Dieses Quiz als Battle spielen: Kunst, Klasse 5-6, G-Niveau

Bauteile und Baugruppen auf Lage prüfen - Schmied 1

Bauteile und Baugruppen auf Lage prüfen - Schmied

Einleitung

Beim Schmieden genügt es nicht, ein Werkstück nur auf die richtige Länge, Breite oder Dicke zu bringen. Einzelne Bauteile müssen auch in der vorgesehenen Lage zueinander stehen, damit eine funktionsfähige Baugruppe entsteht. Das gilt beispielsweise für geschmiedete Rahmen, Beschläge, Scharniere, Gitter, Tore, Geländerbauteile, Werkzeuge oder kunsthandwerkliche Metallkonstruktionen.

Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende im Metallbau, besonders an Lernende der Fachrichtung Metallgestaltung sowie an Personen in schmiedetechnischen Ausbildungsabschnitten. Du lernst, wie Du eine Soll-Lage aus einer technischen Zeichnung, einer Skizze, einer Schablone oder einem Prüfplan ableitest, geeignete Prüfmittel auswählst, Lageabweichungen feststellst und die Ergebnisse fachgerecht dokumentierst.

Das Prüfen der Lage ist Teil der betrieblichen Qualitätssicherung. In der Ausbildungsordnung für Metallbauerinnen und Metallbauer ist vorgesehen, die Lage von Bauteilen und Baugruppen zu prüfen und Lageabweichungen zu messen. Der Kurs verbindet deshalb handwerkliche Schmiedepraxis mit Grundlagen des Messens, Prüfens, der Tolerierung und der Montage.

Ausbildungsordnung für Metallbauerinnen und Metallbauer

Lernziele

Nach der Bearbeitung dieses Lernkurses kannst Du:

Soll-Ist-Vergleich: Soll-Lage, Ist-Lage und Lageabweichung fachlich unterscheiden.
Bezugssystem: geeignete Bezugsflächen, Bezugskanten, Mittellinien und Bezugspunkte festlegen.
Prüfmittel: Anschlagwinkel, Messschieber, Richtscheit, Messuhr, Höhenmessgerät, Schablone, Wasserwaage und Lot passend auswählen.
Lageprüfung: Geradheit, Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Parallelität, Fluchtung, Symmetrie und Position beurteilen.
Schmiedetechnik: Zunder, Wärmeausdehnung, Schrumpfung, Verzug und Rückfederung bei der Prüfung berücksichtigen.
Prüfprotokoll: Messergebnisse nachvollziehbar dokumentieren und über Nacharbeit oder Freigabe entscheiden.

Fachliche Grundlagen

Was bedeutet Lage?

Die Lage beschreibt, wo sich ein Bauteil oder ein geometrisches Element befindet und wie es gegenüber einem festgelegten Bezug ausgerichtet ist. Ein Loch kann beispielsweise den richtigen Durchmesser besitzen, aber gegenüber der Bezugskante zu weit links liegen. Zwei Streben können die richtige Länge haben, aber nicht parallel verlaufen. Ein geschmiedeter Rahmen kann die vorgesehenen Außenmaße erreichen und trotzdem verzogen sein.

Für eine eindeutige Lageprüfung brauchst Du daher einen Bezug. Das kann eine bearbeitete Fläche, eine gerade Kante, eine Mittellinie, eine Bohrungsachse, ein Anschlag in einer Vorrichtung oder eine festgelegte Montageebene sein. Ohne Bezug ist die Aussage „Das Bauteil liegt drei Millimeter falsch“ unvollständig.

In der geometrischen Produktspezifikation werden Abweichungen von idealen Formen und Lagen durch Form-, Richtungs-, Orts- und Lauftoleranzen beschrieben. In einer Werkstattprüfung musst Du nicht jede Prüfaufgabe mit einem hochgenauen Koordinatenmessgerät lösen. Du musst aber verstehen, welches Merkmal laut Zeichnung oder Prüfplan zu prüfen ist und welche Genauigkeit gefordert wird.

Prüfen, Messen und Lehren

Prüfen ist der Oberbegriff für das Feststellen, ob ein Prüfgegenstand eine festgelegte Forderung erfüllt.

Beim Messen ermittelst Du einen Zahlenwert mit Einheit, zum Beispiel eine Lageabweichung von 0,7 mm.

Beim Lehren stellst Du fest, ob eine festgelegte Grenze eingehalten wird. Eine Schablone oder Grenzlehre liefert häufig die Aussage „passt“ oder „passt nicht“.

Beim Sichtprüfen beurteilst Du beispielsweise, ob ein Bauteil erkennbar verdreht, falsch montiert oder an einer Anlagefläche nicht vollständig angesetzt ist.

Soll-Lage, Ist-Lage und Lageabweichung

Die Soll-Lage ergibt sich aus Zeichnung, Arbeitsauftrag, Schablone, Montageanweisung oder Prüfplan. Die Ist-Lage ist die tatsächlich am Werkstück festgestellte Lage.

Lageabweichung = Istwert − Sollwert

Beispiel: Eine Bohrungsmitte soll 40,0 mm von einer Bezugskante entfernt liegen. Gemessen werden 40,6 mm. Die Lageabweichung beträgt +0,6 mm. Bei einer zulässigen Abweichung von ±0,5 mm wäre das Merkmal nicht in Ordnung.

Formabweichung und Lageabweichung unterscheiden

Eine Formabweichung betrifft die Gestalt eines einzelnen geometrischen Elements. Eine Richtungsabweichung betrifft die Ausrichtung gegenüber einem Bezug. Eine Ortsabweichung betrifft die Position eines Elements. Eine Laufabweichung tritt an rotierenden Teilen auf.

Schmiedespezifische Einflüsse

Wärme, Schrumpfung und Verzug

Beim Freiformschmieden wird der Werkstoff erwärmt und plastisch umgeformt. Beim Abkühlen schrumpft das Material. Ungleichmäßige Temperaturverteilung, einseitige Bearbeitung, unterschiedliche Querschnitte oder spätere Schweißarbeiten können zu Verzug führen.

Prüftemperatur: Endmaße und enge Lageforderungen werden grundsätzlich am ausreichend abgekühlten Werkstück geprüft.
Warmprüfung: Während des Schmiedens dürfen nur dafür geeignete Schablonen, Lehren oder Hilfsmittel verwendet werden.
Zwischenprüfung: Form und Lage werden während der Fertigung wiederholt kontrolliert.
Endprüfung: Nach dem Abkühlen und nach wärmeeinbringenden Fügevorgängen wird erneut geprüft.

Zunder, Grate und raue Oberflächen

Auf geschmiedeten Oberflächen können Zunder, Hammerschläge, Grate und Unebenheiten auftreten. Sie verfälschen das Aufliegen eines Winkels, Richtscheits oder Messschiebers. Vor der Messung müssen die vorgesehenen Mess- und Bezugsstellen deshalb sauber und sicher erreichbar sein.

Rückfederung und Richten

Beim Biegen und Schmieden kann sich ein Werkstück nach der Krafteinwirkung teilweise zurückstellen. Diese Rückfederung ist besonders bei Bögen, Spiralen, Laschen und dünnen Querschnitten zu berücksichtigen. Nach dem Richten muss das Werkstück spannungsfrei aufliegen.

Bezüge und Aufspannung

Geeignete Bezüge festlegen

Bezugsebene: eine ebene Auflagefläche oder Messplatte.
Bezugskante: eine gerade, definierte Außenkante.
Bezugsachse: die Achse einer Bohrung oder eines Zapfens.
Mittellinie: eine angerissene oder konstruktiv festgelegte Symmetrielinie.
Montageanschlag: ein fester Anschlag in einer Vorrichtung.

Bei komplexen Baugruppen wird die Lage häufig nach dem 3-2-1-Prinzip festgelegt.

Werkstück sicher und spannungsarm auflegen

Das Werkstück muss stabil liegen und darf während der Prüfung nicht kippen oder wandern. Große Baugruppen werden an den vorgesehenen Auflagepunkten unterstützt. Eine übermäßige Spannkraft kann Abweichungen verdecken oder neue Verformungen erzeugen.

Prüfmittel für die Lageprüfung

Stahlmaß, Bandmaß und Messschieber

Mit Stahlmaß oder Bandmaß prüfst Du größere Abstände, Außenmaße und Diagonalen. Für genauere Außen-, Innen- und Tiefenmaße verwendest Du einen Messschieber.

Anschlagwinkel und Präzisionswinkel

Mit einem Anschlagwinkel prüfst Du, ob zwei Flächen oder Kanten einen rechten Winkel bilden.

Richtscheit, Haarlineal und Messplatte

Mit einem Richtscheit oder Haarlineal prüfst Du Geradheit und Ebenheit. Eine Messplatte schafft eine ebene Bezugsfläche.

Messuhr und Magnetstativ

Eine Messuhr erfasst kleine Wegänderungen und eignet sich zum Prüfen von Rundlauf, Planlauf, Parallelität oder Höhenunterschieden.

Höhenmessgerät und Höhenreißer

Auf einer Messplatte kannst Du mit einem Höhenmessgerät oder Höhenreißer Höhen, Absätze, Mittellagen und parallele Ebenen vergleichen.

Schablonen und Lehren

In der Schmiede sind Schablonen besonders wichtig. Sie können Konturen, Radien, Winkel, Abstände oder die Lage mehrerer Bauteile vorgeben.

Wasserwaage, Lot und Richtschnur

Bei großen Konstruktionen oder bei der Montage vor Ort werden Wasserwaage, Lot, Laser oder Richtschnur verwendet.

Typische Lageprüfungen in der Schmiedepraxis

Rechtwinkligkeit eines Rahmens

Lege den Rahmen spannungsfrei auf eine geeignete Unterlage. Kontrolliere die Eckbereiche mit einem Anschlagwinkel und miss zusätzlich beide Diagonalen.

Parallelität zweier Streben

Lege eine Strebe als Bezug fest und miss den Abstand zur zweiten Strebe an mehreren festgelegten Stellen.

Fluchtung von Bohrungen und Augen

Bei Scharnieren, Laschen und gelenkigen Baugruppen müssen Bohrungen oder geschmiedete Augen fluchten. Eine Prüfwelle oder ein Prüfdorn zeigt, ob die Achsen ausreichend übereinstimmen.

Symmetrische Lage eines Zierelements

Lege eine Mittellinie oder zwei gleichwertige Bezugskanten fest und miss die Abstände des Zierelements zu beiden Seiten.

Ebenheit und Verdrehung einer Baugruppe

Lege die Baugruppe auf eine geeignete ebene Unterlage und prüfe, ob alle vorgesehenen Auflagepunkte gleichzeitig anliegen.

Systematischer Prüfablauf

Prüfauftrag verstehen: Zeichnung, Stückliste, Arbeitsplan und Prüfplan lesen.
Prüfmerkmal bestimmen: Position, Abstand, Rechtwinkligkeit, Parallelität, Fluchtung, Symmetrie oder Ebenheit festlegen.
Bezug festlegen: Bezugsebene, Bezugskante, Achse oder Montageanschlag bestimmen.
Prüfmittel auswählen: Messbereich, Auflösung und Einsatzbedingungen berücksichtigen.
Prüfmittel kontrollieren: Sauberkeit, Beschädigung und Nullstellung prüfen.
Werkstück vorbereiten: abkühlen lassen, Messstellen reinigen und sicher auflegen.
Messung durchführen: Prüfmittel korrekt ansetzen und relevante Stellen prüfen.
Ergebnis bewerten: Istwert mit Sollwert und Toleranz vergleichen.
Abweichung behandeln: Nacharbeit, erneute Prüfung, Sperrung oder Freigabe veranlassen.
Dokumentation abschließen: Messwert, Prüfmittel, Prüfentscheidung und Datum eintragen.

Messfehler vermeiden

Schmutz und Zunder verändern die Auflage. Grate verhindern ein vollständiges Anliegen. Schräges Ansetzen verfälscht Messungen. Zu hohe Messkraft kann Werkstücke oder Messmittel verformen. Temperaturunterschiede verändern Abmessungen.

Prüfprotokoll

Ein Prüfprotokoll enthält Bauteilbezeichnung, Zeichnungsstand, Prüfmerkmal, Sollwert, Toleranz, Istwert, Prüfmittel, Prüfentscheidung, Datum und Namen oder Kürzel der prüfenden Person.

Prüfmerkmal	Sollvorgabe	Istwert	Prüfmittel	Entscheidung
Rahmenbreite	500,0 mm ± 1,0 mm	500,6 mm	Längenmessmittel	in Ordnung
Differenz der Diagonalen	höchstens 2,0 mm	1,3 mm	Bandmaß	in Ordnung
Lichtspalt am Prüfwinkel	höchstens 0,5 mm	0,8 mm	Anschlagwinkel und Fühlerlehre	nicht in Ordnung

Arbeitssicherheit

Heißes Werkstück: geeignete Zangen benutzen und heiße Teile kennzeichnen.
Sichere Ablage: schwere Baugruppen gegen Kippen und Herabfallen sichern.
Scharfe Kanten: Grate beachten und persönliche Schutzausrüstung verwenden.
Bewegte Teile: niemals an laufenden Maschinen messen.
Spannvorrichtung: Quetschstellen und gespeicherte Spannenergie berücksichtigen.
Prüfdorn: nicht mit Gewalt durch nicht fluchtende Bohrungen treiben.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist die wichtigste Voraussetzung für eine eindeutige Lageprüfung? (Ein festgelegter Bezug) (!Eine glänzende Oberfläche) (!Ein möglichst schweres Prüfmittel) (!Eine hohe Schmiedetemperatur)

Was beschreibt die Ist-Lage? (Die tatsächlich festgestellte Lage eines Bauteils) (!Die Lage aus einer alten Zeichnung) (!Die maximal mögliche Verformung) (!Die Position des Prüfmittels im Werkzeugschrank)

Welches Prüfmittel eignet sich besonders zum Prüfen eines rechten Winkels? (Anschlagwinkel) (!Schmiedezange) (!Körner) (!Feilenbürste)

Was ist vor dem Ansetzen eines Präzisionsprüfmittels besonders wichtig? (Messstellen und Bezugsflächen reinigen) (!Das Werkstück kräftig mit der Hand biegen) (!Die Skala mit Öl bedecken) (!Das Prüfmittel auf dem Amboss anschlagen)

Warum werden Endmaße an Schmiedeteilen meist nach ausreichendem Abkühlen geprüft? (Wegen Wärmeausdehnung und Schrumpfung) (!Weil kalter Stahl immer weich ist) (!Weil Zunder nur bei Kälte entsteht) (!Weil Zeichnungen nur für kalte Werkstätten gelten)

Wie wird eine einfache eindimensionale Lageabweichung berechnet? (Istwert minus Sollwert) (!Sollwert plus Istwert) (!Toleranz mal Messbereich) (!Istwert geteilt durch Prüfzeit)

Wofür wird eine Messuhr eingesetzt? (Zum Erfassen kleiner Wegänderungen) (!Zum Erwärmen von Bauteilen) (!Zum Entfernen von Zunder) (!Zum Anzeichnen großer Radien)

Was kann der Vergleich zweier Rahmendiagonalen anzeigen? (Eine mögliche Abweichung von der rechteckigen Lage) (!Die Werkstoffhärte) (!Die Oberflächentemperatur) (!Die Schweißstromstärke)

Was ist zu tun, wenn ein freigaberelevantes Merkmal außerhalb der Toleranz liegt? (Abweichung dokumentieren und nach betrieblicher Vorgabe behandeln) (!Den ungünstigen Messwert löschen) (!Das Prüfmittel ohne Rücksprache verändern) (!Das Bauteil unabhängig vom Ergebnis freigeben)

Welche Angabe gehört in ein Prüfprotokoll? (Der ermittelte Istwert) (!Die Lieblingsfarbe der prüfenden Person) (!Die private Telefonnummer des Kunden) (!Die Musiklautstärke in der Werkstatt)

Memory

Soll-Lage	Vorgabe aus Zeichnung oder Prüfplan
Ist-Lage	Tatsächlich festgestellte Anordnung
Bezugsebene	Geometrische Ausgangsfläche
Lageabweichung	Differenz zwischen tatsächlicher und geforderter Position
Anschlagwinkel	Prüfung einer rechtwinkligen Ausrichtung
Messuhr	Erfassung kleiner Wegänderungen
Prüfdorn	Kontrolle fluchtender Bohrungen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Zweck im Prüfablauf
Zeichnung auswerten	Soll-Lage und Toleranz bestimmen
Bezug festlegen	Vergleichbare Ausgangslage schaffen
Messstelle reinigen	Verfälschung durch Zunder oder Schmutz vermeiden
Istwert ermitteln	Tatsächliche Lage quantitativ feststellen
Prüfergebnis dokumentieren	Entscheidung nachvollziehbar festhalten

Kreuzworträtsel

Messschieber	Welches Prüfmittel misst Außenmaße, Innenmaße und Tiefen?
Bezugsebene	Wie heißt eine festgelegte Ausgangsfläche für die Lageprüfung?
Messuhr	Welches Gerät zeigt kleine Wegänderungen über einen Zeiger an?
Fluchtung	Wie heißt die Übereinstimmung mehrerer Achsen in einer gemeinsamen Linie?
Toleranz	Wie heißt der zulässige Bereich einer Abweichung?
Richtscheit	Welches lange Prüfmittel unterstützt die Kontrolle von Geradheit und Ebenheit?

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Lückentext

Für eine eindeutige Lageprüfung wird zuerst ein

festgelegt. Die geforderte Anordnung eines Bauteils heißt

. Die tatsächlich festgestellte Anordnung wird als

bezeichnet. Eine zahlenmäßige Differenz zwischen beiden Größen ist eine

. Ein rechter Winkel wird häufig mit einem

geprüft. Kleine Wegänderungen können mit einer

erfasst werden. Vor einer genauen Messung müssen die Messstellen von losem

befreit werden. Endmaße werden bei Schmiedeteilen in der Regel nach ausreichendem

kontrolliert. Liegt ein Merkmal außerhalb der zulässigen Grenze, ist eine betriebliche

erforderlich. Die Ergebnisse werden in einem

festgehalten.

Offene Aufgaben

Leicht

Messmittel-Steckbrief: Erstelle für drei Prüfmittel einen Steckbrief mit Einsatzgebiet und Fehlerquellen.
Bezug finden: Skizziere ein geschmiedetes Bauteil und markiere sinnvolle Bezüge.
Soll-Ist-Tabelle: Erstelle für ein Übungsstück eine Tabelle mit fünf Soll- und Istwerten.
Sicherheitsplakat: Gestalte ein Plakat zum sicheren Prüfen von Schmiedeteilen.

Standard

Rahmenprüfung: Prüfe einen Übungsrahmen an den Ecken und über beide Diagonalen.
Fehleranalyse: Untersuche den Einfluss von Schmutz, Grat und schrägem Ansetzen.
Schablone entwickeln: Entwirf eine Prüfschablone für einen geschmiedeten Bogen oder Haken.
Prüfplan erstellen: Entwickle für eine kleine Baugruppe einen Prüfplan.

Schwer

Verzug untersuchen: Messe eine Baugruppe vor und nach dem Schweißen und Abkühlen.
Messstrategie vergleichen: Prüfe dasselbe Merkmal mit zwei unterschiedlichen Verfahren.
Vorrichtungskonzept: Plane eine Prüfvorrichtung nach dem 3-2-1-Prinzip.
Qualitätsgespräch: Führe ein Interview mit einer Fachkraft über typische Lagefehler.

Lernkontrolle

Prüfstrategie entwickeln: Entwickle für einen geschmiedeten Rahmen eine vollständige Prüfreihenfolge.
Ursachen zuordnen: Analysiere mögliche Ursachen für eine nach dem Schweißen unebene Baugruppe.
Messwerte bewerten: Werte ein Prüfprotokoll aus und entscheide über Freigabe oder Nacharbeit.
Bezugssystem beurteilen: Vergleiche zwei mögliche Aufspannungen desselben Bauteils.
Prüfmittel auswählen: Wähle für unterschiedliche Lageforderungen geeignete Prüfmittel aus.
Transfer auf Montage: Übertrage die Werkstattprüfung auf die Montage eines Geländerfeldes.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du eine technische Zeichnung auswerten, geeignete Bezüge festlegen, Prüfmittel auswählen, Lageabweichungen messen, schmiedespezifische Einflüsse berücksichtigen und ein Prüfprotokoll erstellen kannst.