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

Winkel, Ebenheit und Rechtwinkligkeit prüfen - Schmied

Einleitung

Beim Schmieden entsteht die Werkstückform durch plastisches Umformen. Damit ein geschmiedetes Bauteil anschließend montiert werden kann, sicher funktioniert und der technischen Zeichnung entspricht, müssen wichtige geometrische Merkmale geprüft werden. Dazu gehören besonders Winkel, Ebenheit und Rechtwinkligkeit. In der Ausbildung zum Metallbauer beziehungsweise zur Metallbauerin sind Prüfen und Messen, Qualitätsmanagement sowie das Kontrollieren und Dokumentieren von Arbeitsergebnissen grundlegende Bestandteile. In der Fachrichtung Metallgestaltung kommen das manuelle und maschinelle Herstellen von Schmiedeteilen hinzu.^[1]

Nach diesem Lernkurs kannst Du geeignete Prüfmittel auswählen, ein Werkstück fachgerecht vorbereiten, Prüfungen durchführen und die Ergebnisse nachvollziehbar dokumentieren. Du lernst außerdem, warum die drei Merkmale nicht verwechselt werden dürfen: Ebenheit ist eine Formeigenschaft einer einzelnen Fläche, während Rechtwinkligkeit immer eine Richtung zu einem festgelegten Bezug beschreibt.

Lernziele

Nach der Bearbeitung des aiMOOCs kannst Du:

Prüfen und Messen: zwischen Messen, Lehren und vergleichendem Prüfen unterscheiden.
Prüfmittel: Haarlineal, Haarwinkel, Anschlagwinkel, Universalwinkelmesser, Fühlerlehre, Messplatte und Messuhr passend auswählen.
Ebenheit: eine Fläche mit Lichtspaltverfahren, Fühlerlehre oder Messuhr beurteilen.
Rechtwinkligkeit: eine Werkstückfläche zu einer Bezugsfläche prüfen.
Winkelmessung: feste und beliebige Winkel fachgerecht kontrollieren.
Prüfprotokoll: Sollwert, Prüfmittel, Messstellen, Ergebnis und Bewertung dokumentieren.

Fachliche Grundlagen

Prüfen, Messen und Lehren

Prüfen bedeutet, festzustellen, ob ein Werkstück eine festgelegte Forderung erfüllt. Beim Messen erhältst Du einen Zahlenwert, beispielsweise 89,8°. Beim Lehren vergleichst Du das Werkstück mit einer festgelegten Form oder einem Grenzmaß. Ein Haarwinkel verkörpert beispielsweise einen rechten Winkel. Das Ergebnis kann zunächst lauten: Lichtspalt vorhanden oder kein Lichtspalt erkennbar.

In der Praxis werden die Verfahren kombiniert. Ein Haarlineal zeigt eine Abweichung durch einen Lichtspalt. Eine Fühlerlehre kann anschließend helfen, die örtliche Spaltbreite abzuschätzen. Für eine zahlenmäßige und besser reproduzierbare Prüfung kann eine Messuhr auf einer geeigneten Messeinrichtung verwendet werden.

Winkel, Ebenheit und Rechtwinkligkeit unterscheiden

Merkmal	Fachliche Bedeutung	Typische Prüfmittel
Winkel	Größe zwischen zwei Linien, Kanten oder Flächen; Angabe meist in Grad	Universalwinkelmesser, digitaler Winkelmesser, Winkelschmiege mit zusätzlicher Ableseeinrichtung
Ebenheit	Formtoleranz einer einzelnen Fläche; die gesamte Fläche muss innerhalb zweier paralleler Ebenen mit dem Abstand der Toleranz liegen	Haarlineal, Messplatte, Fühlerlehre, Messuhr
Rechtwinkligkeit	Richtungstoleranz eines Elements zu einem festgelegten Bezug; die Sollrichtung beträgt 90°	Haarwinkel, Präzisionswinkel, Messplatte, Referenzwinkel, Messuhr

Die geometrische Tolerierung ist Bestandteil der Geometrischen Produktspezifikation. Die Regeln für Form-, Richtungs-, Orts- und Lauftoleranzen werden in DIN EN ISO 1101 beschrieben.^[2]

Prüfmittel

Winkel und Winkelmesser

Ein Anschlagwinkel besitzt einen Anschlag, der sicher an einer geraden Bezugskante anliegen soll. Ein Haarwinkel besitzt fein bearbeitete Messkanten und eignet sich für das Lichtspaltverfahren. Ein Werkstattwinkel ist robust, erreicht aber nicht automatisch die Genauigkeit eines gekennzeichneten Präzisionswinkels.

Mit einem Universalwinkelmesser lassen sich auch Winkel prüfen, die von 90° abweichen. Die Messflächen müssen vollständig anliegen. Schon Zunder, ein Grat oder eine verkantete Anlage kann den angezeigten Wert verfälschen.

Eine Winkelschmiege überträgt einen Winkel. Ohne Skala liefert sie allein noch keinen Zahlenwert. Der übertragene Winkel muss deshalb an einer Zeichnung, Schablone oder einem Winkelmesser verglichen werden.

Haarlineal und Lichtspalt

Das Haarlineal ist eine Lehre mit einer sehr schmalen, genau bearbeiteten Messkante. Im Gegenlicht werden kleine Spalte zwischen Messkante und Werkstückoberfläche sichtbar. Das Verfahren ist empfindlich, aber zunächst vergleichend. Es ersetzt nicht in jedem Fall eine vollständige messtechnische Verifikation der Ebenheit.

Fühlerlehre, Messplatte und Messuhr

Eine Fühlerlehre besteht aus dünnen Blättern mit festgelegter Dicke. Das stärkste Blatt, das sich ohne Gewalt in einen Spalt einschieben lässt, beschreibt näherungsweise dessen Breite. Die Blätter dürfen nicht geknickt, verschmutzt oder mit Kraft unter die Messkante geschoben werden.

Eine Messplatte stellt eine kontrollierte ebene Bezugsfläche bereit. Auf ihr können Werkstücke, Winkel, Messständer und Höhenmessgeräte aufgebaut werden. Die Platte muss sauber sein und darf nicht als Ablage für raue, heiße oder scharfkantige Werkstücke missbraucht werden.

Mit einer Messuhr auf einem stabilen Messständer lassen sich Höhenänderungen beim Abfahren einer Fläche anzeigen. Die Differenz zwischen größtem und kleinstem Anzeigewert beschreibt die festgestellte Änderung innerhalb des gewählten Prüfaufbaus. Wie daraus ein normgerechtes Ergebnis entsteht, hängt von Zeichnung, Messstrategie, Aufspannung und betrieblicher Prüfanweisung ab.

Werkstück vorbereiten

Ein geschmiedetes Werkstück darf nicht unmittelbar aus der Schmiedehitze auf Präzisionsprüfmittel gelegt werden. Wärme verändert die Abmessungen, kann Prüfmittel schädigen und verursacht Verbrennungsgefahr. Lass das Werkstück entsprechend der Arbeitsanweisung abkühlen.

Entferne losen Zunder, Schmutz, Öl und störende Grate von den vorgesehenen Anlage- und Messstellen. Dabei darfst Du die zu prüfende Fläche nicht unkontrolliert nacharbeiten. Prüfe anschließend:

Zeichnung: Welches Merkmal ist gefordert und welche Toleranz gilt?
Bezug: Welche Fläche oder Kante dient als Ausgang für die Prüfung?
Messstellen: Wo und in welchen Richtungen muss geprüft werden?
Prüfmittelstatus: Ist das Prüfmittel sauber, unbeschädigt und für die geforderte Genauigkeit geeignet?
Sicherheit: Ist das Werkstück standsicher und können Hände und Füße nicht eingeklemmt werden?

Bei rohen Schmiedeoberflächen können Zunder, Formschrägen, Vertiefungen und Hammerschläge vorhanden sein. Deshalb darfst Du nicht irgendeine sichtbare Fläche als Funktions- oder Bezugsfläche annehmen. Maßgebend sind Zeichnung, Arbeitsplan und betriebliche Prüfanweisung.

Winkel prüfen

Einen rechten Winkel prüfen

Lege den kurzen Schenkel des Haar- oder Anschlagwinkels vollständig an die festgelegte Bezugskante beziehungsweise Bezugsfläche. Führe den langen Schenkel vorsichtig an die zweite Fläche. Halte das Werkstück gegen eine geeignete Lichtquelle und beobachte den Spalt.

Drücke den Winkel nicht gegen das Werkstück. Durch Kraft kann ein dünnes Bauteil elastisch verformt oder ein vorhandener Fehler verdeckt werden. Prüfe bei längeren Kanten an mehreren Stellen. Bei Innen- und Außenwinkeln muss die jeweils geeignete Messfläche des Prüfmittels verwendet werden.

Zur Eigenkontrolle eines Werkstattwinkels kann die Umschlagmethode dienen: Zeichne an einer geraden Bezugskante eine Linie, schlage den Winkel um und zeichne vom gleichen Ausgangspunkt erneut. Weichen die Linien voneinander ab, ist der Winkel oder die Anlage ungeeignet. Diese Kontrolle ersetzt keine vorgeschriebene Kalibrierung.

Einen beliebigen Winkel messen

Setze den Universalwinkelmesser so an, dass beide Messflächen sauber und ohne Verkanten anliegen. Arretiere die bewegliche Schiene, ohne die Lage zu verändern, und lies den Wert senkrecht zur Skala ab. Bei digitalen Geräten sind Nullstellung, Batteriezustand und Bezugsrichtung zu beachten.

Wird am Ende einer Prüflänge eine lineare Abweichung ermittelt, kann daraus ein kleiner Winkelfehler abgeschätzt werden:

$Δ α = \arctan (\frac{s}{L})$

Dabei ist s die Abweichung am Ende der Prüflänge und L die wirksame Prüflänge. Beispiel: 0,5 mm Abweichung auf 200 mm entsprechen etwa 0,143°. Verwende diese Umrechnung nur, wenn Prüfaufbau und Zeichnung diese Auswertung zulassen.

Ebenheit prüfen

Lege das Haarlineal mit seiner Messkante auf die gereinigte Fläche. Prüfe nicht nur in einer Richtung, sondern längs, quer und diagonal. Bei großen Flächen sind zusätzliche parallele Prüfwege erforderlich. Kippe oder schiebe das Haarlineal nicht über raue Stellen, weil die Messkante beschädigt werden kann.

Ein sichtbarer Lichtspalt zeigt eine örtliche Abweichung. Mit einer Fühlerlehre kannst Du vorsichtig feststellen, welches Blatt in den Spalt passt. Dokumentiere Messrichtung und Messstelle. Der größte gefundene Spalt ist nur dann direkt mit einer Ebenheitstoleranz vergleichbar, wenn das festgelegte Prüfverfahren dies erlaubt.

Für eine zahlenmäßige Prüfung wird das Werkstück geeignet auf einer Messplatte gelagert. Eine Messuhr fährt die festgelegten Messpunkte oder Messbahnen ab. Die Auflage darf das Werkstück nicht verspannen. Bei dünnen oder langen Schmiedeteilen ist besonders auf Durchbiegung und kippelige Auflage zu achten.

Rechtwinkligkeit prüfen

Für die Rechtwinkligkeit brauchst Du eine Bezugsfläche. Lege diese Fläche sauber und stabil auf die Messplatte oder gegen eine festgelegte Referenz. Prüfe die zweite Fläche mit einem Präzisionswinkel. Ein Lichtspalt zeigt, an welcher Seite die Abweichung liegt.

Für eine quantitative Prüfung kann ein Referenzwinkel auf der Messplatte verwendet werden. Eine Messuhr wird an der zu prüfenden Fläche entlanggeführt. Ändert sich die Anzeige über die Prüfhöhe, liegt eine Richtungsabweichung vor. Vergleiche die ermittelte lineare Abweichung mit der in der Zeichnung oder Prüfanweisung festgelegten Toleranz.

Ebenheit und Rechtwinkligkeit können gleichzeitig auffällig sein. Eine buckelige Fläche kann am Haarwinkel wechselnde Lichtspalte erzeugen, obwohl ihre mittlere Richtung annähernd 90° beträgt. Deshalb müssen Formabweichung und Richtungsabweichung getrennt beurteilt werden.

Typische Prüf- und Messfehler

Fehlerquelle	Auswirkung	Gegenmaßnahme
Zunder, Grat oder Schmutz	Prüfmittel liegt nicht korrekt an	Messstellen reinigen und sichtprüfen
Warmes Werkstück	Maßänderung und Gefahr für Prüfmittel	Werkstück nach Vorgabe abkühlen lassen
Falsche Bezugsfläche	Ergebnis beschreibt nicht die Zeichnungsforderung	Bezug in Zeichnung und Prüfplan eindeutig bestimmen
Zu hoher Anpressdruck	Werkstück oder Prüfmittel wird elastisch verformt	Mit geringer, gleichmäßiger Prüfkraft arbeiten
Zu wenige Messrichtungen	Örtliche Abweichungen bleiben unentdeckt	Fläche längs, quer, diagonal und an mehreren Stellen prüfen
Beschädigtes Prüfmittel	Systematisch falsche Ergebnisse	Sicht- und Funktionskontrolle sowie Prüfmittelüberwachung beachten
Fehlende Dokumentation	Ergebnis ist nicht nachvollziehbar	Prüfmittel, Messstellen, Werte und Bewertung protokollieren

Prüfergebnis dokumentieren

Ein Prüfprotokoll sollte mindestens Werkstückbezeichnung, Zeichnungsstand, geprüftes Merkmal, Sollwert oder Toleranz, Bezugsfläche, Prüfmittelbezeichnung, Prüfmittelnummer, Messstellen, Einzelwerte, größtes Ergebnis, Bewertung, Datum und Namen der prüfenden Person enthalten.

Das Ergebnis lautet nicht automatisch gut, nur weil kein deutlicher Lichtspalt sichtbar ist. Entscheidend ist der Vergleich mit der geforderten Toleranz. Bei einem Grenzfall wiederholst Du die Prüfung, kontrollierst den Aufbau und informierst die zuständige Fachkraft. Nacharbeit darf erst erfolgen, wenn Fehlerart, zulässiges Verfahren und verbleibendes Aufmaß geklärt sind.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Aussage beschreibt Ebenheit fachlich richtig? (Ebenheit ist eine Formtoleranz einer einzelnen Fläche) (!Ebenheit ist immer ein Winkel von 90 Grad) (!Ebenheit beschreibt nur den Abstand zweier Bohrungen) (!Ebenheit benötigt grundsätzlich drei Bezugsflächen)

Was ist für die Prüfung der Rechtwinkligkeit unverzichtbar? (Ein festgelegter Bezug) (!Eine Schmiedetemperatur) (!Eine Werkstoffhärte) (!Eine Oberflächenbeschichtung)

Welches Prüfmittel eignet sich besonders für das Lichtspaltverfahren an einer Fläche? (Ein Haarlineal) (!Ein Körner) (!Eine Schmiedezange) (!Ein Gewindebohrer)

Wozu dient eine Fühlerlehre bei der Ebenheitsprüfung? (Zum Abschätzen einer vorhandenen Spaltbreite) (!Zum Härten der Werkstückoberfläche) (!Zum Messen der Werkstücktemperatur) (!Zum Anreißen eines Kreises)

Warum darf ein heißes Schmiedeteil nicht auf eine Präzisionsmessplatte gelegt werden? (Es gefährdet die Sicherheit und kann das Prüfergebnis sowie das Prüfmittel beeinträchtigen) (!Es wird dadurch automatisch magnetisch) (!Es verliert sofort seine gesamte Festigkeit) (!Es kann dann nicht mehr geschmiedet werden)

Welche Prüfung liefert direkt einen Winkelwert in Grad? (Die Prüfung mit einem Universalwinkelmesser) (!Die Sichtprüfung mit einem Haarlineal) (!Die Klangprobe mit einem Hammer) (!Die Prüfung mit einer Fühlerlehre)

Wie wird eine Fläche mit dem Haarlineal sinnvoll geprüft? (In mehreren Richtungen und an mehreren Stellen) (!Nur an einer beliebigen Ecke) (!Nur auf der Zunderschicht) (!Mit möglichst großem Anpressdruck)

Welche Folge kann ein Grat an der Bezugsfläche haben? (Das Prüfmittel liegt falsch an und das Ergebnis wird verfälscht) (!Die Messplatte wird automatisch kalibriert) (!Der Winkel wird immer exakt 90 Grad) (!Die Ebenheit verbessert sich)

Was zeigt die Differenz aus größtem und kleinstem Messuhrwert beim Abfahren zunächst an? (Die im gewählten Aufbau festgestellte Höhenänderung) (!Die chemische Zusammensetzung des Stahls) (!Die Schmiedetemperatur) (!Die Oberflächenfarbe)

Welche Angabe gehört in ein fachgerechtes Prüfprotokoll? (Das verwendete Prüfmittel und die festgelegten Messstellen) (!Die private Telefonnummer des Prüfers) (!Die Farbe der Werkstattwand) (!Die Anzahl aller Hämmer im Betrieb)

Memory

Ebenheit	Formtoleranz ohne Bezug
Rechtwinkligkeit	Richtungstoleranz mit Bezug
Haarlineal	Lichtspaltprüfung an Flächen
Haarwinkel	Prüfung eines rechten Winkels
Fühlerlehre	Abschätzung einer Spaltbreite
Messplatte	Ebene Referenz für Prüfaufbauten
Universalwinkelmesser	Zahlenwert eines Winkels
Messuhr	Anzeige von Höhenänderungen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Prüfaufgabe
Haarwinkel	Rechten Winkel vergleichend prüfen
Universalwinkelmesser	Beliebigen Winkel zahlenmäßig bestimmen
Haarlineal	Ebenheit mit Lichtspalt beurteilen
Fühlerlehre	Spaltbreite näherungsweise feststellen
Messuhr	Höhenänderung beim Abfahren anzeigen
Messplatte	Ebene Grundlage für den Prüfaufbau bereitstellen

Kreuzworträtsel

Haarlineal	Welche Lehre besitzt eine schmale Messkante zur Ebenheitsprüfung?
Messplatte	Welche ebene Grundlage wird für genaue Prüfaufbauten verwendet?
Fühlerlehre	Welches Prüfmittel besteht aus Blättern unterschiedlicher Dicke?
Lichtspalt	Was wird zwischen Prüfmittel und fehlerhafter Fläche im Gegenlicht sichtbar?
Bezugsfläche	Welche Fläche bestimmt die Ausgangslage einer Rechtwinkligkeitsprüfung?
Messuhr	Welches Anzeigegerät erfasst kleine Änderungen beim Abfahren?

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Lückentext

Beim Prüfen wird festgestellt, ob ein Werkstück eine festgelegte

erfüllt.

Die Ebenheit gehört zu den geometrischen

.

Für die Rechtwinkligkeitsprüfung wird eine eindeutig festgelegte

benötigt.

Ein Haarlineal macht kleine Abweichungen durch einen sichtbaren

erkennbar.

Die Dicke eines örtlichen Spaltes kann mit einer

abgeschätzt werden.

Ein beliebiger Winkel kann mit einem

zahlenmäßig bestimmt werden.

Eine Messplatte stellt für den Prüfaufbau eine ebene

bereit.

Vor der Prüfung müssen störender Zunder und Grate an den

entfernt werden.

Ein warmes Schmiedeteil muss vor einer Präzisionsprüfung ausreichend

.

Messwerte und Bewertung werden in einem

dokumentiert.

Offene Aufgaben

Leicht

Prüfmittel-Steckbrief: Erstelle einen Steckbrief zu Haarlineal, Haarwinkel, Fühlerlehre und Universalwinkelmesser mit Einsatzgebiet und einer typischen Fehlerquelle.
Werkstückanalyse: Fotografiere oder skizziere ein ungefährliches Übungswerkstück und markiere mögliche Bezugs-, Anlage- und Messflächen.
Lichtspaltversuch: Prüfe unter Aufsicht drei unterschiedliche Metallflächen mit einem Haarlineal und beschreibe die beobachteten Lichtspalte.
Prüfprotokoll-Vorlage: Entwirf eine übersichtliche Vorlage für eine einfache Winkel- oder Ebenheitsprüfung.

Standard

Prüfplan: Erstelle für einen geschmiedeten Winkelhaken einen Prüfplan mit Merkmalen, Bezügen, Prüfmitteln, Messstellen und Reihenfolge.
Messvergleich: Vergleiche die Ebenheitsprüfung mit Haarlineal und Messuhr und erkläre Unterschiede bei Aussagekraft, Aufwand und Fehlerquellen.
Winkelabweichung: Miss unter Anleitung eine lineare Abweichung über eine bekannte Prüflänge und berechne den zugehörigen Winkelfehler.
Fehlerbild-Dokumentation: Stelle in Bildern oder Skizzen dar, wie Zunder, Grat, Kippeln und zu hoher Anpressdruck ein Ergebnis verfälschen.

Schwer

Messunsicherheit: Untersuche, welche Einflüsse die Wiederholbarkeit einer Messuhrprüfung an einem langen Schmiedeteil verändern.
Prüfvorrichtung: Entwickle eine sichere Vorrichtung, mit der ein wiederkehrendes Schmiedeteil stets gleich auf einer Messplatte positioniert werden kann.
Qualitätsanalyse: Werte eine Serie von mindestens fünf Übungswerkstücken aus und leite aus den Prüfergebnissen mögliche Ursachen im Schmiedeprozess ab.
Fachgespräch: Produziere ein kurzes Lehrvideo, in dem Du die getrennte Prüfung von Ebenheit und Rechtwinkligkeit fachlich begründest und demonstrierst.

Lernkontrolle

Prüfstrategie entwickeln: Ein geschmiedeter Wandhaken besitzt eine Anlagefläche und einen senkrechten Schenkel. Entwickle eine vollständige Prüfstrategie und begründe die Reihenfolge.
Prüfmittel auswählen: Für eine grobe Schmiedefläche, eine geschliffene Anlagefläche und einen Winkel von 72° stehen verschiedene Prüfmittel bereit. Ordne geeignete Prüfmittel zu und begründe Grenzen der Verfahren.
Fehlerursache beurteilen: Bei wiederholten Rechtwinkligkeitsprüfungen entstehen unterschiedliche Ergebnisse. Analysiere mögliche Ursachen im Werkstück, Prüfmittel, Aufbau und Verhalten der prüfenden Person.
Ebenheit und Rechtwinkligkeit trennen: Ein Bauteil zeigt am Haarwinkel oben und unten unterschiedliche Lichtspalte. Entwickle Prüfungen, mit denen Du Form- und Richtungsabweichung getrennt untersuchst.
Nacharbeit entscheiden: Ein Werkstück liegt knapp außerhalb der Toleranz. Erläutere, welche Informationen vor einer Nacharbeit geprüft werden müssen und welche Risiken eine unkontrollierte Korrektur hat.
Prüfprotokoll bewerten: Beurteile ein unvollständiges Prüfprotokoll und ergänze alle Angaben, die für Rückverfolgbarkeit und eine fachliche Entscheidung fehlen.

Lernnachweis

Für einen überzeugenden Lernnachweis sind folgende Leistungen wichtig:

Fachbegriffe: Winkel, Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Formtoleranz, Richtungstoleranz, Bezug und Toleranzzone richtig verwenden.
Prüfmittelauswahl: das Prüfmittel passend zu Merkmal, Oberfläche und geforderter Genauigkeit auswählen.
Praktische Durchführung: Werkstück und Prüfmittel vorbereiten, sicher aufbauen und ohne unzulässige Kraft prüfen.
Auswertung: Beobachtungen und Messwerte mit Zeichnung oder Prüfanweisung vergleichen.
Dokumentation: Bezugsfläche, Messstellen, Prüfmittel, Ergebnisse und Bewertung nachvollziehbar festhalten.
Reflexion: mögliche Messfehler erkennen und geeignete Wiederholungs- oder Korrekturmaßnahmen begründen.
Fachgespräch: Vorgehen, Grenzen des Prüfverfahrens und Entscheidung fachsprachlich erläutern.