Schmiedeteile für Eisenbahnen - Schmied
Schmiedeteile für Eisenbahnen - Schmied
Schmiedeteile für Eisenbahnen - Schmied
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Einleitung
Schmiedeteile übernehmen im Schienenfahrzeugbau häufig Aufgaben, bei denen hohe Kräfte, wechselnde Belastungen und strenge Sicherheitsanforderungen zusammentreffen. Dazu gehören je nach Fahrzeugbauart unter anderem Radsatzwellen, Vollräder, Zughaken, Bauteile von Schrauben- und Mittelpufferkupplungen, Bolzen, Gelenkstücke sowie einzelne Teile von Federungs- und Bremsmechanismen.
In diesem aiMOOC lernst Du, weshalb solche Bauteile geschmiedet werden, wie eine industrielle Schmiedeprozesskette aufgebaut ist und wie Werkstoff, Faserverlauf, Wärmebehandlung, Bearbeitung und Prüfung zusammenwirken. Der Kurs richtet sich an Auszubildende in metalltechnischen Berufen und verbindet Grundlagen des Schmiedens mit Anforderungen des Eisenbahnwesens.
Wichtig: Nicht jedes Bauteil einer Eisenbahn wird geschmiedet. Schienen werden überwiegend gewalzt, viele Drehgestellrahmen werden geschweißt oder gegossen und Blechteile werden durch Trennen und Umformen hergestellt. Ob ein Bauteil geschmiedet, gewalzt, gegossen oder geschweißt wird, ergibt sich aus Konstruktion, Werkstoff, Stückzahl, Belastung und Regelwerk.
Lernziele
Nach der Bearbeitung des Lernkurses kannst Du:
- Schmiedeteil: typische Schmiedeteile an Schienenfahrzeugen fachgerecht benennen.
- Beanspruchung: Zug, Druck, Biegung, Torsion, Stoß und Ermüdung an Eisenbahnkomponenten unterscheiden.
- Freiformschmieden: Freiformschmieden, Gesenkschmieden und Ringwalzen voneinander abgrenzen.
- Prozesskette: die Herstellung vom Vormaterial bis zur dokumentierten Endprüfung erläutern.
- Werkstoffprüfung: geeignete zerstörende und zerstörungsfreie Prüfverfahren auswählen.
- Arbeitssicherheit: wesentliche Gefährdungen beim Warmumformen beurteilen.
- Qualitätssicherung: Fehlerbilder erkennen und Maßnahmen zu ihrer Vermeidung begründen.
Berufsbezug Schmied
Der traditionelle Beruf des Schmieds hat sich durch Mechanisierung, Spezialisierung und industrielle Fertigung stark verändert. In Deutschland werden handwerkliche Schmiedearbeiten heute insbesondere im anerkannten Ausbildungsberuf Metallbauerin und Metallbauer der Fachrichtung Metallgestaltung vermittelt. Die duale Ausbildung dauert regulär dreieinhalb Jahre.
In industriellen Schmiedebetrieben arbeiten außerdem Fachkräfte aus unterschiedlichen metalltechnischen Ausbildungsberufen. Dazu gehören abhängig vom Betrieb beispielsweise Fachkräfte für Metalltechnik, Industriemechanikerinnen und Industriemechaniker, Maschinen- und Anlagenführer, Zerspanungsmechaniker, Werkstoffprüferinnen und Werkstoffprüfer sowie qualifizierte Bediener von Pressen, Hämmern und Manipulatoren. Die konkrete Berufsbezeichnung richtet sich nach Ausbildungsordnung, Arbeitsplatz und Betrieb.
Das Bild zeigt die Bearbeitung eines glühenden Werkstücks mit einem Kraft- beziehungsweise Maschinenhammer. In der industriellen Großschmiede werden Werkstücke häufig mit hydraulischen Pressen, Schmiedehämmern, Walzanlagen und ferngesteuerten Manipulatoren bewegt.
Bedeutung geschmiedeter Eisenbahnteile
Warum Schmieden?
Beim Schmieden wird ein metallischer Werkstoff durch Druck- oder Schlagkräfte plastisch umgeformt. Das Werkstück bleibt dabei fest, wird beim Warm- und Halbwarmumformen jedoch auf eine werkstoffabhängige Temperatur erwärmt. Gegenüber einem lediglich aus dem Vollen zerspanten Bauteil kann ein geeigneter Schmiedeprozess den Werkstofffluss an die Bauteilgeometrie anpassen und innere Gussstrukturen verdichten.
Für Eisenbahnteile sind vor allem folgende Eigenschaften wichtig:
- Dauerfestigkeit: Viele Teile werden über lange Zeit durch wechselnde Kräfte beansprucht.
- Zähigkeit: Stoßartige Belastungen dürfen nicht zu sprödem Versagen führen.
- Festigkeit: Das Bauteil muss hohe Zug-, Druck-, Biege- oder Torsionskräfte übertragen.
- Faserverlauf: Der Werkstofffluss soll möglichst günstig zur Hauptbelastungsrichtung verlaufen.
- Fehlerarmut: Risse, Falten, Einschlüsse und unzulässige innere Anzeigen müssen vermieden werden.
- Rückverfolgbarkeit: Werkstoffcharge, Wärmebehandlung, Bearbeitung und Prüfung müssen dokumentiert sein.
Die Aufnahme zeigt ein großformatiges Freiformschmiedestück unter einer Presse. Bei großen Radsatzwellen oder vergleichbaren Wellenbauteilen wird das Werkstück mit Manipulatoren zwischen den Umformschritten gedreht und verschoben.
Belastungen im Eisenbahnbetrieb
Ein Schmiedeteil für Schienenfahrzeuge wird selten nur statisch belastet. Typisch ist eine Überlagerung mehrerer Beanspruchungsarten:
- Zugbeanspruchung: Zughaken und Kupplungsteile übertragen Längskräfte innerhalb eines Zuges.
- Druckbeanspruchung: Puffer und Druckelemente nehmen Stoß- und Druckkräfte auf.
- Biegebeanspruchung: Eine Radsatzwelle wird durch Fahrzeuggewicht und Rad-Schiene-Kräfte wechselnd gebogen.
- Torsion: Angetriebene Radsätze übertragen zusätzlich Drehmomente.
- Stoßbeanspruchung: Gleislagefehler, Kupplungsvorgänge und Rangierbewegungen können kurzzeitige Lastspitzen verursachen.
- Ermüdung: Sehr viele Lastwechsel können auch unterhalb der statischen Bruchlast zu Rissbildung führen.
Kerben, scharfe Übergänge, Bearbeitungsriefen, Korrosion und Materialfehler erhöhen örtlich die Spannung. Konstruktion und Fertigung müssen deshalb zusammen betrachtet werden.
Typische Schmiedeteile an Eisenbahnen
Radsatzwelle und Vollrad
Ein Radsatz besteht im Grundprinzip aus zwei Rädern und der sie verbindenden Radsatzwelle. Bei angetriebenen Radsätzen kommen je nach Bauart Getriebe-, Brems- oder Antriebselemente hinzu. Im eisenbahntechnischen Sprachgebrauch ist Radsatzwelle genauer als die allgemeine Bezeichnung Achse.
Radsatzwellen können aus vakuumentgastem Stahl geschmiedet oder gewalzt werden. Die europäische Produktnorm für Radsatzwellen beschreibt unter anderem Anforderungen an Werkstoff, mechanische Eigenschaften, Geometrie, Oberflächenzustand und Prüfung. Gebräuchliche Werkstoffbezeichnungen sind abhängig von Ausführung und Einsatz beispielsweise EA1N, EA1T oder EA4T.
Monoblockräder können durch Schmieden und anschließendes Walzen der Radkontur hergestellt werden. Für Eisenbahnräder werden je nach Regelwerk und Einsatz Werkstoffgüten wie ER6, ER7, ER8, ERS8 oder ER9 verwendet. Die Auswahl darf nicht allein nach Härte erfolgen: Verschleiß, Zähigkeit, thermische Beanspruchung, Bremsart und Rad-Schiene-Kontakt müssen gemeinsam bewertet werden.
Das Bild zeigt einen besonderen Radsatz der Heidelberger Bergbahn. Gut erkennbar sind die Radsatzwelle, Lagerstellen und das Bremszahnrad. Die konkrete Konstruktion unterscheidet sich von einem üblichen Vollbahnradsatz, verdeutlicht aber das Zusammenwirken mehrerer Funktionsflächen.
Beobachtungsauftrag: Achte im Video auf Erwärmen, Entzundern, Vorformen, Recken, Drehen des Werkstücks und die spätere spanende Bearbeitung. Notiere, welche Arbeitsschritte noch nicht zum eigentlichen Schmieden gehören.
Zughaken und Schraubenkupplung
Bei Fahrzeugen mit Schraubenkupplung überträgt der Zughaken die Zugkraft in den Fahrzeugrahmen. Zur Kupplung gehören je nach Bauform unter anderem:
- Zughaken: nimmt die Kupplung auf und leitet Zugkräfte ein.
- Kupplungslasche: verbindet Bolzen und Spindelbereich.
- Kupplungsspindel: ermöglicht das Spannen der Kupplung.
- Kupplungsmutter: bewegt sich beim Drehen der Spindel.
- Kupplungsbügel: wird in den Zughaken des Nachbarfahrzeugs eingehängt.
- Kupplungsbolzen: bildet eine gelenkige Verbindung zwischen Bauteilen.
Zughaken, Laschen, Bügel, Spindelteile und Bolzen können abhängig von Bauart und Hersteller als Schmiedeteile ausgeführt sein. Durch Gesenkschmieden lassen sich belastungsgerechte Konturen und wiederholbare Seriengeometrien herstellen.
Das Bild zeigt eine Schraubenkupplung zwischen zwei Puffern. Du kannst Zughaken, Kupplungslaschen, Spindel und Kupplungsmutter als Baugruppe betrachten. Nicht jedes sichtbare Teil ist zwangsläufig im selben Verfahren gefertigt.
Mittelpufferkupplungen und Gelenkteile
Automatische Mittelpufferkupplungen übertragen Zug- und Druckkräfte in einer zentralen Baugruppe. Hoch beanspruchte Kupplungsköpfe, Knöchel, Zugbügel, Gelenkstücke oder Verbindungselemente können geschmiedet werden. Die tatsächliche Fertigungsroute hängt vom Kupplungssystem, der Zulassung und der Herstellerkonstruktion ab.
Bei Kupplungsteilen sind Übergangsradien, Faserverlauf, Maßhaltigkeit und Oberflächenzustand besonders wichtig. Eine Schmiedefalte oder ein Riss im Kraftfluss kann die Tragfähigkeit erheblich vermindern.
Puffer-, Federungs- und Bremsbauteile
Bei konventionellen Seitenpuffern können Stangen, Augen, Führungs- oder Verbindungsteile geschmiedet sein. Auch Federlaschen, Federgehänge, Bolzen, Bremshebel oder Endstücke von Bremsgestängen werden je nach Konstruktion durch Schmieden hergestellt.
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Die Pufferscheibe selbst ist nicht automatisch ein Schmiedeteil. Entscheidend ist immer die technische Zeichnung mit Werkstoff-, Herstellungs- und Prüfanforderungen.
Drehgestell und Radsatz als Baugruppe
Ein Drehgestell besteht aus zahlreichen Bauteilen, die mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Radsätze, Lager, Federn, Rahmen, Bremsgestänge und Verbindungselemente bilden ein System. Für die Fertigungsplanung musst Du deshalb die Funktion jedes Einzelteils und seine Schnittstellen verstehen.
Schmiedeverfahren
Freiformschmieden
Beim Freiformschmieden wird das Werkstück zwischen einfachen Werkzeugflächen umgeformt. Der Werkstoff kann seitlich frei ausweichen. Typische Grundoperationen sind:
- Stauchen: Der Querschnitt wird vergrößert und die Länge verringert.
- Recken: Der Querschnitt wird verkleinert und die Länge vergrößert.
- Absetzen: Unterschiedliche Querschnitte werden gezielt erzeugt.
- Runden: Ein mehrkantiger Querschnitt wird schrittweise rundgeschmiedet.
- Lochen: Eine Öffnung wird eingebracht oder vorbereitet.
- Biegen: Die Werkstückachse wird gekrümmt.
Freiformschmieden eignet sich für große Bauteile, kleine Stückzahlen und Vorformen. Bei einer Radsatzwelle werden durch Absetzen und Recken beispielsweise Rad-, Lager- und Wellenbereiche vorbereitet. Die Endmaße entstehen anschließend durch Wärmebehandlung und spanende Bearbeitung.
Gesenkschmieden
Beim Gesenkschmieden wird das erwärmte Werkstück in formgebenden Werkzeughälften umgeformt. Der Werkstoff füllt den Gesenkhohlraum. Überschüssiger Werkstoff kann als Grat in die Gratbahn austreten und wird später entfernt.
Typische Eisenbahnteile für das Gesenkschmieden sind Zughaken, Kupplungslaschen, Gelenkstücke, Hebel und Bolzen. Häufig werden mehrere Stufen benötigt: Vorform, Zwischenform und Fertigform. Eine unzureichende Vorform kann zu Unterfüllung, Falten oder ungünstigem Faserverlauf führen.
Ringwalzen und Radwalzen
Beim Ringwalzen wird ein vorgelochter Ring zwischen Walzen umgeformt. Dabei vergrößert sich der Durchmesser, während Wanddicke und Profil gezielt eingestellt werden. Bei Eisenbahnrädern kann ein geschmiedeter Radrohling anschließend in einer Radwalzanlage profiliert werden.
Beobachtungsauftrag: Trenne im Video die Umformschritte von Wärmebehandlung, Bearbeitung, Messen und Prüfen. Beschreibe, wie das Werkstück zwischen den Stationen transportiert wird.
Prozesskette eines Eisenbahn-Schmiedeteils
Arbeitsvorbereitung
Vor der Fertigung werden Zeichnung, Spezifikation, Werkstoff, Losgröße, Prüfplan und Rückverfolgbarkeit geprüft. Wichtige Fragen sind:
- Welche Funktionsflächen und Toleranzen sind vorgeschrieben?
- Welche Schmiederichtung und welcher Faserverlauf werden benötigt?
- Welche Bearbeitungszugaben sind vorzusehen?
- Welche Wärmebehandlung ist gefordert?
- Welche Prüfungen müssen vor oder nach dem Zerspanen erfolgen?
- Welche Kennzeichnung muss während der gesamten Fertigung erhalten bleiben?
Vormaterial und Erwärmen
Als Vormaterial dienen je nach Bauteil Knüppel, Stangen, Blöcke oder vorgewalzte Halbzeuge. Das Materialzeugnis muss zur Bestellung passen. Vor dem Erwärmen werden Identität, Abmessung und Oberfläche kontrolliert.
Die Schmiedetemperatur richtet sich nach Werkstoff und Umformgrad. Eine zu niedrige Temperatur erhöht die Umformkräfte und kann Risse begünstigen. Eine zu hohe oder zu lange Erwärmung kann zu starkem Zunder, Entkohlung, Grobkorn oder Überhitzung führen. Temperaturmessung, Ofenführung und Haltezeit sind deshalb zu dokumentieren.
Entzundern und Umformen
Zunder wird vor wichtigen Umformstufen mechanisch oder mit geeigneten Hochdrucksystemen entfernt. Eingeschmiedeter Zunder kann Oberflächenfehler verursachen.
Während des Umformens werden Werkstücklage, Drehwinkel, Hubfolge und Umformgrad kontrolliert. Bei Freiformteilen führt ein Manipulator das Werkstück. Beim Gesenkschmieden müssen Rohteilvolumen und Lage zum Gesenk passen.
Abgraten und Richten
Der Grat eines Gesenkschmiedeteils wird nach dem Schmieden entfernt. Anschließend können Loch-, Richt- oder Kalibrieroperationen folgen. Beim Richten darf keine unkontrollierte Schädigung entstehen. Richtvorgänge müssen innerhalb des zulässigen Temperatur- und Prozessfensters erfolgen.
Wärmebehandlung
Die Wärmebehandlung stellt das geforderte Gefüge und die mechanischen Eigenschaften ein. Abhängig von Stahl und Spezifikation kommen beispielsweise Normalisieren, Vergüten oder Spannungsarmbehandeln infrage.
Normalisieren dient häufig der Gefügevereinheitlichung und Kornfeinung. Beim Vergüten wird gehärtet und anschließend angelassen. Entscheidend sind Austenitisierungstemperatur, Haltezeit, Abschreckbedingungen, Anlassbehandlung und eine gleichmäßige Temperaturführung.
Strahlen, Zerspanen und Schleifen
Nach dem Abkühlen werden Zunder und anhaftende Rückstände entfernt. Durch Drehen, Fräsen, Bohren, Räumen, Schleifen oder Gewinderollen entstehen Funktionsflächen und Endmaße. Bei einer Radsatzwelle gehören dazu unter anderem Rad- und Lagersitze, Übergangsradien, Stirnflächen und gegebenenfalls eine Längsbohrung.
Bearbeitungsriefen dürfen nicht quer zu hoch beanspruchten Bereichen verlaufen. Unzulässiges Schleifbrennen, harte Übergänge und beschädigte Radien können die Dauerfestigkeit reduzieren.
Prüfung, Kennzeichnung und Dokumentation
Vor der Freigabe werden Ergebnisse aus Werkstoffnachweis, Wärmebehandlung, Maßprüfung und Werkstoffprüfung zusammengeführt. Die Kennzeichnung muss eindeutig dem Bauteil und der Charge zugeordnet sein.
Eine typische Dokumentation enthält:
- Werkstoffzeugnis und Schmelzennummer
- Schmiede- und Wärmebehandlungsprotokoll
- Maß- und Oberflächenprüfbericht
- Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung
- Ergebnisse mechanisch-technologischer Prüfungen
- Freigabestatus und Identnummer des Bauteils
Qualitätssicherung
Mögliche Schmiedefehler
Schmiedefalte: Werkstoffoberflächen werden übereinandergelegt, ohne metallisch einwandfrei zu verschweißen. Ursache können eine ungeeignete Vorform, falsche Werkstücklage oder ungünstiger Materialfluss sein.
Unterfüllung: Der Gesenkhohlraum wird nicht vollständig gefüllt. Mögliche Ursachen sind zu wenig Material, zu geringe Temperatur, falsche Vorform oder unzureichende Umformenergie.
Oberflächenriss: Risse können durch zu niedrige Temperatur, hohe lokale Dehnung, scharfe Kanten oder vorgeschädigtes Vormaterial entstehen.
Eingeschmiedeter Zunder: Zunder wird in die Oberfläche gedrückt und bildet eine unzulässige Fehlstelle.
Grobkorn oder Überhitzung: Zu hohe Temperaturen oder zu lange Haltezeiten verschlechtern das Gefüge.
Entkohlung: An der Oberfläche sinkt der Kohlenstoffgehalt durch Reaktion mit der Ofenatmosphäre. Dadurch können Härte und Festigkeit der Randzone abnehmen.
Abschreckriss: Zu hohe Eigenspannungen beim Härten können Risse erzeugen.
Prüfverfahren
- Sichtprüfung: erkennt offene Risse, Falten, Zunderstellen und Bearbeitungsfehler.
- Maßprüfung: überprüft Längen, Durchmesser, Radien, Form- und Lagetoleranzen.
- Magnetpulverprüfung: macht oberflächennahe Fehler an ferromagnetischen Bauteilen sichtbar.
- Ultraschallprüfung: dient der Suche nach inneren Fehlstellen und wird bei Radsatzwellen und Rädern eingesetzt.
- Eindringprüfung: kann offene Oberflächenfehler an geeigneten Werkstoffen sichtbar machen.
- Härteprüfung: kontrolliert einen Kennwert der Wärmebehandlung.
- Zugversuch: ermittelt unter anderem Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung.
- Kerbschlagbiegeversuch: beurteilt die Zähigkeit unter festgelegten Prüfbedingungen.
- Gefügeprüfung: untersucht Mikrostruktur, Korngröße, Entkohlung oder Wärmebehandlungsergebnis.
Beobachtungsauftrag: Erkläre, warum eine Ultraschallprüfung keine gute Oberfläche, richtige Maße oder geeignete Wärmebehandlung ersetzen kann.
Normen und betriebliche Vorgaben
Für sicherheitsrelevante Eisenbahnteile gelten Zeichnungen, Lieferbedingungen, europäische Normen, Zulassungsanforderungen und betriebliche Verfahrensanweisungen. Beispiele sind die Normenreihe für Radsätze und Drehgestelle mit Produktanforderungen an Radsatzwellen, Räder und montierte Radsätze.
Normnummern allein reichen nicht aus. Du musst stets die vertraglich festgelegte und gültige Ausgabe sowie zusätzliche Kundenanforderungen prüfen. Bei Abweichungen entscheidet nicht die Werkstatt nach Gefühl, sondern das festgelegte Freigabe- und Abweichungsverfahren.
Arbeitssicherheit und Umweltschutz
Beim industriellen Schmieden treffen hohe Temperaturen, große Massen, bewegte Maschinen, Lärm, Zunderflug und hohe Umformkräfte zusammen. Sicherheit hat Vorrang vor Taktzeit.
Typische Gefährdungen
- Verbrennung: heiße Werkstücke, Werkzeuge, Zunder und Strahlungswärme.
- Quetschgefahr: Pressen, Hämmer, Manipulatoren, Zangen und Transporteinrichtungen.
- Schlaggefahr: Werkstückbewegung, abplatzender Zunder oder Werkzeugbruch.
- Lärm: insbesondere bei Schmiedehämmern und beim Entzundern.
- Brandgefahr: brennbare Stoffe in der Nähe heißer Werkstücke.
- Gefahrstoffe: Schmiermittel, Reinigungsmedien, Prüfmittel und Stäube.
- Ergonomie: schwere Werkzeuge, ungünstige Körperhaltung und wiederholte Bewegungen.
Schutzmaßnahmen
Technische Schutzmaßnahmen haben Vorrang. Dazu zählen Einhausungen, Schutzgitter, sichere Manipulatoren, Absaugung, Lärmminderung, Temperaturüberwachung und verriegelte Steuerungen. Organisatorisch wichtig sind Freigaben, Unterweisungen, Verkehrswege, Kommunikationsregeln und Instandhaltung.
Die persönliche Schutzausrüstung richtet sich nach Gefährdungsbeurteilung. Sie kann Schutzhelm, Gesichtsschutz, Schutzbrille, Gehörschutz, hitzebeständige Schutzkleidung, geeignete Handschuhe und Sicherheitsschuhe umfassen. An laufenden Anlagen dürfen Störungen nur nach festgelegtem Stillsetz- und Sicherungsverfahren beseitigt werden.
Ressourceneffizienz
Eine gute Schmiedeplanung reduziert Grat, Bearbeitungszugaben, Ausschuss und Energieverbrauch. Reststücke und Grat können stofflich recycelt werden, müssen aber sortenrein erfasst sein. Eine gleichmäßige Ofenbelegung, Wärmerückgewinnung und genaue Temperaturführung senken den Energiebedarf. Langlebige, prüfbare Eisenbahnteile tragen außerdem zur sicheren und ressourcenschonenden Nutzung von Fahrzeugen bei.
Praxisbeispiel: Geschmiedeter Zughaken
Ein Betrieb soll einen Zughaken nach freigegebener Zeichnung herstellen. Die Prozessplanung kann vereinfacht so aufgebaut sein:
- Auftragsprüfung: Zeichnung, Werkstoff, Stückzahl, Prüfplan und Kennzeichnung klären.
- Materialzuschnitt: Stangenabschnitt mit berechnetem Volumen trennen.
- Erwärmen: Werkstück im vorgeschriebenen Temperaturfenster erwärmen.
- Vorformen: Material für Haken, Schaft und Kopf passend verteilen.
- Gesenkschmieden: Bauteil in mehreren Stufen ausformen.
- Abgraten: überschüssigen Grat entfernen.
- Wärmebehandlung: geforderte Eigenschaften einstellen.
- Strahlen: Oberfläche reinigen.
- Zerspanen: Anschluss- und Funktionsflächen herstellen.
- Prüfen: Maße, Oberfläche, Härte und vorgeschriebene zerstörungsfreie Prüfungen durchführen.
- Kennzeichnen: Identität und Charge dauerhaft sichern.
- Freigeben: vollständige Dokumentation bewerten.
Eine Abweichung, beispielsweise eine Magnetpulveranzeige im Hakenübergang, darf nicht ohne Bewertung ausgeschliffen werden. Zuerst sind Zulässigkeit, mögliche Reparatur, Nachprüfung und Freigabeberechtigung zu klären.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Aufgabe hat eine Radsatzwelle? (Sie verbindet die Räder und überträgt Kräfte im Radsatz) (!Sie ersetzt die Schiene im Gleis) (!Sie erzeugt den elektrischen Fahrstrom) (!Sie dient ausschließlich als Bremsbelag)
Welches Verfahren nutzt formgebende Werkzeughohlräume? (Gesenkschmieden) (!Sägen) (!Löten) (!Sandstrahlen)
Welche Beanspruchung entsteht an einer Radsatzwelle besonders durch das Fahrzeuggewicht? (Wechselnde Biegung) (!Ausschließlich gleichbleibender Druck) (!Nur Oberflächenzug ohne Lastwechsel) (!Ausschließlich Wärmestrahlung)
Welcher Fehler entsteht durch unvollständiges Füllen des Gesenks? (Unterfüllung) (!Anlassfarbe) (!Messabweichung des Thermometers) (!Schmierfilm)
Welches Prüfverfahren eignet sich zur Suche nach inneren Fehlstellen? (Ultraschallprüfung) (!Sichtprüfung ohne Hilfsmittel) (!Längenmessung) (!Farbvergleich)
Warum wird Zunder vor wichtigen Umformstufen entfernt? (Er kann als Oberflächenfehler eingeschmiedet werden) (!Er verbessert immer die Dauerfestigkeit) (!Er ersetzt die Wärmebehandlung) (!Er verhindert jede Formänderung)
Welche Angabe unterstützt die Rückverfolgbarkeit? (Schmelzen- oder Chargennummer) (!Farbe der Hallenwand) (!Name des Bahnhofs) (!Länge des Arbeitswegs)
Was ist beim Umgang mit einer Norm zu beachten? (Die vertraglich festgelegte gültige Ausgabe) (!Nur die Farbe des Deckblatts) (!Ausschließlich die Seitenzahl) (!Eine beliebige ältere Ausgabe)
Welche Aussage zur Wärmebehandlung ist richtig? (Sie stellt Gefüge und mechanische Eigenschaften gezielt ein) (!Sie ersetzt jede Maßprüfung) (!Sie macht Werkstoffzeugnisse überflüssig) (!Sie verhindert unabhängig vom Prozess alle Risse)
Welche Maßnahme hat beim Arbeitsschutz Vorrang? (Eine wirksame technische Schutzmaßnahme) (!Das Ignorieren kleiner Störungen) (!Das Arbeiten ohne Unterweisung) (!Das Entfernen von Schutzgittern)
Memory
| Radsatzwelle | Verbindet die beiden Räder eines Radsatzes |
| Gesenkschmieden | Umformen in formgebenden Werkzeughälften |
| Freiformschmieden | Umformen zwischen einfachen Werkzeugflächen |
| Ultraschallprüfung | Suche nach inneren Fehlstellen |
| Magnetpulverprüfung | Nachweis oberflächennaher Fehler an ferromagnetischem Stahl |
| Zughaken | Leitet Zugkräfte in das Schienenfahrzeug ein |
| Entkohlung | Kohlenstoffverlust in einer oberflächennahen Zone |
| Rückverfolgbarkeit | Zuordnung von Bauteil, Charge und Prozessdaten |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Prozessphase |
|---|---|
| Materialzeugnis prüfen | Arbeitsvorbereitung |
| Vormaterial erwärmen | Temperaturführung |
| Werkstück vorformen | Schmiedeoperation |
| Grat entfernen | Nachbearbeitung |
| Gefüge einstellen | Wärmebehandlung |
| Funktionsflächen drehen | Zerspanung |
| Innere Fehlstellen suchen | Ultraschallprüfung |
Kreuzworträtsel
| Radsatzwelle | Welches Bauteil verbindet die beiden Eisenbahnräder? |
| Gesenk | Wie heißt das formgebende Werkzeug beim Gesenkschmieden? |
| Zunder | Wie heißt die Oxidschicht auf einem erhitzten Stahlwerkstück? |
| Ultraschall | Welches Prüfmittel dient der Suche nach inneren Fehlstellen? |
| Zughaken | Welches Bauteil leitet Kupplungszugkräfte in das Fahrzeug ein? |
| Dauerfestigkeit | Welche Eigenschaft ist bei sehr vielen Lastwechseln entscheidend? |
LearningApps
Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Bauteilsuche: Markiere auf einem Foto eines Drehgestells mindestens fünf Bauteile und kennzeichne, welche davon möglicherweise geschmiedet sind.
- Fachwortkarte: Gestalte eine Lernkarte mit den Begriffen Radsatz, Radsatzwelle, Vollrad, Zughaken und Puffer.
- Fehlerbild: Zeichne eine Schmiedefalte und eine Unterfüllung im Querschnitt und beschrifte mögliche Ursachen.
- Sicherheitsplakat: Entwirf ein Plakat mit fünf Regeln für den sicheren Aufenthalt in einer Schmiedehalle.
Standard
- Prozessplan: Erstelle für einen geschmiedeten Kupplungsbolzen einen Prozessplan vom Materialeingang bis zur Freigabe.
- Videoanalyse: Analysiere eines der eingebetteten Videos und ordne alle sichtbaren Arbeitsschritte den Bereichen Schmieden, Wärmebehandlung, Zerspanung und Prüfung zu.
- Prüfmittelauswahl: Wähle für einen Zughaken geeignete Prüfverfahren aus und begründe, welche Fehler jedes Verfahren finden kann.
- Werkstattinterview: Befrage eine Fachkraft zu Temperaturmessung, Werkzeugverschleiß und Dokumentation. Fasse die Antworten fachsprachlich zusammen.
Schwer
- Fehleranalyse: Entwickle für einen Oberflächenriss im Hakenübergang eine Ursachenanalyse mit den Bereichen Werkstoff, Mensch, Maschine, Methode und Umgebung.
- Faserverlauf: Vergleiche den angenommenen Faserverlauf eines geschmiedeten Zughakens mit einem vollständig aus einer Platte herausgefrästen Haken.
- Prüfplan: Erstelle einen Prüfplan für eine Radsatzwelle mit Prüfzeitpunkt, Prüfmerkmal, Verfahren, Dokument und Reaktion bei Abweichung.
- Betriebsprojekt: Untersuche in einem Ausbildungsbetrieb eine reale Prozesskette und entwickle eine begründete Maßnahme zur Verringerung von Energieverbrauch oder Ausschuss.
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Lernkontrolle
- Bauteilentscheidung: Für einen neuen Kupplungshebel stehen Gießen, Zerspanen aus Vollmaterial und Gesenkschmieden zur Wahl. Bewerte die Verfahren hinsichtlich Stückzahl, Faserverlauf, Nacharbeit, Werkzeugkosten und Prüfbarkeit.
- Schadensfall: An einer Radsatzwelle wird in einem Übergangsradius eine Ultraschallanzeige festgestellt. Beschreibe, welche Informationen vor einer Entscheidung benötigt werden und weshalb eine spontane Reparatur unzulässig ist.
- Prozessabweichung: Ein Schmiederohling wurde unterhalb des freigegebenen Temperaturfensters umgeformt. Leite mögliche Auswirkungen auf Umformkraft, Rissgefahr, Gefüge und Freigabe ab.
- Prüfstrategie: Begründe, weshalb Sichtprüfung, Maßprüfung und Ultraschallprüfung einander ergänzen, aber nicht gegenseitig ersetzen.
- Arbeitsschutzfall: Ein Werkstück hat sich im Gesenk verklemmt. Entwickle ein sicheres Vorgehen unter Berücksichtigung von Stillsetzen, Sichern, Kommunikation und Freigabe.
- Nachhaltigkeitsbewertung: Vergleiche eine Prozessverbesserung mit geringerer Bearbeitungszugabe und eine Maßnahme mit niedrigerer Ofentemperatur. Erkläre, warum Energieeinsparung niemals ohne Prüfung der Bauteilqualität umgesetzt werden darf.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen, dass Du:
- typische Schmiedeteile eines Schienenfahrzeugs fachgerecht benennen kannst.
- Radsatzwelle, Radsatz und allgemeine Achse begrifflich unterscheidest.
- Freiformschmieden, Gesenkschmieden und Ringwalzen erklärst.
- eine vollständige industrielle Prozesskette beschreibst.
- Belastung, Werkstoffwahl, Faserverlauf und Wärmebehandlung miteinander verknüpfst.
- Schmiedefehler anhand von Merkmalen und Ursachen beurteilst.
- geeignete Prüfverfahren begründet auswählst.
- Normen, Zeichnungen, Prüfpläne und Rückverfolgbarkeit einordnest.
- sichere Arbeitsweisen für heiße Werkstücke und Schmiedeanlagen ableitest.
- eine technische Abweichung strukturiert analysierst und dokumentierst.
Als Nachweis eignet sich eine Kombination aus Prozessplan, beschrifteter Bauteilskizze, Prüfplan, Fehleranalyse und kurzem Fachgespräch.
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