5 mm → 200,8 mm Messwert.

Messaufbau fachlich prüfen

Bevor eine Maßabweichung als belastbar gilt, muss der Messaufbau nachvollziehbar sein. In einer realen Prüfung gehören dazu je nach Prüfplan:

1. Messbezug: Sind Bezugskanten, Bezugspunkte und Messrichtung eindeutig?
2. Prüfmittel: Ist das Messmittel geeignet, funktionsfähig und im vorgesehenen Prüfstatus?
3. Oberfläche: Stören Spritzer, Grate, Schmutz oder Beschichtungen die Anlageflächen?
4. Bauteilzustand: Ist das Bauteil ausreichend abgekühlt und in der vorgeschriebenen Lage?
5. Messkraft: Wird ohne Verkanten und mit angemessener, reproduzierbarer Messkraft gemessen?
6. Wiederholung: Bestätigen Wiederholmessungen und gegebenenfalls eine zweite Person das Ergebnis?
7. Dokumentation: Sind Messstelle, Zeitpunkt, Prüfmittel und Ergebnis festgehalten?

Im Lehrmodell wird der Wert 200,8 mm als verwendbarer Messwert vorgegeben. In der Praxis entscheidet der freigegebene Prüfplan, wie Messunsicherheit, Temperatur und Wiederholungen zu berücksichtigen sind.

Messung an einem Metallbauteil mit einem Messschieber; die Abbildung zeigt ein allgemeines Messbeispiel.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, Hiroshi Ishii, CC BY 2.0.

Noniusskala eines Messschiebers als Beispiel für sorgfältiges Ablesen.

Mediennachweis: Wikimedia Commons, Peter Southwood, CC BY-SA 3.0.

Verzug als mögliche, nicht automatisch bewiesene Ursache

Schweißverzug entsteht allgemein durch örtlich ungleichmäßiges Erwärmen und Abkühlen sowie dadurch verursachte Ausdehnung und Schrumpfung. Ein außerhalb der Toleranz liegendes Maß kann mit Verzug zusammenhängen. Der einzelne Messwert beweist aber nicht, welche Ursache vorliegt.

Zu prüfende Einflussbereiche sind beispielsweise:

Einflussbereich	Prüfgedanke	Zulässige Aussage im Lehrfall
Vorrichtung	Waren Anschläge, Spannpunkte und Nullpunktbezüge korrekt und frei von Verschmutzung?	Prüfen und dokumentieren, keine ungeprüfte Änderung
Heftfolge	War die freigegebene Heftreihenfolge eingehalten und waren Bauteile vor dem Schweißen korrekt ausgerichtet?	Mit Vorgaben vergleichen
Schweißfolge	Wurde die freigegebene Reihenfolge eingehalten?	Nur anhand freigegebener Unterlagen bewerten
Messaufbau	Sind Bezug, Lage, Temperatur und Messmittel geeignet?	Messung verifizieren
Bauteilvorbereitung	Waren Fügeflächen, Spalt und Bauteillage gemäß Vorgabe?	Abweichungen erfassen
Unterlagenstand	Stimmen Zeichnung, Prüfplan und Schweißanweisung mit dem Auftrag überein?	Versions- und Freigabestatus prüfen

Eine Korrektur durch Richten, Erwärmen, Nachschweißen oder Parameteränderung darf im Lehrfall nicht vorgeschlagen oder ausgeführt werden, ohne dass Ursache, Werkstoff, Freigabe, Verfahren und Zuständigkeit geklärt sind.

Nahtqualität separat beurteilen

Nahtqualität und Maßhaltigkeit müssen getrennt behandelt werden:

Prüfbereich	Beispielhafte Fragen	Ergebnisform
Nahtqualität	Entspricht die Naht den freigegebenen Annahmekriterien? Gibt es sichtbare Unregelmäßigkeiten? Sind erforderliche Prüfungen durchgeführt?	Nahtprüfprotokoll mit Bezug auf freigegebene Kriterien
Geometrie	Liegt das Endmaß im Toleranzfeld? Ist der Messaufbau nachvollziehbar?	Maßprüfprotokoll
Prozessnachweis	Wurden freigegebene Unterlagen und Abläufe eingehalten?	Dokumenten- und Ablaufnachweis
Maßnahmen	Welche Abweichung liegt vor, wer bewertet sie und welche Prüfung folgt?	Getrennter, freigegebener Maßnahmenplan

Eine optisch unauffällige Naht kann an einer geometrisch unzulässigen Baugruppe liegen. Umgekehrt beweist eine Maßabweichung keinen Nahtfehler. Diese Trennung verhindert Fehldiagnosen.

Getrennter Maßnahmenplan

Ein fachgerechter Maßnahmenplan beschreibt erst die Prüfung und dann die Entscheidung:

Spur	Sofortige fachliche Handlung	Nächste Entscheidung
Geometrie	Werkstück kennzeichnen, Messung sichern, Messaufbau und Vorrichtung prüfen, Heft- und Schweißfolge mit freigegebenen Unterlagen vergleichen	Zuständige Fachstelle bewertet Nacharbeit, Sperrung oder weitere Prüfung
Nahtqualität	Naht separat nach freigegebenem Prüfplan untersuchen und Befunde dokumentieren	Zuständige Fachstelle entscheidet über Annahme, Zusatzprüfung oder Nacharbeit
Zeitnachweis	Reine Schweißzeit mit Datenbasis ausweisen und fehlende Nebenzeiten benennen	Für eine Gesamtzykluszeit reale Zeitdaten erfassen und freigeben

Nicht zulässig sind spontane Parameteränderungen, ein geschätztes Richten oder das Vermischen von Naht- und Maßbefunden.

Berufstypischer Modellfall mit Lösung

Projektauftrag

Du erhältst eine synthetische Schweißbaugruppe mit vier modellhaften Nähten. Die Nahtlängen betragen 120 mm, 180 mm, 120 mm und 180 mm. Für die reine Zeitrechnung gilt eine Lehrgeschwindigkeit von 300 mm/min. Heften, Handhabung, Vorwärmen, Roboterbewegungen und Prüfungen sind nicht enthalten.

Das Endmaß soll 200,0 ± 0,5 mm betragen. Gemessen werden 200,8 mm. Du sollst:

1. die gesamte Nahtlänge bestimmen,
2. die reine rechnerische Schweißzeit bestimmen,
3. erklären, warum keine Gesamtzykluszeit berechnet werden kann,
4. das Toleranzfeld berechnen,
5. den Messwert einordnen,
6. Nahtqualität und Maßabweichung getrennt behandeln,
7. einen fachlichen Maßnahmenplan formulieren,
8. erforderliche Nachweise benennen.

Nachvollziehbare Musterlösung

Schritt 1 – Nahtlänge:

120 mm + 180 mm + 120 mm + 180 mm = 600 mm.

Schritt 2 – reine Schweißzeit:

600 mm ÷ 300 mm/min = 2 min.

Schritt 3 – Grenze der Zeitrechnung:

Die Gesamtzykluszeit ist länger als zwei Minuten, weil Nebenzeiten hinzukommen. Ihre Dauer ist nicht angegeben. Deshalb ist die Gesamtzykluszeit nicht bestimmbar.

Schritt 4 – Grenzmaße:

Unteres Grenzmaß: 200,0 mm − 0,5 mm = 199,5 mm.

Oberes Grenzmaß: 200,0 mm + 0,5 mm = 200,5 mm.

Schritt 5 – Maßbewertung:

200,8 mm liegt 0,3 mm über 200,5 mm. Das Modellmaß ist damit außerhalb der vorgegebenen Toleranz.

Schritt 6 – getrennte Qualitätsaussage:

Der Maßbefund betrifft zunächst die Geometrie. Die Nahtqualität muss unabhängig davon nach den freigegebenen Kriterien geprüft werden. Der Messwert allein beweist weder einen bestimmten Nahtfehler noch eine bestimmte Verzugsursache.

Schritt 7 – Maßnahmenplan:

1. Baugruppe und Befund eindeutig kennzeichnen und nicht eigenmächtig nacharbeiten.
2. Messaufbau, Bezug, Prüfmittel, Bauteilzustand und Wiederholmessung prüfen.
3. Vorrichtung, Anschläge, Nullpunktbezug und Sauberkeit kontrollieren.
4. Heftfolge und Schweißfolge mit den freigegebenen Unterlagen vergleichen.
5. Nahtqualität separat prüfen und dokumentieren.
6. Zeichnung, Prüfplan und freigegebene Schweißunterlagen auf richtigen Stand prüfen.
7. Entscheidung über weitere Prüfung oder Nacharbeit der zuständigen Fachstelle überlassen.
8. Keine geschätzte Parameteränderung und keine ungeprüfte Richtmaßnahme vornehmen.

Schritt 8 – Nachweise:

Erforderlich sind mindestens Naht- und Zeitrechnung, Maßprüfprotokoll sowie ein getrennter Maßnahmenplan für Geometrie und Nahtqualität. In einer realen betrieblichen Aufgabe kommen je nach Vorgabe Dokumentenstand, Prüfmittelangaben, Werkstückkennzeichnung, Prozessprotokolle und Freigaben hinzu.

Bewertungsraster

Kriterium	Voll erfüllt	Teilweise erfüllt	Nicht erfüllt	Punkte
Datenübernahme	Alle vier Nahtlängen, Geschwindigkeit, Nennmaß, Toleranz und Messwert korrekt	Einzelne Angabe unklar	Wesentliche Daten fehlen oder wurden verändert	4
Nahtlänge	600 mm mit nachvollziehbarer Addition und Einheit	Rechenweg erkennbar, kleiner Darstellungsfehler	Falsche Summe oder keine Einheit	4
Reine Schweißzeit	2 min mit Formel, Einheiten und korrekter Bedeutung	Ergebnis richtig, Begründung unvollständig	Falsches Ergebnis oder als Gesamtzykluszeit ausgegeben	6
Zeitgrenze	Fehlende Nebenzeiten vollständig erkannt; keine Schätzung	Einige Nebenzeiten genannt	Gesamtzykluszeit erfunden	4
Grenzmaße	199,5 mm und 200,5 mm korrekt	Ein Grenzmaß korrekt	Beide falsch	4
Maßbewertung	0,3 mm Überschreitung korrekt und eindeutig	Außerhalb erkannt, Differenz fehlt	Falsche Einordnung	4
Trennung der Prüfspuren	Nahtqualität und Geometrie klar getrennt	Trennung angedeutet	Befunde vermischt	4
Maßnahmenplan	Messaufbau, Vorrichtung, Heftfolge und Unterlagen geprüft; keine ungeprüfte Korrektur	Plan teilweise vollständig	Sofortige unfreigegebene Änderung empfohlen	6
Nachweise und Sicherheit	Nachweise vollständig; Unterweisung und Zuständigkeit beachtet	Einzelne Nachweise fehlen	Sicherheits- oder Freigabegrenzen missachtet	4
Gesamt				40

Orientierende Auswertung: 36–40 Punkte sehr sicher, 30–35 Punkte sicher, 24–29 Punkte teilweise sicher, unter 24 Punkten erneute Bearbeitung mit fachlicher Rückmeldung. Die betriebliche oder schulische Bewertung kann abweichende Maßstäbe festlegen.

Reflexion des Modellfalls

Die wichtigste Leistung ist nicht nur das richtige Rechnen. Du musst zeigen, dass du Datenquellen begrenzt, Einheiten prüfst, unbelegte Annahmen vermeidest und Abweichungen strukturiert behandelst. Eine professionelle Projektprüfung verbindet deshalb Mathematik, Fertigungstechnik, Messtechnik, Qualitätssicherung, Kommunikation und Arbeitssicherheit.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Wie groß ist die gesamte modellhafte Nahtlänge? (600 mm) (!300 mm) (!480 mm) (!720 mm)

Wie groß ist die reine rechnerische Schweißzeit bei 600 mm und 300 mm pro Minute? (2 Minuten) (!0,5 Minuten) (!3 Minuten) (!5 Minuten)

Welche Aussage zur Gesamtzykluszeit ist fachlich richtig? (Sie ist ohne die fehlenden Zusatzzeiten nicht bestimmbar) (!Sie entspricht immer der reinen Schweißzeit) (!Sie beträgt genau vier Minuten) (!Sie wird nur aus dem Nennmaß berechnet)

Wie groß ist das obere Grenzmaß bei 200,0 mm plus oder minus 0,5 mm? (200,5 mm) (!199,5 mm) (!200,0 mm) (!201,0 mm)

Um wie viel überschreitet der Messwert 200,8 mm das obere Grenzmaß? (0,3 mm) (!0,5 mm) (!0,8 mm) (!1,3 mm)

Welche Prüfung muss unabhängig von der Maßprüfung durchgeführt werden? (Die Prüfung der Nahtqualität nach freigegebenen Kriterien) (!Die Schätzung einer neuen Schweißgeschwindigkeit) (!Das sofortige Flammrichten) (!Die Änderung des Roboters ohne Freigabe)

Welche Aussage beschreibt die Anlagenkonfiguration korrekt? (Ein Verbund aus zwei Schweißstationen und einem Handhabungsroboter) (!Drei unabhängige Schweißanlagen ohne Verbindung) (!Eine einzelne Handstation ohne Robotik) (!Vier identische Handhabungsroboter)

Was ist bei einem Maß außerhalb der Toleranz zuerst fachgerecht? (Den Befund sichern und Messaufbau sowie Prozessnachweise prüfen) (!Sofort die Schweißparameter erhöhen) (!Das Bauteil ohne Freigabe richten) (!Den Messwert auf das Nennmaß abrunden)

Welche Größe wird mit Länge geteilt durch Geschwindigkeit berechnet? (Die reine Schweißzeit) (!Das obere Grenzmaß) (!Die Traglast) (!Die Messunsicherheit)

Welche Unterlage darf im Lernfall nicht durch eine Vermutung ersetzt werden? (Eine freigegebene Schweißunterlage) (!Eine selbst erstellte Lernskizze) (!Eine beschriftete Rechentabelle) (!Eine Reflexionsnotiz)

Memory

Reine Schweißzeit	Gesamte Nahtlänge geteilt durch die vorgegebene Lehrgeschwindigkeit
Gesamtzykluszeit	Summe aus Prozesszeit und allen erforderlichen Nebenzeiten
Oberes Grenzmaß	Nennmaß plus positive Toleranz
Verzug	Form- oder Maßänderung infolge ungleichmäßiger thermischer Wirkung
Messaufbau	Festgelegte Kombination aus Bezug, Lage, Messstelle und Prüfmittel
Maßnahmenplan	Dokumentierte Folge von Prüfungen und freigegebenen Entscheidungen

Drag-and-drop

Ordne die passende Erklärung zu.	Fachbegriff
Nahtlänge geteilt durch Schweißgeschwindigkeit	Reine Schweißzeit
Enthält auch Handhabung Rüsten und Prüfen	Gesamtzykluszeit
Nennmaß zuzüglich positiver Toleranz	Oberes Grenzmaß
Prüft Bezug Lage Prüfmittel und Messstelle	Messaufbau
Wird unabhängig von der Maßabweichung bewertet	Nahtqualität

Ordne jede Beschreibung genau einem Fachbegriff zu.

Kreuzworträtsel

Verzug	Wie heißt eine unerwünschte Form- oder Maßänderung nach thermischer Beanspruchung?
Toleranz	Wie heißt der zulässige Abweichungsbereich um ein Nennmaß?
Messaufbau	Wie heißt die festgelegte Kombination aus Bezug Lage und Prüfmittel?
Heftfolge	Wie heißt die festgelegte Reihenfolge vorläufiger Verbindungen?
Vorrichtung	Wie heißt das Hilfsmittel zum reproduzierbaren Positionieren und Spannen?
Schweißzeit	Wie heißt die aus Nahtlänge und Geschwindigkeit berechnete Prozessdauer?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Die vier modellhaften Nahtlängen ergeben zusammen . Bei einer Lehrgeschwindigkeit von 300 mm pro Minute beträgt die reine rechnerische Schweißzeit . Die Gesamtzykluszeit kann ohne Angaben zu Handhabung Rüsten und Prüfen werden. Beim Nennmaß 200,0 mm und einer Toleranz von plus oder minus 0,5 mm liegt das obere Grenzmaß bei . Der Messwert 200,8 mm überschreitet dieses Grenzmaß um . Ein außerhalb der Toleranz liegendes Maß wird zunächst als dokumentiert. Die Qualität der Schweißnaht wird davon geprüft. Vor einer Maßnahme sind Vorrichtung Heftfolge Messaufbau und freigegebene zu kontrollieren. Eine ungeprüfte Parameteränderung oder Richtmaßnahme ist .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Datenblatt erstellen: Übertrage alle Lehrwerte mit Einheit in eine Tabelle und markiere fehlende Nebenzeiten. Lösungserwartung: Vier Nahtlängen, 300 mm/min, 200,0 mm, ± 0,5 mm und 200,8 mm sind korrekt erfasst; Nebenzeiten stehen als nicht gegeben.
2. Nahtlängen visualisieren: Zeichne ein Balkendiagramm für die vier Nahtlängen. Lösungserwartung: Zwei Balken repräsentieren 120 mm und zwei 180 mm; Achse oder Beschriftung nennt Millimeter.
3. Toleranzband skizzieren: Stelle 199,5 mm bis 200,5 mm als Linie dar und trage 200,8 mm ein. Lösungserwartung: Der Messwert liegt sichtbar 0,3 mm oberhalb des zulässigen Bereichs.
4. Begriffe erklären: Erkläre reine Schweißzeit, Gesamtzykluszeit, Nennmaß und Grenzmaß in eigenen Worten. Lösungserwartung: Die Begriffe werden fachlich getrennt und mit dem Lehrfall verknüpft.

Standard

1. Rechenweg dokumentieren: Erstelle ein einseitiges Rechenblatt mit Formeln, Einheiten und Ergebnissätzen. Lösungserwartung: 600 mm, 2 min, Grenzmaße 199,5 mm und 200,5 mm sowie 0,3 mm Überschreitung sind nachvollziehbar.
2. Messplan entwickeln: Entwirf für das Modellmaß einen Messplan mit Bezug, Messrichtung, Prüfmittelprüfung, Wiederholung und Dokumentation. Lösungserwartung: Der Plan enthält keine erfundene Maschinenbedienung und trennt Prüfvorbereitung von Bewertung.
3. Fehleranalyse strukturieren: Erstelle ein Ursache-Wirkungs-Diagramm mit den Ästen Vorrichtung, Heftfolge, Messaufbau, Bauteilvorbereitung und Unterlagenstand. Lösungserwartung: Jeder Ast enthält mindestens zwei prüfbare Fragen und keine vorschnelle Ursachenzuschreibung.
4. Prüfprotokolle vergleichen: Gestalte je ein Kurzformular für Nahtprüfung und Maßprüfung. Lösungserwartung: Beide Formulare besitzen eigene Kriterien, Ergebnisse, Zuständigkeiten und Freigabefelder.

Schwer

1. Zeitstudie planen: Entwickle einen Plan, mit dem reale Nebenzeiten später datenschutzarm und sicher erfasst werden könnten. Lösungserwartung: Zeitarten, Start- und Endereignisse, Stichproben, Zuständigkeit und Auswertung sind beschrieben; keine personenbezogene Leistungsüberwachung wird verlangt.
2. Abweichungsbesprechung simulieren: Produziere ein Rollenspielvideo zwischen Fertigung, Qualität und Ausbildung zur Behandlung des Messwerts. Lösungserwartung: Befund, offene Ursachen, getrennte Prüfspuren, Freigabegrenzen und nächste Schritte werden sachlich dargestellt.
3. Entscheidungsmatrix erstellen: Entwickle eine Matrix für Messung bestätigen, Bauteil sperren, Zusatzprüfung veranlassen und Fachentscheidung einholen. Lösungserwartung: Auslöser, Nachweis und zuständige Rolle sind für jede Entscheidung angegeben; keine eigenmächtige Nacharbeit.
4. Transferprojekt entwerfen: Übertrage die Methode auf eine neue synthetische Baugruppe mit anderen Nahtlängen und einem anderen Toleranzwert. Lösungserwartung: Neue Daten sind klar als Lehrmodell gekennzeichnet, Rechenwege korrekt und Naht- sowie Maßprüfung weiterhin getrennt.

Lernkontrolle

1. Einheitenanalyse: Begründe mit Einheiten, warum 600 mm geteilt durch 300 mm/min zwei Minuten ergibt, und erläutere, warum eine falsche Divisionsrichtung unplausibel wäre.
2. Datenlücken bewerten: Nenne mindestens sechs fehlende Zeitanteile und erkläre, weshalb eine Gesamtzykluszeit ohne diese Daten nicht seriös angegeben werden darf.
3. Messentscheidung: Formuliere einen Prüfentscheid für 200,8 mm bei 200,0 ± 0,5 mm und trenne Befund, Berechnung, Unsicherheitshinweis und nächste Handlung.
4. Ursachenhypothesen: Entwickle drei überprüfbare Hypothesen zur Maßabweichung, ohne eine davon als bewiesen darzustellen, und ordne jeder Hypothese einen Nachweis zu.
5. Qualitätstrennung: Erkläre an zwei Gegenbeispielen, warum eine gute Nahtoptik keine Maßhaltigkeit beweist und eine Maßabweichung keinen bestimmten Nahtfehler beweist.
6. Sicherheitsgrenze: Beurteile den Vorschlag, die Schweißgeschwindigkeit oder eine Richttemperatur spontan zu verändern, und begründe die fachgerechte Alternative mit Freigabe, Unterweisung und Dokumentation.

Lernnachweis

Ein vollständiger Lernnachweis kann aus folgenden Produkten bestehen:

Bereich	Nachweis	Qualitätsmerkmal
Wissen	Begriffserklärungen zu Nahtlänge, Schweißzeit, Zykluszeit, Toleranz, Verzug und Nahtqualität	Fachlich richtig und voneinander abgegrenzt
Rechnen	Rechenblatt mit Nahtsumme, Zeitformel, Grenzmaßen und Überschreitung	Einheiten, Rechenweg und Ergebnissätze vollständig
Messtechnik	Messplan und Maßprüfprotokoll	Bezug, Messstelle, Prüfmittel, Zustand und Wiederholung berücksichtigt
Qualitätssicherung	Separates Nahtprüfprotokoll und Maßnahmenplan	Naht und Geometrie nicht vermischt
Projektkompetenz	Präsentation oder Fachgespräch zum Modellfall	Datenbasis, Grenzen, Entscheidungen und Zuständigkeiten nachvollziehbar
Transfer	Neuer synthetischer Fall mit eigener Rechnung	Keine erfundenen Herstellerwerte; Methode korrekt übertragen
Sicherheit	Reflexion zu Unterweisung und Freigabe	Keine Bedien- oder Nacharbeitsanweisung ohne Zuständigkeit

Als Mindestprodukt eignen sich Naht- und Zeitrechnung, Maßprüfung und ein getrennter Maßnahmenplan für Geometrie und Nahtqualität.

OER und Wikipedia

Fachquellen

1. igm: Projekt Liebherr Bischofshofen – Primärquelle zur öffentlich beschriebenen Anlagenkonfiguration, Stand 31.07.2024.
2. TWI: Distortion – Prevention by Design – Fachinformation zu konstruktiven Einflüssen auf Schweißverzug.
3. TWI: Distortion Control – Prevention by Fabrication Techniques – Fachinformation zu fertigungstechnischen Ansätzen.
4. TWI: Pre-setting, Pre-bending or Restraint – Fachinformation; reale Anwendung nur nach freigegebener Planung.
5. DGUV: Themenfeld Robotik – Überblick zu Sicherheitsthemen bei Industrierobotern.
6. DGUV Information 209-074: Industrieroboter – betriebliche Sicherheitsinformation.
7. Wikipedia: Messschieber – frei zugänglicher Überblick zur Längenmessung.
8. Wikipedia: Schweißen – frei zugänglicher Überblick zum Fügeverfahren.

Medien-, Quellen- und Rechteübersicht

Medium	Quellenbeleg	Urheber	Rechtehinweis
File:Welding Robot resized.jpg	Wikimedia Commons	Ptmetindoerasakti	CC BY-SA 4.0
File:FANUC 6-axis welding robots.jpg	Wikimedia Commons	Phasmatisnox	CC BY 3.0
File:Welding robot system 001.png	Wikimedia Commons	Pipimaru beziehungsweise KOMATSU	CC BY-SA 2.1 Japan
File:Arc welding robot 001.jpg	Wikimedia Commons	KOMATSU Ltd	CC BY-SA 2.1 Japan
File:Tube thickness measured by a Vernier caliper.jpg	Wikimedia Commons	Hiroshi Ishii	CC BY 2.0
File:Scale on vernier caliper DSC01343.JPG	Wikimedia Commons	Peter Southwood	CC BY-SA 3.0
File:Remote Fibre Laser Welding WMG Warwick.ogv	Wikimedia Commons	Richard Hewitt	Gemeinfrei durch Urheberfreigabe
File:Welding Helmet Effects on Breathing Zone Exposures.webm	Wikimedia Commons	NIOSH und U.S. CDC	Gemeinfrei als Werk einer US-Bundesbehörde

Alle Medien sind allgemeine Lernbeispiele. Keine Abbildung oder Videosequenz wird als Darstellung der konkreten igm-Anlage ausgegeben, sofern dies nicht durch die jeweilige Quelle belegt ist.

Verknüpfte Lernbereiche

Projektprüfung einer Schweißbaugruppe Konstruktionsmechaniker Schweißroboter Schweißverzug Nahtlänge Schweißzeit Toleranz Messschieber Qualitätssicherung Arbeitsplanung Arbeitssicherheit

Der Kurs verbindet Mathematik mit Fertigungstechnik, Schweißtechnik, Robotik, Messtechnik, Technische Kommunikation, Qualitätsmanagement und Berufliche Bildung. Besonders wichtig ist die Transferleistung: Aus wenigen Daten wird nur das berechnet, was tatsächlich berechenbar ist; offene Prozessdaten werden benannt, nicht erfunden.

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