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

Physikalische Größen im Metallbau messen - Schmied 1

Einleitung

Im Metallbau und besonders beim Schmieden entscheidet richtiges Messen darüber, ob ein Werkstück funktionstüchtig, montierbar und sicher ist. Eine geschmiedete Lasche muss die vorgesehene Länge besitzen, ein Dorn muss zu einer Bohrung passen, ein Winkel soll innerhalb der Zeichnungstoleranz liegen und die Temperatur des Werkstücks muss zum Werkstoff und zum Arbeitsschritt passen. Dabei genügt es nicht, einen Zahlenwert abzulesen. Du musst die Messgröße eindeutig bestimmen, ein geeignetes Messmittel auswählen, die Messung fachgerecht durchführen, Einflüsse erkennen und das Ergebnis mit den Anforderungen aus technischen Zeichnungen, Arbeitsplänen oder betrieblichen Vorgaben vergleichen.

Eine physikalische Größe wird als Produkt aus Zahlenwert und Einheit angegeben. Der Eintrag „25“ ist daher unvollständig. Erst „25 mm“ ist ein eindeutiger Größenwert. Das internationale Einheitensystem heißt SI. In der Werkstatt werden aus praktischen Gründen häufig passende Vielfache oder Untereinheiten verwendet, zum Beispiel Millimeter statt Meter und Grad Celsius statt Kelvin.^[1]

Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende im Metallbau, im Schmiedehandwerk und in verwandten Metallberufen. Du lernst, Maße und weitere physikalische Größen fachgerecht zu erfassen, typische Messabweichungen zu beurteilen und Messergebnisse nachvollziehbar zu dokumentieren.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du:

Physikalische Größen durch Größenzeichen, Zahlenwert und Einheit beschreiben.
geeignete Mess- und Prüfmittel für Länge, Winkel, Temperatur, Masse, Kraft, Zeit und elektrische Größen auswählen.
mit Maßstab, Bandmaß, Messschieber, Messschraube und Winkelmessmitteln fachgerecht arbeiten.
Sollmaß, Istmaß, Grenzmaße und Toleranz unterscheiden.
systematische, zufällige und grobe Abweichungen erkennen.
Wärmeausdehnung bei Stahl überschlägig berechnen und beim Schmieden berücksichtigen.
Messwerte in einem Prüf- oder Messprotokoll dokumentieren.
Sicherheitsregeln beim Messen an heißen, scharfkantigen, elektrischen oder bewegten Arbeitsmitteln anwenden.

Messen, Prüfen und Lehren

Im betrieblichen Sprachgebrauch werden die Wörter Messen und Prüfen manchmal gleich verwendet. Fachlich besteht jedoch ein Unterschied:

Begriff	Fachliche Bedeutung	Beispiel im Metallbau
Messen	Ermitteln eines Größenwertes durch Vergleich mit einer Einheit oder Skala	Außendurchmesser eines Bolzens mit dem Messschieber bestimmen
Prüfen	Feststellen, ob ein Werkstück festgelegte Anforderungen erfüllt	Messergebnis mit den Grenzmaßen der Zeichnung vergleichen
Lehren	Prüfen ohne vollständigen Zahlenwert; das Ergebnis lautet beispielsweise „gut“ oder „Ausschuss“	Bohrung mit einem Grenzlehrdorn prüfen

Ein Messgerät liefert einen Zahlenwert. Eine Lehre verkörpert dagegen ein festgelegtes Maß oder eine Form. Deshalb ist Messschieber die fachlich passende Bezeichnung; „Schieblehre“ ist zwar umgangssprachlich verbreitet, bezeichnet das Gerät aber ungenau.^[2]

Wichtige physikalische Größen im Metallbau

Physikalische Größe	Größenzeichen	SI-Einheit	Häufige Werkstatteinheit	Typische Anwendung
Länge	l, d, s, h	Meter m	Millimeter mm	Länge, Breite, Dicke, Durchmesser, Tiefe
Winkel	α, β	Radiant rad	Grad °	Biegewinkel, Gehrung, Rechtwinkligkeit
Masse	m	Kilogramm kg	Kilogramm kg, Gramm g	Materialbedarf, Werkstückmasse, Transport
Zeit	t	Sekunde s	Sekunde s, Minute min	Erwärmungszeit, Haltezeit, Bearbeitungszeit
Temperatur	T	Kelvin K	Grad Celsius °C	Schmiedetemperatur, Anlass- und Bauteiltemperatur
Kraft	F	Newton N	Newton N, Kilonewton kN	Presskraft, Zugkraft, Spannkraft
Druck	p	Pascal Pa	Bar bar, Megapascal MPa	Hydraulik, Pneumatik, Pressen
Elektrische Spannung	U	Volt V	Volt V	Schweißgerät, Stromversorgung, Fehlersuche
Elektrische Stromstärke	I	Ampere A	Ampere A	Schweißstrom, Motorstrom
Elektrischer Widerstand	R	Ohm Ω	Ohm Ω	Leitungsprüfung, Schutzleiterprüfung

Merke: Masse und Kraft sind nicht dasselbe. Die Masse wird in Kilogramm angegeben. Die Gewichtskraft ist eine Kraft und wird in Newton angegeben. Näherungsweise gilt auf der Erde:

$F_{G} = m \cdot g$

mit $g \approx 9,81 m / s^{2}$ .

Zeit ist ebenfalls eine wichtige Prozessgröße. Bei Wärmebehandlungen muss eine vorgegebene Haltezeit eingehalten werden. Eine Stoppuhr kann die Zeit anzeigen, ersetzt aber nicht die Kontrolle der tatsächlich erreichten Werkstücktemperatur.

Längen messen

Längenmaße sind im Metallbau besonders häufig. Dazu gehören Außenmaße, Innenmaße, Tiefenmaße, Abstände, Wanddicken und Durchmesser. Vor jeder Messung musst Du klären, welche Genauigkeit erforderlich ist. Ein zehn Meter langes Geländer wird anders gemessen als ein Bolzen mit einer engen Maßtoleranz.

Stahlmaßstab und Bandmaß

Der Stahlmaßstab eignet sich für einfache Längenmessungen und zum Anreißen. Ein Bandmaß wird für größere Bauteile, Profile, Tore, Geländer oder Baustellenmaße verwendet. Die Ablesung erfolgt möglichst senkrecht zur Skala, damit kein Parallaxenfehler entsteht.

Beim Bandmaß sind besonders zu beachten:

Der Anfangshaken muss unbeschädigt sein und korrekt anliegen.
Das Band darf nicht verdreht oder stark durchgebogen sein.
Die Messrichtung muss mit der geforderten Bauteilrichtung übereinstimmen.
Bei großen Längen können Temperatur, Zugkraft und Durchhang das Ergebnis beeinflussen.
Ein Maß darf nicht aus mehreren unkontrollierten Teilmessungen zusammengesetzt werden, wenn eine durchgehende Messung möglich ist.

Messschieber

Der Messschieber ist ein vielseitiges Längenmessgerät. Mit einem üblichen Werkstattmessschieber kannst Du Außenmaße, Innenmaße, Tiefenmaße und Stufenmaße erfassen. Analoge Messschieber besitzen eine Hauptskala und häufig einen Nonius. Digitale Messschieber zeigen den Wert direkt an, müssen aber ebenso korrekt angesetzt und kontrolliert werden.

Außenmessung: Die großen Messschenkel werden rechtwinklig an das Werkstück angelegt. Bei runden Teilen suchst Du durch leichtes Bewegen die Lage, in der der wirkliche Durchmesser erfasst wird.

Innenmessung: Die kleinen Messschenkel werden in die Bohrung oder Öffnung eingeführt. Durch vorsichtiges Kippen und Verschieben wird der größte angezeigte Durchmesser gesucht.

Tiefenmessung: Das Ende des Messschieberkörpers muss plan aufliegen. Die Tiefenmessstange wird bis auf den Grund geführt, ohne sie zu verbiegen.

Stufenmessung: Die dafür vorgesehenen Anlageflächen des Messschiebers werden genutzt. Die Messflächen müssen vollständig und sauber anliegen.

Nonius ablesen

Bei einem Messschieber mit Nonius gehst Du in zwei Schritten vor:

Lies auf der Hauptskala den letzten ganzen Millimeter links vom Nullstrich des Nonius ab.
Suche den Noniusstrich, der genau mit einem Strich der Hauptskala fluchtet, und addiere dessen Wert.

Beispiel: Der Nullstrich des Nonius steht hinter 24 mm. Der fluchtende Noniusstrich entspricht 0,36 mm. Das Messergebnis lautet:

$24 m m + 0,36 m m = 24,36 m m$

Die Auflösung eines Messschiebers ist nicht automatisch gleich seiner tatsächlichen Messgenauigkeit. Verschleiß, Kippen, Schmutz, ungeeignete Messkraft und die Messaufgabe selbst können die Messunsicherheit vergrößern.

Bügelmessschraube

Die Bügelmessschraube wird verwendet, wenn ein Außenmaß genauer bestimmt werden soll, als es mit einem üblichen Messschieber zweckmäßig ist. Häufig beträgt die Skalenteilung 0,01 mm. Messamboss und Messspindel liegen auf einer Achse. Die Ratsche oder Rutschkupplung sorgt für eine möglichst gleichmäßige Messkraft.^[3]

Fachgerechtes Vorgehen:

Prüfe Messbereich, Sauberkeit und Nullstellung.
Halte die Messschraube möglichst an der wärmeisolierenden Grifffläche.
Lege das Werkstück zwischen Amboss und Spindel.
Drehe mit der Ratsche bis zum gleichmäßigen Anliegen.
Vermeide Verkanten und übermäßige Messkraft.
Lies Hülse und Trommel ab oder kontrolliere die Digitalanzeige.
Wiederhole die Messung bei kritischen Maßen an mehreren Stellen.

Eine Bügelmessschraube misst an einer bestimmten Stelle einen Durchmesser oder eine Dicke. Sie weist nicht automatisch nach, dass ein Werkstück über seine gesamte Länge rund, zylindrisch oder parallel ist. Dafür sind mehrere Messstellen oder besondere Formmessverfahren notwendig.

Winkel, Ebenheit und Lage prüfen

Im Schmiede- und Metallbau müssen nicht nur Längen stimmen. Häufig werden auch Winkel, Geradheit, Ebenheit, Parallelität, Rechtwinkligkeit und Lage beurteilt.

Prüfmittel	Anwendung	Typischer Hinweis
Anschlagwinkel	Prüfen von 90°	Lichtspalt nur bei sauberer Anlage beurteilen
Schmiege	Übertragen eines vorhandenen Winkels	liefert ohne Skala nicht zwingend einen Zahlenwert
Universalwinkelmesser	Messen eines Winkels	Nullstellung und Ableserichtung beachten
Haarlineal	Prüfen von Ebenheit oder Geradheit	Gegenlicht kann kleine Spalte sichtbar machen
Wasserwaage	Prüfen von waagerechter oder senkrechter Lage	Auflagefläche und Libelle kontrollieren
Richtplatte	Bezugsfläche für Prüf- und Anreißarbeiten	sauber halten und nicht als Amboss verwenden

Bei geschmiedeten Oberflächen können Zunder, Hammerschläge und Rundungen eine eindeutige Anlage verhindern. Deshalb muss festgelegt sein, welche Fläche als Bezug dient. Gegebenenfalls wird eine Bezugsfläche durch Schleifen, Fräsen oder Feilen vorbereitet.

Lehren und vergleichendes Prüfen

Eine Lehre zeigt nicht unbedingt einen Zahlenwert. Sie verkörpert eine vorgegebene Geometrie oder ein Maß. Typische Beispiele sind Grenzlehrdorne, Grenzrachenlehren, Radiuslehren, Gewindelehren und Fühlerlehren.

Eine Fühlerlehre besteht aus Blechstreifen definierter Dicke. Sie eignet sich zum Prüfen kleiner Spalte, wenn eine direkte Messung schwierig ist. Das Ergebnis hängt davon ab, ob der passende Streifen mit einem festgelegten Gefühl eingeschoben werden kann. Gewalt verfälscht das Ergebnis und kann die Lehre beschädigen.

Bei einem Gut-Ausschuss-Prinzip muss die Gutseite unter den festgelegten Bedingungen passen, während die Ausschussseite nicht passen darf. Lehren ist schnell und eignet sich für Serienprüfungen, liefert aber weniger Informationen als eine vollständige Messung.

Temperatur beim Schmieden messen

Beim Schmieden beeinflusst die Temperatur die Umformbarkeit, die erforderliche Kraft, die Zunderbildung und das Gefüge. Die zulässigen Temperaturbereiche sind vom Werkstoff, vom Querschnitt und vom Verfahren abhängig. Deshalb darfst Du keine allgemeine Glühfarbe als alleinige Vorgabe verwenden. Maßgeblich sind Werkstoffdaten, Arbeitspläne und betriebliche Anweisungen.

Kontaktmessung erfolgt beispielsweise mit Thermoelementen. Sie kann gute Ergebnisse liefern, setzt aber einen geeigneten Kontakt und eine für die Temperatur geeignete Sonde voraus.

Berührungslose Messung erfolgt mit einem Pyrometer oder einer Wärmebildkamera. Dabei wird die vom Werkstück ausgehende Wärmestrahlung ausgewertet.

Bei berührungslosen Temperaturmessungen sind besonders wichtig:

Der eingestellte Emissionsgrad muss zur Oberfläche passen.
Zunder, Oxidation, Rauheit und Glanz verändern das Strahlungsverhalten.
Das Messfeld muss vollständig auf dem Werkstück liegen.
Rauch, Flammen, Staub oder ein ungeeigneter Messwinkel können die Anzeige beeinflussen.
Die optische Glühfarbe ist von Umgebungslicht und Wahrnehmung abhängig und eignet sich nur zur groben Orientierung.
Das Messgerät muss für den erwarteten Temperaturbereich geeignet sein.

Wichtig: Ein gewöhnliches Infrarotthermometer für niedrige Temperaturen ist nicht automatisch für Schmiedetemperaturen geeignet. Prüfe Messbereich, Optik, Emissionsgradeinstellung und Herstellerangaben.

Wärmeausdehnung und Schwindmaß

Metalle dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Für eine überschlägige Berechnung der Längenänderung gilt:

$Δ l = α \cdot l_{0} \cdot Δ T$

Dabei ist:

Zeichen	Bedeutung	Einheit
$Δ l$	Längenänderung	m oder mm
$α$	linearer Wärmeausdehnungskoeffizient	1/K
$l_{0}$	Anfangslänge	m oder mm
$Δ T$	Temperaturänderung	K oder °C

Für eine überschlägige Rechnung kann bei vielen Stählen in der Nähe der Raumtemperatur mit etwa $α = 12 \cdot 1 0^{- 6} K^{- 1}$ gerechnet werden. Der tatsächliche Wert ist werkstoff- und temperaturabhängig.

Beispiel: Ein Stahlstab ist bei 20 °C genau 1000 mm lang und wird gleichmäßig auf 120 °C erwärmt.

$Δ T = 100 K$

$Δ l = 12 \cdot 1 0^{- 6} K^{- 1} \cdot 1000 m m \cdot 100 K = 1,2 m m$

Der Stab ist unter diesen Annahmen bei 120 °C ungefähr 1001,2 mm lang. Beim Abkühlen verkürzt er sich wieder. Für präzise Endmaße muss daher festgelegt sein, bei welcher Temperatur das Maß gelten soll. In der dimensionalen Messtechnik ist 20 °C eine wichtige Bezugstemperatur.

Beim Schmieden kommt zusätzlich hinzu, dass plastische Umformung, Zunderverlust, Materialverteilung und Nachbearbeitung das Endmaß verändern. Ein Schmiedezuschlag darf daher nicht nur aus der Wärmeausdehnung abgeleitet werden.

Masse, Volumen und Materialbedarf

Die Masse eines Werkstücks kann mit einer Waage bestimmt oder aus Volumen und Dichte abgeschätzt werden:

$m = ρ \cdot V$

Für einen rechteckigen Querschnitt gilt:

$V = l \cdot b \cdot h$

Beispiel: Ein Stahlstab mit 20 mm × 20 mm Querschnitt und 1000 mm Länge besitzt das Volumen:

$V = 0,02 m \cdot 0,02 m \cdot 1 m = 0,0004 m^{3}$

Mit einer angenommenen Dichte von $7850 k g / m^{3}$ ergibt sich:

$m = 7850 k g / m^{3} \cdot 0,0004 m^{3} \approx 3,14 k g$

Die Rechnung ist eine Näherung. Werkstoffdichte, Maßabweichungen, Zunderverlust, Bohrungen und Umformung beeinflussen die tatsächliche Masse.

Elektrische Größen in der Metallwerkstatt

Elektrische Größen treten beispielsweise an Schweißgeräten, Motoren, Heizungen und Prüfgeräten auf. Ein Multimeter kann je nach Ausführung Spannung, Stromstärke, Widerstand und Durchgang messen.

Vor einer elektrischen Messung musst Du klären:

Welche Messgröße soll erfasst werden?
Ist Gleich- oder Wechselgröße zu erwarten?
Welcher Messbereich und welche Buchse sind richtig?
Ist das Messgerät für die Anlage und die Messkategorie geeignet?
Darf die Messung von Dir durchgeführt werden?
Sind Leitungen, Sicherungen und Messspitzen unbeschädigt?

Achtung: Messungen an gefährlichen elektrischen Spannungen gehören ausschließlich in die Hände entsprechend qualifizierter Personen. Eine falsche Buchse oder Messart kann einen Kurzschluss, Lichtbogen oder Personenschaden verursachen.

Sollmaß, Istmaß und Toleranz

Das Nennmaß ist das in der Zeichnung angegebene Grundmaß. Die zulässigen Abweichungen bestimmen das obere und untere Grenzmaß. Das gemessene Maß heißt Istmaß. Die Toleranz ist die Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß.

Beispiel: Vorgabe $40,0 \pm 0,2 m m$

Begriff	Wert
Nennmaß	40,0 mm
Höchstmaß	40,2 mm
Mindestmaß	39,8 mm
Toleranzbreite	0,4 mm

Ein gemessener Wert von 39,92 mm liegt innerhalb der Toleranz. Ein Wert von 40,26 mm liegt außerhalb der Toleranz. Nahe an einer Toleranzgrenze muss zusätzlich berücksichtigt werden, wie sicher das Messverfahren ist.

Toleranz und Messunsicherheit dürfen nicht verwechselt werden. Die Toleranz beschreibt, welche Werkstückwerte zulässig sind. Die Messunsicherheit beschreibt, wie sicher das Messergebnis bekannt ist.

Messmittel auswählen

Ein Messmittel ist geeignet, wenn es zur Messgröße, zum Messbereich, zur Werkstückform, zur Oberfläche, zur geforderten Toleranz und zur Umgebung passt.

Messaufgabe	Sinnvolles Messmittel	Ungeeignetes Vorgehen
Länge eines Tores	Bandmaß	Bügelmessschraube
Dicke eines geschliffenen Bolzens	Bügelmessschraube	grobes Bandmaß
Innendurchmesser einer Bohrung	Innenmessschenkel des Messschiebers oder Innenmessgerät	Stahlmaßstab schräg in die Bohrung halten
Winkel einer Konsole	Universalwinkelmesser	nur nach Augenmaß beurteilen
Temperatur eines glühenden Werkstücks	geeignetes Hochtemperaturpyrometer	ungeeignetes Haushaltsthermometer
Spalt zwischen zwei Flächen	Fühlerlehre	unkontrolliertes Schätzen

Die Auflösung des Messmittels sollte deutlich kleiner sein als die zu beurteilende Toleranzbreite. In der Praxis wird häufig ein Verhältnis von ungefähr 1:10 angestrebt. Diese Faustregel ersetzt jedoch keine betriebliche Prüfplanung und keine Beurteilung der gesamten Messunsicherheit.

Fachgerechter Messablauf

Ein sicherer und nachvollziehbarer Messablauf folgt einer festen Reihenfolge:

Anforderung klären: Zeichnung, Nennmaß, Toleranz, Bezug und Messstelle bestimmen.
Messmittel wählen: Messbereich, Auflösung, Bauform und Prüfstatus kontrollieren.
Werkstück vorbereiten: Schmutz, Öl, lose Zunderteile und störende Grate entfernen, soweit dies zulässig und sicher ist.
Temperatur beachten: Werkstück und Messmittel bei Präzisionsmessungen möglichst an die Bezugstemperatur angleichen.
Nullpunkt kontrollieren: Messflächen schließen oder Referenzmaß prüfen.
Richtig ansetzen: Messachse und Werkstückgeometrie ausrichten.
Messkraft begrenzen: Nur die vorgesehene Kraft anwenden.
Wiederholen: Kritische Maße an mehreren Stellen und gegebenenfalls mehrfach messen.
Dokumentieren: Messwert, Einheit, Messmittel, Messstelle, Temperatur und Prüfer festhalten.
Bewerten: Ergebnis mit Grenzmaßen und Entscheidungsregel vergleichen.
Reagieren: Abweichungen melden, Werkstück kennzeichnen und nicht eigenmächtig nacharbeiten, wenn der Arbeitsablauf dies nicht vorsieht.

Beispiel eines Messprotokolls

Prüfmerkmal	Sollvorgabe	Messmittel	Messwert	Bewertung
Gesamtlänge	300,0 ± 1,0 mm	Messschieber	299,6 mm	in Ordnung
Lochdurchmesser	12,0 bis 12,2 mm	Messschieber	12,14 mm	in Ordnung
Winkel	90,0 ± 0,5°	Universalwinkelmesser	90,7°	außerhalb der Vorgabe
Bauteiltemperatur	höchstens 50 °C vor Beschichtung	Kontaktthermometer	43 °C	in Ordnung

Das Protokoll muss eindeutig erkennen lassen, was, wo, womit, wann und unter welchen Bedingungen gemessen wurde.

Messabweichungen erkennen

Kein Messergebnis ist vollkommen frei von Unsicherheit. In der Werkstatt werden besonders drei Arten von Abweichungen unterschieden:

Art	Kennzeichen	Beispiel	Gegenmaßnahme
Grobe Abweichung	Bedien- oder Übertragungsfehler	Zentimeter statt Millimeter notiert	Plausibilitätskontrolle und Wiederholmessung
Systematische Abweichung	wirkt wiederholt in ähnliche Richtung	Messschieber zeigt geschlossen 0,08 mm an	Nullpunkt prüfen, korrigieren oder Messmittel sperren
Zufällige Abweichung	Werte streuen unvorhersehbar	leicht unterschiedliche Anlage bei Wiederholungen	mehrfach messen und Ursache der Streuung verringern

Typische Ursachen sind:

verschmutzte oder beschädigte Messflächen.
Grat, Zunder oder Ölfilm am Werkstück.
Kippfehler durch schräges Ansetzen.
zu hohe oder wechselnde Messkraft.
Ablesefehler und Parallaxe.
falsche Einheit oder falscher Messbereich.
Temperaturunterschiede zwischen Werkstück und Messmittel.
Verschleiß, Stoßschaden oder unklarer Prüfstatus.
ungeeignete Messstelle bei ovalen oder konischen Bauteilen.
Rundungs- und Übertragungsfehler im Messprotokoll.

Bei einem Messschieber liegen Messlinie und Skala konstruktiv nicht immer in derselben Achse. Dadurch kann Verkanten einen zusätzlichen Fehler verursachen. Eine Bügelmessschraube ist bei passenden Außenmessungen konstruktiv günstiger, verlangt aber ebenfalls eine korrekte Bedienung.

Kalibrieren, Justieren und Eichen

Begriff	Bedeutung
Kalibrieren	Ermitteln und dokumentieren der Beziehung zwischen Anzeige und Referenzwert, ohne das Gerät zwingend zu verändern
Justieren	Einstellen oder Abgleichen eines Messgeräts, damit die Anzeige möglichst richtig ist
Eichen	gesetzlich geregelte Prüfung eines Messgeräts im Bereich des Mess- und Eichrechts

Ein betrieblicher Messschieber wird üblicherweise im Rahmen der Prüfmittelüberwachung kontrolliert oder kalibriert, aber nicht im alltäglichen Sinn „geeicht“. Prüfmittel benötigen eine eindeutige Kennzeichnung, einen bekannten Prüfstatus und eine sachgerechte Lagerung.

Arbeitssicherheit beim Messen

Messen ist nur dann fachgerecht, wenn es sicher durchgeführt wird.

Messe niemals an laufenden, rotierenden oder ungesicherten Maschinen.
Sichere Anlagen gegen unbeabsichtigtes Anlaufen, wenn der Arbeitsauftrag dies verlangt.
Berühre heiße Werkstücke nicht mit ungeschützten Händen oder ungeeigneten Präzisionsmessmitteln.
Nutze für heiße Werkstücke geeignete Zangen, Anschläge, Schablonen oder berührungslose Messverfahren.
Beachte scharfe Kanten, Grate, Splitter und abplatzenden Zunder.
Trage die vorgeschriebene persönliche Schutzausrüstung.
Verwende elektrische Messgeräte nur innerhalb Deiner Qualifikation und der zulässigen Messkategorie.
Lege Messmittel nicht auf Amboss, Richtplatte oder Maschinenflächen ab, auf denen sie beschädigt werden können.
Markiere oder sperre beschädigte Messmittel sofort nach betrieblicher Regelung.
Messe nicht unter Zeitdruck, wenn dadurch ein unsicherer Handgriff erforderlich wäre.

Praxisfall: Geschmiedete Lasche prüfen

Eine geschmiedete Lasche soll nach dem Abkühlen und Entzundern folgende Merkmale besitzen:

Merkmal	Vorgabe	Geeignetes Prüfmittel
Gesamtlänge	250 ± 1 mm	Messschieber oder geeignetes Längenmessmittel
Breite am Auge	40 ± 0,5 mm	Messschieber
Lochdurchmesser	20,0 bis 20,3 mm	Innenmessgerät oder Messschieber
Materialdicke	12,0 ± 0,2 mm	Bügelmessschraube
Winkel zwischen Schaft und Auge	90 ± 1°	Winkelmesser
Oberflächentemperatur vor Messung	an betriebliche Bezugstemperatur angeglichen	geeignetes Thermometer

Du prüfst nicht direkt auf einer losen Zunderschicht. Zuerst wird festgelegt, welche Flächen funktionsrelevant sind und wie sie vorbereitet werden dürfen. Die Messstellen werden im Protokoll beschrieben oder skizziert. Bei stark unebenen Schmiedeoberflächen kann eine Einzelmessung irreführend sein; dann sind mehrere Messstellen notwendig.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Woraus besteht ein vollständiger Größenwert? (Aus Zahlenwert und Einheit) (!Nur aus einer Zahl) (!Nur aus einem Größenzeichen) (!Nur aus dem Namen des Messgeräts)

In welcher Einheit wird eine Kraft angegeben? (Newton) (!Kilogramm) (!Millimeter) (!Grad Celsius)

Welche Messaufgaben kann ein üblicher Messschieber ausführen? (Außenmaße Innenmaße Tiefenmaße und Stufenmaße) (!Nur Temperaturen messen) (!Nur elektrische Widerstände prüfen) (!Nur Kräfte bestimmen)

Was wird beim Ablesen eines Nonius zuerst bestimmt? (Der ganze Millimeterwert links vom Noniusnullstrich) (!Die Temperatur des Messschiebers) (!Die Masse des Werkstücks) (!Der elektrische Widerstand)

Wozu dient die Ratsche einer Bügelmessschraube? (Sie unterstützt eine gleichmäßige Messkraft) (!Sie magnetisiert das Werkstück) (!Sie misst den Winkel) (!Sie kühlt die Messflächen)

Welcher Messwert liegt bei der Vorgabe 40 Komma 0 plus minus 0 Komma 2 Millimeter innerhalb der Toleranz? (39 Komma 92 Millimeter) (!39 Komma 70 Millimeter) (!40 Komma 30 Millimeter) (!40 Komma 45 Millimeter)

Was geschieht mit einem Stahlstab bei gleichmäßiger Erwärmung normalerweise? (Er dehnt sich aus) (!Er verliert sofort seine gesamte Masse) (!Er wird unabhängig vom Werkstoff kürzer) (!Seine Einheit ändert sich)

Welche Ursache führt typischerweise zu einer systematischen Messabweichung? (Ein dauerhaft verschobener Nullpunkt) (!Ein zufälliges leichtes Schwanken der Anlage) (!Ein einmaliger Schreibfehler) (!Ein verlorener Bleistift)

Was ist bei einer berührungslosen Temperaturmessung besonders wichtig? (Der Emissionsgrad und die Größe des Messfelds) (!Die Farbe des Messgerätegehäuses) (!Die Masse des Messgeräts) (!Die Länge des Netzkabels)

Wie wird an einer rotierenden Maschine sicher gemessen? (Nur im stillgesetzten und gegen Anlaufen gesicherten Zustand) (!Während der höchsten Drehzahl) (!Mit losem Ärmel nahe am Werkstück) (!Durch Festhalten des Werkstücks mit der Hand)

Memory

Messschieber	Außen Innen Tiefen und Stufenmaße
Bügelmessschraube	Präzise Außenmessung
Nonius	Feinablesung einer Skala
Pyrometer	Berührungslose Temperaturerfassung
Fühlerlehre	Prüfung schmaler Spalte
Newton	Einheit der Kraft
Ohm	Einheit des elektrischen Widerstands
Toleranz	Zulässiger Wertebereich

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Messschieber	Länge und Durchmesser
Pyrometer	Temperatur
Federkraftmesser	Kraft
Stoppuhr	Zeit
Universalwinkelmesser	Winkel

Kreuzworträtsel

Messschieber	Welches Gerät misst Außenmaße Innenmaße und Tiefenmaße?
Nonius	Wie heißt die bewegliche Feinskala eines analogen Messschiebers?
Pyrometer	Welches Gerät misst hohe Temperaturen berührungslos?
Toleranz	Wie heißt der zulässige Bereich zwischen Grenzmaßen?
Newton	Wie heißt die Einheit der Kraft?
Widerstand	Welche elektrische Größe wird in Ohm angegeben?

LearningApps

Lückentext

Eine physikalische Größe besteht aus Zahlenwert und

. Das im Metallbau häufig verwendete Längenmaß ist der

. Ein Messschieber kann Außenmaße, Innenmaße und

erfassen. Die Feinskala eines analogen Messschiebers heißt

. Für besonders genaue Außenmessungen wird häufig eine

eingesetzt. Die Ratsche unterstützt dabei eine gleichmäßige

. Der zulässige Wertebereich eines Werkstückmerkmals wird durch die

bestimmt. Ein berührungslos arbeitendes Temperaturmessgerät heißt

. Beim Erwärmen erfährt ein Stahlstab normalerweise eine

. Ein dauerhaft verschobener Nullpunkt verursacht eine

Messabweichung. Wiederholte Messwerte können aufgrund zufälliger Einflüsse

. Messergebnisse werden mit Messstelle, Messmittel und Einheit in einem

dokumentiert.

Offene Aufgaben

Leicht

Messmittel-Steckbrief: Wähle ein Messmittel aus Deiner Werkstatt und erstelle einen Steckbrief mit Messgröße, Messbereich, Auflösung, typischen Anwendungen und Sicherheitsregeln.
Einheiten-Rallye: Suche zehn Einheiten auf Zeichnungen, Maschinen oder Messgeräten und ordne sie den passenden physikalischen Größen zu.
Nullpunktprüfung: Führe unter Aufsicht eine Nullpunktkontrolle an einem Messschieber durch und dokumentiere das Ergebnis mit einer Skizze oder einem Foto.
Messprotokoll: Miss fünf unterschiedliche Werkstücke mit einem Stahlmaßstab und trage Messwert, Einheit, Messstelle und Datum in eine Tabelle ein.

Standard

Bauteilprüfung: Prüfe ein einfaches Metallbauteil anhand einer Zeichnung mit mindestens drei Merkmalen und begründe die Wahl Deiner Messmittel.
Temperaturvergleich: Vergleiche Kontaktmessung und berührungslose Temperaturmessung an einem sicheren Versuchsaufbau und beschreibe mögliche Ursachen für Unterschiede.
Wiederholungsmessung: Miss dasselbe Merkmal zehnmal, stelle die Werte grafisch dar und untersuche, welche Bedienhandlungen die Streuung beeinflussen.
Videoanalyse Messtechnik: Produziere ein kurzes Erklärvideo, in dem Du eine korrekte und eine fehlerhafte Messung mit dem Messschieber gegenüberstellst.

Schwer

Messsystemanalyse: Entwickle einen Versuch, bei dem mehrere Personen dasselbe Werkstück messen, und werte Unterschiede zwischen Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit aus.
Wärmedehnung im Metallbau: Berechne die Längenänderung eines Stahlbauteils für mehrere Temperaturen und überprüfe, welche Annahmen für die Werkstattpraxis zulässig sind.
Prüfplanung: Erstelle für eine geschmiedete Baugruppe einen vollständigen Prüfplan mit Prüfmerkmalen, Messstellen, Messmitteln, Häufigkeit, Dokumentation und Reaktion bei Abweichungen.
Schmiedeprojekt mit Qualitätsnachweis: Fertige unter fachlicher Aufsicht ein kleines Schmiedestück, dokumentiere Ausgangsmaße, Zwischenkontrollen, Temperaturbeobachtungen und Endprüfung und reflektiere die Maßänderungen.

Lernkontrolle

Messstrategie entwickeln: Eine geschmiedete Lasche besitzt raue, teilweise verzunderte Flächen. Entwickle eine Messstrategie, mit der Länge, Dicke, Lochdurchmesser und Winkel zuverlässig geprüft werden können.
Messmittel begründen: Für ein Bauteil gilt eine Dickentoleranz von 0,04 mm. Beurteile, ob ein Messschieber mit 0,02-mm-Ablesung ausreicht, und begründe Deine Entscheidung unter Einbezug weiterer Einflussgrößen.
Abweichungen analysieren: Drei Personen messen denselben Bolzen und erhalten deutlich unterschiedliche Werte. Formuliere eine systematische Ursachenanalyse und geeignete Kontrollschritte.
Temperatur übertragen: Erkläre, warum ein im warmen Zustand passendes Bauteil nach dem Abkühlen nicht mehr passen kann, und entwickle eine geeignete betriebliche Gegenmaßnahme.
Prüfentscheidung treffen: Ein Messwert liegt sehr nahe am oberen Grenzmaß. Beschreibe, welche zusätzlichen Informationen Du benötigst, bevor Du das Werkstück freigibst oder sperrst.
Sicherheitskonzept: Plane eine sichere Messung an einem Werkstück, das gerade aus der Esse kommt, und begründe, welche Messmittel nicht eingesetzt werden dürfen.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema sind besonders wichtig:

Du benennst physikalische Größen mit korrektem Größenwert und korrekter Einheit.
Du unterscheidest Messen, Prüfen und Lehren fachlich.
Du wählst Messmittel passend zu Messaufgabe, Toleranz, Messbereich und Werkstückform.
Du bedienst Messschieber und Bügelmessschraube fachgerecht.
Du liest einen Nonius nachvollziehbar ab.
Du berechnest Grenzmaße, Toleranzbreite und eine einfache Wärmeausdehnung.
Du erkennst typische systematische, zufällige und grobe Abweichungen.
Du dokumentierst Messergebnisse vollständig und nachvollziehbar.
Du beurteilst die Aussagekraft eines Messwerts nahe einer Toleranzgrenze.
Du setzt Arbeitsschutzregeln beim Messen an heißen, bewegten und elektrischen Arbeitsmitteln um.

Quellen und Fachbezug

BIPM: Internationales Einheitensystem und SI-Basiseinheiten.^[1]
Physikalisch-Technische Bundesanstalt: Grundlagen zur Ermittlung und Angabe von Messunsicherheit.^[4]
Fachinformationen zu Aufbau und Anwendung des Messschiebers.^[2]
Fachinformationen zu Aufbau und Anwendung der Messschraube.^[3]