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Präzisionswerkzeuge und Formen instand halten – Werkzeugrundlauf und Auswuchtung einordnen

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Präzisionswerkzeuge und Formen instand halten – Werkzeugrundlauf und Auswuchtung einordnen

Ausbildung | Werkzeug- und Formenbau / Zerspanungsmechanik | ca. 60–75 Minuten

Lernziel: Du unterscheidest Rundlauffehler und Unwucht, wertest Prüfprotokolle aus und begründest eine sichere Entscheidung zur Instandhaltung.

Sicherheitsgrenze: Alle Messwerte, Drehzahlen und Korrekturen dieses Kurses sind simuliert. Keine Live-Ansteuerung, kein Maschinenstart, keine Schutzumgehung. Reale Prüfungen, Handdrehungen oder Arbeiten an Aufnahmen erfolgen ausschließlich nach Gefährdungsbeurteilung, Betriebsanweisung, Freigabe und unter geeigneter Fachaufsicht. Vor Eingriffen: Antriebe stillsetzen, Stillstand prüfen und gegen unbeabsichtigten Anlauf sichern.

Einleitung

Leitfrage: Ein Fräser hinterlässt Riefen auf einer Formfläche. Liegt es am Rundlauf, an Unwucht oder an beidem?

Werkzeuge für eine CNC-Maschine: Das gesamte System aus Aufnahme, Spannung und Schneidwerkzeug zählt.

Lerneinheit 1: Fehlerbilder unterscheiden (10 Minuten)

Rundlauf	Auswuchtung
Geometrie: Wie stark weicht eine Oberfläche bei der Drehung von der Bezugsachse ab?	Masse: Wie ungleich ist die Masse um die Drehachse verteilt?
Prüfung mit Messuhr oder geeignetem Prüfsystem	Prüfung mit geeigneter Auswuchtmaschine und Prüfprotokoll
Typische Folge: ungleiche Schneidenbelastung, Maß- und Oberflächenfehler	Typische Folge: drehzahlabhängige Fliehkräfte, Schwingungen und Lagerbelastung

Merke: Ein guter Rundlaufwert beweist keine gute Auswuchtung. Eine niedrige Restunwucht beweist keinen guten Rundlauf.

Spannzangen- und Schrumpfaufnahmen im Vergleich: Geometrie und Masseverteilung getrennt beurteilen.

Modell einer Spannzange mit Schaftfräser: Prüfe das montierte Gesamtsystem, nicht nur Einzelteile.

Mini-Auftrag (Basis): Erkläre einem neuen Auszubildenden in zwei Sätzen den Unterschied.

Lerneinheit 2: Rundlauf richtig lesen (10 Minuten)

Messuhrspanne = größter Anzeigewert − kleinster Anzeigewert. In der Ausbildungssimulation wird an einem sauberen, geeigneten Prüfdorn gemessen. Messstelle, Einspannzustand und Messmittel werden dokumentiert. Die Messuhrspanne kann auch Formfehler und Einflüsse der Aufspannung enthalten; sie ist nicht automatisch die Exzentrizität.

Messaufbau an einer Drehmaschine: Bildanalyse, keine Aufforderung zur Nachahmung.

Fühlhebelmessgerät an einer Spannaufnahme: Wo befindet sich der Berührpunkt?

Sicheres Modell: Minimalwert 0,006 mm, Maximalwert 0,032 mm. Rundlaufanzeigespanne: 0,026 mm.

Fehlerquellen: Verschmutzte Anlagefläche, beschädigte Spannzange, fehlerhafte Montage, beschädigter Prüfdorn oder Spindelfehler sind mögliche Ursachen. Aus einem einzigen Messwert lässt sich die Ursache nicht sicher bestimmen.

Video zum Einordnen einer Messung (CanCam-Fachhinweis; Vorgehen nicht ungeprüft übernehmen):

Lerneinheit 3: Unwucht und Drehzahl (10 Minuten)

Unwucht U = Masse m × Abstand r. Häufige Einheit: g·mm. Bei konstanter Unwucht wächst die Fliehkraft näherungsweise mit dem Quadrat der Drehzahl: doppelte Drehzahl → vierfache Fliehkraft. Das ist eine Modellbeziehung, keine Freigaberechnung für Maschinen.

Statische Unwucht: Schwerpunkt außerhalb der Drehachse.

Momenten- beziehungsweise dynamische Unwucht: Eine reine Ein-Ebenen-Korrektur genügt nicht immer.

Prinzip einer dynamischen Auswuchtmaschine mit zwei Korrekturebenen und Schwingungssensoren.

Einordnen: Ein-Ebenen-Auswuchtung kann für geeignete kurze, scheibenförmige Rotoren ausreichen. Bei längeren Werkzeugbaugruppen kann eine Zwei-Ebenen-Auswuchtung erforderlich sein. Entscheidend sind Herstellerangaben, Geometrie und vorgeschriebene Restunwucht; es gibt keinen pauschalen Kursgrenzwert.

Prozessvideo: HAIMER Tool Dynamic TD 1002 – Ein-Ebenen-Auswuchten kurzer Werkzeuge (Herstellerdarstellung).

Lerneinheit 4: Ausbildungsfall Formeinsatz (15 Minuten)

Auftrag: Eine Formkontur soll mit einem montierten Schaftfräser nachbearbeitet werden. Eine vorherige Bearbeitung zeigte Riefen und auffällige Schwingungen. Du erhältst fiktive Prüfwerte statt einer realen Maschine.

Nur für diese Modellaufgabe: Rundlaufanzeigespanne maximal 0,010 mm; Restunwucht maximal 2,0 g·mm. Diese Zahlen sind keine allgemeinen Werkzeug-, Norm- oder Betriebsgrenzwerte.

Zustand	Messuhr min/max	berechnete Spanne	Restunwucht	Deine Entscheidung
A Vor Prüfung	0,006 / 0,032 mm	?	4,8 g·mm	?
B Nach simulierter Reinigung und Neuaufspannung	0,006 / 0,014 mm	?	4,8 g·mm	?
C Nach fiktiver fachgerechter Wuchtkorrektur	0,006 / 0,014 mm	?	1,8 g·mm	?

Basis: Berechne die drei Messspannen.

Anwendung: Entscheide für A, B und C, ob die beiden Modellkriterien erfüllt sind.

Transfer: Begründe, weshalb Zustand C trotzdem keine automatische Maschinenfreigabe bedeutet. Nenne zwei weitere zu prüfende Punkte.

Gestufte Hilfen:

Hilfe 1: Subtrahiere stets Minimal- vom Maximalwert.
Hilfe 2: Vergleiche Rundlauf und Restunwucht einzeln mit ihren Modellgrenzen.
Hilfe 3: Beide Prüfwerte müssen passen; außerdem bleiben Werkzeugzustand, sichere Spannung und betriebliche Freigabe zu prüfen.

Begründetes Feedback zum Ausbildungsfall

Niveau	Musterlösung und Rückmeldung
Basis	A: 0,026 mm; B: 0,008 mm; C: 0,008 mm. Warum? Die Spanne ist max minus min, nicht der größte Zeigerwert allein.
Anwendung	A: beide Grenzen überschritten. B: Rundlaufgrenze eingehalten, Restunwucht zu hoch. C: beide Modellgrenzen eingehalten. Warum? Die Reinigung verändert hier nur den simulierten Rundlauf, nicht automatisch die Unwucht.
Transfer	C reicht nicht zur Betriebsfreigabe: Zusätzlich sind z. B. Werkzeugbeschädigung, sichere Klemmung, zulässige Drehzahl, Schutzfunktion und Dokumentation zu prüfen. Warum? Zwei Zahlen erfassen weder alle Fehler noch alle Gefährdungen.

Lerneinheit 5: Sicher entscheiden und dokumentieren (10 Minuten)

Fräsergeometrien: Schneidenzustand und Einsatzbereich gehören zur Ursachenprüfung.

Entscheidungskette in der Simulation: Befund sichern → Ursachen eingrenzen → fachlich freigegebene Maßnahme festlegen → geometrisch und dynamisch erneut prüfen → dokumentieren → Freigabe durch Berechtigte. Kein eigenmächtiges Materialabtragen, Gegengewichte-Anbringen oder Hochlauf zum „Testen“.

Prozessvideo: Werkzeugbaugruppe und Auswuchten im HAIMER-Toolroom (TITANS of CNC).

Dokumentationskarte: Werkzeug-ID; Aufnahme; Messmittel; Messstelle; min/max und Spanne; Restunwucht und Ebene; Sollwertquelle; Befund; Maßnahme; Nachprüfung; Datum; prüfende Fachperson; Freigabestatus.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt die Rundlaufanzeigespanne? (Differenz aus größtem und kleinstem Messwert) (!Masse des Werkzeughalters) (!Drehzahl der Spindel) (!Restunwucht in Gramm)

Welche Einheit wird häufig für die Unwucht verwendet? (g mal Millimeter) (!Millimeter pro Minute) (!Grad Celsius) (!Newton pro Quadratmeter)

Welches Gerät gehört zur Rundlaufprüfung? (Messuhr) (!Wuchtgewicht) (!Drehmomentschlüssel allein) (!Temperatursensor allein)

Wie ändert sich die Fliehkraft bei doppelter Drehzahl und gleicher Unwucht? (Sie vervierfacht sich) (!Sie halbiert sich) (!Sie bleibt gleich) (!Sie verdoppelt sich exakt)

Was folgt aus einem guten Rundlaufwert? (Die Auswuchtung bleibt gesondert zu bewerten) (!Die Unwucht ist gleich null) (!Der Werkzeugzustand ist immer fehlerfrei) (!Die Maschine ist freigegeben)

Welcher Befund kann eine Zwei-Ebenen-Auswuchtung erfordern? (Relevante Momentenunwucht einer längeren Baugruppe) (!Jede kleine Werkzeugschneide) (!Jede visuelle Farbabweichung) (!Jede saubere Anlagefläche)

Welche Rundlaufspanne ergibt sich aus 0,006 mm und 0,014 mm? (0,008 mm) (!0,020 mm) (!0,014 mm) (!0,006 mm)

Welche Aussage ist im Modellzustand B richtig? (Rundlauf genügt und Restunwucht genügt nicht) (!Beide Kriterien sind verletzt) (!Beide Kriterien sind erfüllt) (!Nur die Drehzahl entscheidet)

Was hat vor einem realen Eingriff an einer Maschine Vorrang? (Sicherer Stillstand und betriebliche Freigabe) (!Überbrücken der Schutztür) (!Probelauf bei offener Haube) (!Handkontakt mit rotierender Aufnahme)

Warum ist Zustand C noch keine Betriebsfreigabe? (Weitere technische und sicherheitsbezogene Prüfungen fehlen) (!Weil Restunwucht nie messbar ist) (!Weil Rundlauf immer null sein muss) (!Weil nur die Werkzeugfarbe zählt)

Memory

Rundlauf	Geometrische Abweichung bei Drehung
Unwucht	Ungleichmäßige Massenverteilung
Messuhr	Messgerät für kleine Wegunterschiede
Spannzange	Klemmmittel für einen Werkzeugschaft
Wuchtmaschine	Prüfgerät zur Massenverteilung
Restunwucht	Nach dem Ausgleich verbleibende Unwucht
Korrekturebene	Axiale Lage des Massenausgleichs

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Messuhrspanne	Rundlaufwert
Wuchtprotokoll	Massenabweichung
Schutzhaube	Gefahrtrennung
Prüfdorn	Geometrieprüfung
Spannzangenkontrolle	Ursachenanalyse
Fachfreigabe	Betriebsentscheidung

Kreuzworträtsel

Messuhr	Welches Messgerät zeigt kleine Wegänderungen mit einem Zeiger an?
Unwucht	Wie heißt die ungünstige Verteilung der Rotormasse?
Spindel	Welches Maschinenteil trägt und dreht die Werkzeugaufnahme?
Spannzange	Welches Bauteil klemmt einen zylindrischen Werkzeugschaft?
Rotor	Wie nennt man den rotierenden Körper?
Vibration	Welcher Begriff bezeichnet eine mechanische Schwingung?

LearningApps

Suchansicht zum Thema; die einzelnen externen Übungen sind nicht Bestandteil der fachlich geprüften Aufgaben dieses Kurses.

Lückentext

Bei der Rundlaufprüfung wird die Geometrie mit einer

überprüft.

Der Rundlaufwert im Fall A beträgt

mm.

Die Ungleichverteilung von Rotormasse heißt

.

Die gebräuchliche Einheit der Unwucht lautet

.

Bei doppelter Drehzahl wächst die Fliehkraft auf das

.

Eine Momentenunwucht kann eine Prüfung in zwei

erforderlich machen.

Im Zustand B ist die Restunwucht noch

.

Im Zustand C ist die modellierte Messuhrspanne

mm.

Eine Prüfung der Klemmung gehört zur

.

Die abschließende Betriebsentscheidung benötigt eine betriebliche

.

Eingabehinweis: Dezimalzahlen mit Komma; „gmm“ steht im Quiz technisch verkürzt für g·mm.

Offene Aufgaben

Leicht

Rundlauf: Zeichne eine Messuhr an einer rotierenden, aber nur skizzierten Werkzeugbaugruppe und markiere die Messstelle.
Unwucht: Erstelle zwei Symbolkarten für Geometriefehler und Massenfehler.
Messuhr: Berechne aus drei frei erfundenen Wertepaaren jeweils die Anzeigespanne.
Arbeitsschutz: Gestalte ein Warnschild gegen Arbeiten an ungesichert rotierenden Werkzeugen.

Standard

Fehleranalyse: Vergleiche die Modellzustände A, B und C in einem digitalen Prüfprotokoll.
Spanntechnik: Erstelle eine Fotocollage geprüfter Commons-Bilder von Spannmitteln und kommentiere denkbare Fehlerstellen.
Qualitätssicherung: Entwirf eine Checkliste mit zwei getrennten Feldern für Rundlauf und Auswuchtung.
Berichtsheft: Formuliere eine kurze Instandhaltungsmeldung für den simulierten Formeinsatz.

Schwer

Schwingung: Visualisiere ohne Maschine, warum dieselbe Unwucht bei doppelter Drehzahl eine vierfache Fliehkraft erzeugt.
Ursachenanalyse: Erstelle einen Entscheidungsbaum mit den Alternativen Spannfehler, Werkzeugschaden und Restunwucht.
Technische Dokumentation: Vergleiche zwei freigegebene Hersteller-Prüfblätter und benenne unterschiedliche Toleranzbedingungen.
Ausbildung: Produziere ein Erklärvideo mit Papiermodell oder Animation und begründe die Sicherheitsgrenzen.

Lernkontrolle

Diagnose: Zwei Baugruppen haben gleiche Messuhrspanne, aber unterschiedliche Restunwucht. Erläutere, weshalb sie sich bei Drehzahl verschieden verhalten können.
Messunsicherheit: Erkläre, warum verschmutzte Anlageflächen einen Rundlaufbefund verfälschen können, ohne die ursprüngliche Werkzeuggeometrie zu ändern.
Drehzahl: Begründe anhand des quadratischen Zusammenhangs die mögliche Verschärfung dynamischer Belastung bei höherer Drehzahl.
Instandhaltung: Bewerte den Fall, dass eine Auswuchtkorrektur erfolgreich ist, die Rundlaufspanne aber oberhalb des festgelegten Grenzwerts bleibt.
Prozesssicherheit: Entwickle eine Reihenfolge zur Freigabeentscheidung und kennzeichne, welche Schritte Fachpersonal vorbehalten sind.
Transfer: Übertrage das Prüfschema vom Schaftfräser auf eine andere rotierende Werkzeugbaugruppe und benenne Grenzen der Übertragung.

Bewertung: Für jede Aufgabe zählen fachlich richtige Ursache-Wirkungs-Ketten, eine begründete Entscheidung, belegte Grenzwertquellen und sichere Vorgehensweisen. Bloßes Nennen eines Grenzwertes reicht nicht.

Lernnachweis

Ein geeigneter Lernnachweis enthält Messwertauswertung (A–C), Unterscheidung von Rundlauf und Unwucht, Ursachenhypothesen, begründete sichere Maßnahmenwahl, Dokumentationskarte und Reflexion der Freigabegrenze. Die Arbeit erfolgt mit Simulation oder Papiermodell; keine Live-Ansteuerung.

OERs zum Thema

Fachlich geprüfte Quellen für diesen Kurs:

Bildnachweise (Wikimedia Commons, Dateiseiten mit Lizenz und Urheberschaft):

Tools for CNC (1).jpg – Pavel Ševela, CC BY-SA 3.0.
HSK-Werkzeughalter.png – Christoph Pelger, CC BY-SA 4.0.
R8 Collet with end mill.png – Robert Hewitt, CC BY-SA 3.0.
Checking Runout With Dial Test Indicator.jpg – David English, CC BY-SA 4.0.
Dial Test Indicator in Use.jpg – David English, CC BY-SA 4.0.
Static balance.svg – Kaboldy, CC BY-SA 3.0.
Dynamic balancing.svg – Kaboldy, CC BY-SA 3.0.
Dynamic balancing machine.svg – Kaboldy, CC BY-SA 3.0.
MillingCutterSlotEndMillBallnose.jpg – Glenn McKechnie, CC BY-SA 2.0.

Medienrechte: Die Commons-Dateien stehen unter den jeweils verlinkten freien Lizenzen mit Namensnennung und Lizenzbedingungen. Die drei YouTube-Videos werden ausschließlich als externe Originalvideos eingebettet; sie sind nicht als OER nachgewiesen und dürfen nicht einfach kopiert oder neu hochgeladen werden. Vor Unterrichtseinsatz Verfügbarkeit, Datenschutz und betriebliche Sicherheitsvorgaben prüfen.