Harald Kruggel-Emden Recklinghausen, den 20. August 1998
 
Praktikumsbericht
 

für den Zeitraum vom 22.06.98 bis zum 28.08.98 für das Fachpraktikum des Studienganges Maschinenbau bei Krupp in Essen.

Bereiche:

 

Wärmebehandlung:

Bei der Wärmebehandlung werden durch Einwirken von Wärme innere Gefüge von Körpern und damit auch ihre Eigenschaften verändert. Bereiche der Wärmebehandlung sind Glühen, Härten, Vergüten, Einsatzhärten und Nitrierhärten.

 

Unter Glühen versteht man eine Wärmebehandlung, bei der ein Körper langsam aufgewärmt wird, die Glühtemperatur eine Weile gehalten wird und im Anschluß langsam abkühlt. Die unterschiedlichen Glühverfahren unterscheiden sich in Temperatur und Glühdauer.

Beim Spannungsarmglühen, das bei 550-650°C über 1-2 Stunden durchgeführt wird, werden innere Spannungen im Gefüge, die durch Umformende-Fertigungsverfahren entstanden sein können, durch plastisches Fließen des Werkstückmaterials verringert. Wenn die Glühzeit verlängert wird, können sich nicht nur innere Spannungen vermindern, sondern es kann sich ein ganz neues Gefüge ausbilden. Dieses Verfahren wird dann Rekristalisationsglühen genannt. Weichglühen wird in der Regel bei höheren Temperaturen, die in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt des Stahls zu wählen sind, durchgeführt. Auch hier wandelt sich das Gefüge in einer Form ab, die das Werkstück weicher und somit leichter umformbar und spanbar macht. Der Grund hierfür ist, daß vor dem Weichglühen das Gefüge in einer Form vorliegt, die Streifenzementit genannt wird und sich durch das Glühen in körnigen Zementit umwandelt. Normalglühen wird angewandt, wenn ein ungleichmäßiges oder grobes Gefüge beseitigt werden soll. Das grobe Gefüge wird dabei durch ein gleichmäßiges und feinkörniges ersetzt. Beim Diffusionsglühen können Unterschiede in der Zusammensetzung eines Werkstückes, die beim Gießen entstanden sein können, durch Ausgleichen von Konzentrationsunterschieden revidiert werden.

 

 Beim Härten wird das Werkstück erst erwärmt, eine Zeit lang auf Härtetemperatur gehalten und dann in einem geeigneten Medium abgeschreckt. Hierdurch wird das Werkstück hart, aber auch brüchig und spröde. Um diesen Effekt zumindest teilweise rückgängig zu machen, die gewünschte Härte zu behalten, aber die negativen Eigenschaften aufzuheben, wird das Werkstück angelassen und an der Luft abgekühlt. Der gesamt Vorgang wird Vergüten genannt, das sich aus dem Härten und dem Anlassen zusammensetzt. Härten basiert darauf, daß sich Eisenwerkstoffe beim Erwärmen bis zur Schmelze in ihrem Gefüge in mehreren Stufen ändern. Diese Stufen sind von der Temperatur und vom Kohlenstoffgehalt des Eisens abhängig. Beim langsamen Abkühlen bilden sich die Gefüge in gleicher Weise, wie sie sich bei der Erwärmung verändert haben, auch wieder zurück. Geschieht die Abkühlung allerdings schlagartig, wie durch das Abschrecken und ist der Kohlenstoffgehalt des Eisens mindestens 0,2%, so ändert sich das Gefüge so, daß sich eine Struktur bildet, die Martensit genannt wird und sehr feinnadelig ist und das Werkstück hart und spröde macht. Durch das Anlassen, bei dem der Stahl nach dem Abschrecken erneut erwärmt wird, erhält er ein gewisses Maß an Zähigkeit zurück. Als Abschreckmittel können verschiedene Medien verwandt werden, je nachdem, ob ein mildes oder rapides Abschrecken gewünscht ist. Möglich sind Medien wie Wasser, Öl, Warmabschreckbäder oder bewegte Luft. Durch ein milderes Abschreckmittel fällt die Härtung geringer aus, andererseits werden aber auch Schäden am Werkstück wie Härteverzug oder Härterisse verringert oder gar vermieden.

 

 Oftmals ist es wünschenswert, ein Werkstück zu erhalten, das im Inneren hochfest und zäh, im Randbereich aber gegen Verschleiß und Beanspruchung durch Härtung geschützt ist. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist das Einsatzhärten. Dieses Verfahren basiert darauf, daß zum Härten im Eisenwerkstoff eine gewisse Menge Kohlenstoff vorhanden sein muß. Bei einem Stahl mit 0,1 bis 0,2% Kohlenstoff wäre eine Härtung eigentlich nicht möglich. Wenn es gelänge, den Kohlenstoffgehalt in den Randbereichen des Werkstückes zu erhöhen, so würde das Werkstück, wenn es gehärtet würde, nur im Randbereich hart, im Inneren aber die gewünschten Eigenschaften behalten. Der Prozeß, durch den der Kohlenstoffgehalt im Randbereich des Werkstückes erhöht wird, heißt Aufkohlen. Dabei wird der Stahl in kohlenstoffhaltige Umgebung bei 880-980°C gebracht. Es bietet sich die Möglichkeit des Aufkohlens in festem Einsatzmittel wie Holzkohlengranulat, Aufkohlen in flüssigem Einsatzmittel wie einer Cyansalzschmelze oder das Gasaufkohlen. Nach dem Aufkohlen schließen sich Härten und Anlassen an.

 

 Beim Nitrierhärten wird eine dünne Randschicht des Werkstückes mit Stickstoff angereichert, wobei eine sehr harte und verschleißfeste Randzone entsteht. Der Werkstückkern bleibt unverändert. Die Härtebildung beruht nicht auf Martensitbildung, sondern auf Bildung äußerst harter Nitriede. Die Anreicherung der Oberfläche des Werkstückes geschieht durch Glühen in stickstoffabgebenden Salzbädern oder Ammoniak durchströmten Nitrieröfen. Der Vorteil dieses Verfahren gegenüber dem herkömmlichen Härten ist der, daß Abschrecken oder Anlassen überflüssig wird, da die Härte direkt beim Nitrieren entsteht.

 

 

 Werkzeugbau:


Die Firma Krupp Kunststofftechnik mit dem Subunternehmen Krupp Corpoplast beschäftigt sich seit mehr als zwei Jahrzehnten mit der Konstruktion, dem Bau, Vertrieb und Service von Maschinen zur Verarbeitung von PET (Polyethylenterephtalat) zur Produktion von Kunststoffflaschen, die hauptsächlich in der Lebensmittelbranche, speziell im Bereich der Getränkeindustrie, Verbreitung finden. Dabei erfolgt die Produktion in zwei Abschnitten; im ersten Produktionsgang wird durch ein Spritzgußverfahren ein sogenannter Preform geformt, der dann in einer Streckblasformmaschine erwärmt wird und durch Aufblasen die Flasche ergibt.

Krupp favorisiert dieses zweistufige Verfahren, da es dem Kunden eine größere Flexibilität ermöglicht und sich ein getrenntes System besser optimieren und anpassen läßt. Für die Getränkeindustrie, deren Bedarf an Flaschen saisonalen Schwankungen unterliegt, ist es durch eine getrennte Produktion möglich, Preforms in der Jahreszeit mit geringem Bedarf auf Vorrat zu produzieren, da diese sich aufgrund Ihrer Größe preisgünstig lagern lassen und beim Maschinenpark nur die Streckblasformmaschinen dem maximalen Bedarf anzupassen sind, während die nötigen Preforms dem Lager entnommen werden können. Das System zur Herstellung der Preforms nennt sich PREMAX und ermöglicht in seiner größten Ausführung eine Produktion von 20.400 Preforms pro Stunde, wobei pro Produktionsgang, der ca. 20 Sekunden dauert, bis zu 96 Preforms auf der größten lieferbaren Variante gleichzeitig geformt werden können.

Im Bereich Werkzeugbau der Krupp Kunststofftechnik in Essen werden die formgebenden Spritzguß-Werkzeuge des Premax Systems in ihren verschiedenen Ausführungen gebaut, und in einer anderen Abteilung in die nicht am Standort Essen gefertigten Premax Maschinen eingebaut.

Bei einem Preform handelt es sich bereits um eine Kunststoffflasche in Mini-Format, bei der das Gewinde und der Flaschenkopf schon der späteren Originalflasche entsprechen. Allein der Flaschenkörper ist viel dickwandiger, da dieser im zweiten Produktionsgang streckgeblasen wird und das nötige Kunststoffvolumen für die weitaus größere Flasche bereitstellen muß.

 

Der eigentliche Produktionsprozeß erfolgt bei einer Temperatur von 380° C, da erst hier PET die bestmögliche Verarbeitungstemperatur erreicht und in eine Form gespritzt werden kann. Ist der Preform geformt, muß das PET möglichst gleichmäßig aber auch zügig erkalten, um einerseits eine gute stoffliche Konsistenz für ein makelloses Aussehen der späteren Flasche zu ergeben und um andererseits eine hohe Produktionszahl zu garantieren. So ist zum einen eine gute Kühlung des formgebenden Parts der Maschine von Nöten. Zum anderen muß im Werkzeug der Weg des Kunststoffes bis zum formgebenden Teil steuerbar beheizt sein, um die nötige Verarbeitungstemperatur für PET zu garantieren, während der Rest des Werkzeuges aber durch eine Kühlung vor Überhitzung geschützt sein muß, da er teilweise aus beweglichen Teilen besteht, die sich nicht verziehen dürfen.

 

Die am formgebenden Prozeß beteiligten Teile sind Matrize, Kern, Schiebereinsatz und Bodenplatte. Der Kunststoff wird durch ein Loch in der Bodenplatte in den Hohlraum eingespritzt. Der Preformkörper bildet sich dabei zwischen Kern und Matrize an der Spitze des Preforms zwischen Kern und Bodenplatte aus. Das Gewinde entsteht durch den Hohlraum zwischen zwei Schiebereinsätzen und Kern. Die genannten Teile müssen an den Seiten, die mit dem Kunststoff in Berührung kommen, eine sehr feine Oberfläche aufweisen, um zu garantieren, daß sich der Kunststoff nach dem Erkalten gut ablöst und keine Abdrücke im Preform hinterläßt, die sich nach dem Aufblasen in ihrer optischen Bemerkbarkeit durch die Oberflächenvergrößerung vervielfachen würden. Die entscheidenden Teile sind auf dem folgenden Foto abgebildet, inklusive eines Schnittes durch den kompletten formgebenden Teil, wie er dann in der Maschine zum Einsatz kommt.

Wie bereits erwähnt, erfolgt das Einspritzen des flüssigen Kunststoffes durch eine kleine Öffnung in der Bodenplatte. Um den Prozeß des Einspritzens steuern zu können, werden pneumatisch geregelte Steuerstifte benutzt, die im Werkzeug mit ihren Spitzen bis in die Öffnungen in den Bodenplatten reichen und diese je nach Stellung öffnen oder verschließen können. Aufgrund der pneumatischen Steuerung ist der Steuerungsstift am einen Ende an einen Teller montiert, der die nötige Angriffsfläche liefert. Der Steuerstab ist auf dem Foto das Bauteil in der linken Mitte des Fotos. Der Steuerstift steckt auf diesem Bild, wie auch im Werkzeug, im Düsenhalter mit eingeschraubter Düse, die beide den Steuerstift führen.

Unten ist der formgebende Teil als Skizze abgebildet. Zusätzlich ersichtlich sind noch die Einspritzdüse (E) mit Halterung (F) und Steuerstab (G) in Sperrposition mit Bewegungsrichtung (blau), sowie der Weg des Kunststoffes (rot) .

 

(A - Kern, B – 2 Schiebereinsätze, C – Matrize, D – Bodenplatte, E – Einspritzdüse, F – Düsenhalterung, G - Steuerstab)

In einem Spritzgußwerkzeug befinden sich in der kleinsten Ausführung zehn der oben abgebildeten Formteile, so daß pro Produktionsgang zehn Preforms produziert werden.

Jede "Station", an der ein Preform entsteht, wird Nest genannt.


Das gesamte Spritzgußwerkzeug ist modular aufgebaut und unterteiltsich in fünf Platten, in die formgebenden und sonstigen Teile eingelassen sind. Zu nennen sind Kopfplatte(5), Hotrunnerplatte(4), Matrizenplatte(3), Abstreiferplatte(2) und Grundplatte(1). Von diesen fünf Platten bilden Kopfplatte, Hotrunnerplatte und Matrizenplatte eine starre, durch Schrauben hergestellte Einheit. Diese Einheit und die zwei Einzelteile sind aber gegeneinander beweglich, was für die Entnahme der fertigen Preforms aus den Formen entscheidend ist. Das Spritzgußwerkzeug hat eine Zuleitung, durch die der flüssige Kunststoff unter hohem Druck in das Werkzeug eingeleitet wird (C).

 

Kopfplatte:

Die Kopfplatte(5) beherbergt die pneumatische Steuerung und dient zusätzlich noch zur Abdeckung des Hotrunnerblocks zur rechten Seite. Alle Nester werden pneumatisch zentral über die gleichen Anschlüsse gesteuert, daß heißt, es existiert keine individuelle Steuerung für ein einzelnes Nest. Nach rechts ist der Druckraum(E) mit einem Deckel verschlossen, so daß sich der komplette Steuerstift mit Teller nach rechts auch entnehmen läßt. In der Zeichnung befindet sich der Steuerstab gerade in der Sperrstellung. Durch Ausüben eines Drucks durch die Leitung (B) würde die Düse geöffnet, durch Druck auf (A) geschlossen. Ein Spritzgußwerkzeug würde sich auch ohne den Steuerstab fahren lassen, indem sich der Abriß des Kunststoffadens zwischen Preform und dem Kunststoff in der Düse durch eine Druckänderung im Einspritzdruck realisieren ließe. Das Werkzeug könnte dadurch zwar vereinfacht werden, allerdings würde dies auch einen erheblichen Mehraufwand in der Regelungstechnik bedeuten.

 

Hotrunnerplatte:

In die Hotrunnerplatte(4) sind die Düsenhalter(F) mit Düsen(E) und der Hotrunnerblock(F) eingesetzt. Dieser hat die Aufgabe, den Kunststoff auf die einzelnen Nester zu verteilen. Dabei ist der Hotrunnerblock mit einem Kanalsystem durchzogen, das eine Baumstruktur aufweist, um so zu garantieren, daß an jedem Nest der Austrittsdruck gleich hoch ist. Der Hotrunnerblock wird im Betriebszustand durch eine Heizung auf 380° C erhitzt. Es soll jedoch vermieden werden, daß sich die Hotrunnerplatte oder andere Teile, die nicht unmittelbar mit dem Kunststoff in Berührung kommen, aufheizen. Deshalb ist zwischen Hotrunnerplatte und Block ein Luftspalt zur Isolation. Der Hotrunnerblock weist auch nur wenige Auflagepunkte auf. Um für eine kontinuierliche Liquidität des Kunststoffes zu sorgen, besitzen sowohl die Zuleitung als auch der Düsenhalter eine Heizung (schraffiert gezeichnet). Die Heizung an der Düsenhalterung kann dazu benutzt werden, bestimmte Nester stillzulegen, da bei ausgeschalteter Heizung der Kunststoff in der Düse erhärtet und so die Möglichkeit besteht, ein Spritzgußwerkzeug weiter zu fahren, auch wenn einzelne Nester Defekte aufweisen, ohne daß Ausschuß entstünde oder die Maschine komplett abgeschaltet werden müßte. Die Hotrunnerplatte ist wie jede Platte mit einer Wasserkühlung versehen.

 

Matrizenplatte:

Die Matrizenplatte(3) beherbergt die Matrizen(C) und die Bodenplatte. In der Zeichnung ist ersichtlich, wie die Matrize durch Kühlrippen umgeben ist, die dazu dienen, ein schnelles Erkalten des Preforms zu garantieren. Der dichte Kontakt zwischen Düse und Bodenplatte wird erst bei Betriebstemperatur erreicht. In den Bemessungen der einzelnen Teile sind diese Ausdehnungen genau eingerechnet.

 

Abstreiferplatte:

Die Abstreiferplatte(2) ist mit der Grundplatte(1) beweglich verbunden, so daß sich beide Platten ca. 5 cm voneinander entfernen lassen. Diese flexible Einheit läßt sich von der Matrizenplatte(3) wiederum wegbewegen. Zur Führung dienen Stäbe, die aber nicht eingezeichnet sind. Bei der Entnahme der Preforms wird die Abstreiferplatte nach links wegbewegt, wobei die Preforms sich aus der Matrize und der Bodenplatte lösen und noch mit ihrem Gewinde in den Schiebeeinsätzen festsitzen. Damit die Preforms aber durch einen Roboter aus dem Sprizgußwerkzeug entnommen werden können, sind die Schiebereinsätze an eine Leiste(D) angebracht, die vertikal beweglich ist. Die beiden Leisten sind mit einer Platte(Kurvenplatte) mit der Abstreiferplatte verbunden und bewegen sich in dieser in einer Nute. Durch die Form der Führungsrinne werden beim Zurückfahren der Abstreiferplatte erst die Preforms durch die Schiebeeinsätze gehalten, und erst wenn die Grundplatte die erwähnten 5 cm von der Abstreiferplatte entfernt wird, fahren diese durch die Leiste, an der sie befestigt sind, auseinander, und die Preforms hängen nur noch lose auf den Kernen. Die Leiste besteht aus einem speziellen Werkstoff, in den Graphitzylinder eingelassen sind, die zur Schmierung dienen und eine Reibungsminimierung bewirken.

 

Grundplatte:

Auf die Grundplatte(1) sind die Kerne(A) aufmontiert. Die Kerne sind innen hohl und werden durch die Wasserkühlung der Grundplatte mitgekühlt.

 

Das hier abgebildete Spritzgußwerkzeug ist mit 72 Nestern das zweit größte der Produktfamilie Premax. Auf der linken Seite zu sehen, Kopf-, Hotrunner- und Matrizenplatte mit den herausstehenden Matrizen und auf der rechten Seite Abstreifer und Grundplatte mit den vier Führungsstäben und den herausragenden Kernen sowie den an den Leisten montierten Schiebereinsätzen.


Zur Herstellung der Einzelteile eines solchen Werkzeuges dienen zum größten Teil spanende Fertigungsverfahren, die bereits im Praktikumsbericht des Grundpraktikums Erwähnung fanden. Ein neues Verfahren zum Abtragen von Werkstoff, das Funkenerodieren genannt wird, sei im folgenden kurz angeschnitten. Es findet dann Anwendung, wenn Werkstücke zum größten Teil bearbeitet, also auch gehärtet sind und sich nicht mehr spanend bearbeiten lassen oder die abzutragenden Strukturen hierfür zu zeitaufwendig wären.

 

Erodieren:

Voraussetzung für eine funkenerosive Bearbeitung ist das Vorhandensein einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes. Der physikalische Abtrageprozeß ist die Folge elektrischer Entladungen zwischen zwei Polen. Diese Pole bilden die Elektrode und das Werkstück. Der Erosionsprozeß verläuft in der Regel in einer elektrischen, nicht leitenden Flüssigkeit , dem Dielektrikum. Die Entladung führen zu einer elektrothermischen Erosion auf der Werkstückoberfläche, indem die erzeugte Wärme die Poloberflächen im Bereich des Funkenüberschlages aufschmilzt. Der eigentliche Werkstoffabtrag wird nach Beendigung der Energiezufuhr durch Ausschleudern des schmelzflüssigen Metalls erreicht. Als Folge bildet sich ein kleiner Krater, dessen Durchmesser und Tiefe abhängig von der eingebrachten Energie ist. Folgt nun Entladung auf Entladung, so entsteht Krater neben Krater und somit, zeitlich summiert, ein flächiger Abtrag an Werkstück und Elektrode. Die dabei erzeugte Geometrie im Werkstück entspricht nach Berücksichtigung des Funkenspaltes der Negativform der Formzeugelektrode.

 

Messen, Prüfen, Qualitätskontrolle:

Der komplette Produktionsprozeß in einem Betrieb wird durch Prüf- und Meßverfahren begleitet. Dies beginnt bereits mit Prüfungen von Waren, Werkstücken und Rohstoffen im Wareneingang eines Betriebes, da nach Möglichkeit gewährleistet sein soll, daß fehlerhafte Rohteile erst gar nicht in den Produktionsprozeß gelangen und Zulieferer in Regreß genommen werden können. Jeder formgebende Produktionsschritt sollte durch den jeweiligen Arbeiter geprüft werden. Zur Kontrolle und als unabhängiger Kontrollmechanismus erfolgt abschließend noch eine Kontrolle durch die Fertigungsprüfungsabteilung . Die Prüfungen bestehen aus Kontrollen der durch Zeichnungen vorgebenen Geometrien, Oberflächenbeschaffenheiten und der Härte. Die gesamte Qualitätskontrolle erfolgt bei Krupp nach der EN ISO 9001 Norm, die das gesamte Meßwesen normiert. Die ISO 9001 Norm fand als erstes in der Automobilbranche Einzug, wurde dann aber nach Erfolg auch von anderen Branchen übernommen, um sowohl für den Betrieb als auch für den Kunden bessere Qualitätsstandards zu liefern und somit Kosten durch Ausschuß, Nachbearbeitung und Reklamation zu verringern.

Neben dem Einsatz von klassichen mechanischen Meßverfahren wie Schieblehren, Grenzlehrdornen, Meßuhren oder Meßbügel, finden in der Fertigungsprüfung auch moderne optische und mechanisch-elektrische Meßverfahren Einsatz.

 

Aufbau des Universal Meß Mikroskops der Firma Zeiss

Das Meßgerät steht mit drei in Höhe verstellbaren Füßen, mit denen es in Waage gebracht werden kann, auf einem stabilen Untergestell. Auf der linken Seite des Untergestells sind die Schalttafel und elektrischen Aggregate in einer Tür untergebracht. Die gesamte Meßeinrichtung trägt ein schwerer, gußeiserne Grundkörper. Darin laufen auf Kugellagern der Längs- und Querschlitten, in die Glasmaßstäbe für Koordinatenmessungen eingebaut sind. Auf dem Querschlitten ist der für Gewindemessungen um 15° kippbare Schwenkkörper mit der Mikroskopeinrichtung montiert. Als Bedienungshebel für die Meßschlitten dienen je ein Hebel zur Aretierung der Schnellverstellung und je ein Handrad für die Feinbewegung. Der Längsschlitten nimmt in seinen Schwalbenschwanzführungen und auf seinen Auflageflächen die zur Ausführung der verschiedenen Meßarbeiten erforderlichen Einspann- und Meßeinrichtungen für die Prüflinge auf. Im Schwenkkörper der Mikroskopeinrichtung ist die Hauptbeleuchtung mit Glühlampe untergebracht. Ferner sind darin die Optikteile für Doppelbildmessungen, Projektion, Photographie, Zeichnungsvergleich sowie Ablesung der Meßwerte und Betrachtung der Prüfobjekte eingebaut. Der Höhentrieb zum Scharfstellen des Prüflingsbildes ist gleichzeitig für Arbeiten mit einer besonderen Höheneinstellvorrichtung mit Endmaßen und Meßuhr vorgesehen. Das Doppelokular dient sowohl zur Betrachtung des Prüflings bei der Messung als auch zur Ablesung der Glasmaßstäbe und -teilkreise. Die verschiedenen Meß- und Ablesestellen können durch Betätigen von Tasten einer in den Gerätetisch eingelassenen Druckknopfleiste im binokularen Einblick zur Abbildung gebracht werden. Die auswechselbaren Einsätze für Winkelmessungen und Profilprüfungen mittels Strichplatten werden in einer Ausbuchtung hinter dem binokularen Einblick eingesetzt. Das Mikroskop bietet einen großen Vergrößerungsspielraum durch Objektive für Gesamtvergrößerung von 10 X, 20 X, 40 X und 80 X. Unterhalb des Objektivs läßt sich eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung anbringen. Nachgerüstet wurde das UMM mit einem elektronischem Positionssystem, das es ermöglicht, die Position des Schlittens einfacher zu bestimmen und die unten im klassischen Modus noch nötige Differenzbildung bei der Ablesung der Glasmaßstäben überflüssig macht.

 

Beschreibung der möglichen Meßverfahren:

Bei diesem Verfahren wird der Prüfling mit Hilfe des Kreuzschlittens meßbar gegenüber der Visierlinie des als "optischen Taster" dienenden Mikroskops verschoben. Eine Längen-, Abstands- oder Durchmessermessung wird dann in der Weise vorgenommen, daß man die Meßpunkte des im Mikroskop als schwarzes Schattenbild im grünen Umfeld erscheinenden Prüflings auf die Visiermarke (Strichkreuz, Profilbild oder ähnliches) des Mikroskops einstellt und jeweils die Stellung des Schlittens abliest. Die Differenz der Ablesungen liefert das Meßergebnis. So können zum Beispiel Gewinde hinsichtlich Flanken-, Kern- oder Außendurchmessern gemessen werden.

 

 Zum Vermessen sehr genauer Prüfobjekte, insbesondere solcher Teile, die infolge ihrer geometrischen Form keine scharfen Schattenkanten entwerfen, findet das Achsenschnittverfahren Anwendung, das eine außerordentlich hohe Meßgenauigkeit gewährleistet. Hierbei wird mit Hilfe von Meßschneiden gemessen, die im Achsenschnitt an die Meßflächen angeschoben werden. Die Meßschneiden haben parallel zu ihrer Schneidenkante in einem Abstand von 0,3 oder 0,6 mm Präzisionsstriche, über die, in Verbindung mit dem Winkelmeßeinsatz, zu dessen Strichkreuz ebenfalls Parallel-Linien in entsprechendem Abstand angeordnet sind, gemessen wird. Dieses Verfahren wird in erster Linie bei genauen Messungen an Gewinden, Zylindern und Kegeln eingesetzt.

 

 Mit der Doppelbildeinrichtung lassen sich Symmetrieprüfungen, Messungen von Lochmittenabständen usw. sehr genau und schnell auf elegante Weise durchführen. Diese Einrichtung entwirft durch zwei getrennt anschaltbare, besondere Prismensysteme vom Prüfling zwei achsen- oder zentralsymmetrische gegenläufige Bilder. Die Bilder des Prüflings, die in Komplementärfarben entstehen, erscheinen bei ihrer Überlagerung schwarz.

 

 Diese Einstellmöglichkeit ist für Symmetrieprüfungen vorgesehen. Durch Verschieben des Längs- und Querschlittens werden die achsen-symmetrischen Doppelbilder des Prüflings zur Deckung gebracht. Details, die nicht zur Deckung gebracht werden können, erscheinen farbig und zeigen die Unsymmetrie an.

 

 

 Mit diesem Verfahren können schnell und genau Abstandsmessungen an Lochmitten, Maßstabsstrichen, Strichmarken, Durchbrüchen (auch an nichtkreisförmigen) durchgeführt werden. Mit Hilfe des einschaltbaren, zweiten Prismensystems werden vom Prüfling zwei zentral-symmetrische, gleichgrobe Bilder erzeugt, die sich dann genau überlagern, wenn sich die optische Achse (das ist also der optische Taster) genau im Symmetriepunkt der betreffenden Meßstelle befindet. In dieser Stellung erfolgt die Ablesung. Ist zum Beispiel der Abstand zweier Bohrungen zu vermessen, so wird das Prüfobjekt zunächst so ausgerichtet, daß der zu bestimmende Abstand, also die beiden Löcher, genau parallel zu einer der beiden Meßachsen (von Längs- oder Querschlitten) liegt. Danach brauchen der Reihe nach nur noch die zugehörigen Doppelbilder zur Deckung gebracht und die beiden Stellungen von Längs- bzw. Querschlitten abgelesen zu werden. Die Differenz beider Ablesungen ergibt den Abstand des Lochmittenabstands der zwei Löcher.

 

Hierbei finden Normalprofilstrichplatten und der Winkelmeßeinsatz Anwendung. Im Mikroskop erscheinen das Schattenbild des Prüflings und das betreffende Profilbild des Strichplatteneinsatzes in genau gleicher Größe. Durch Vergleich des Schattenbildes mit dem Normalprofil des Strichplatteneinsatzes läßt sich die Formgenauigkeit des Prüflings feststellen. Hauptsächlich wird dieses Verfahren für Gewinde- und Radienprüfungen benutzt. Gewinde können hinsichtlich ihrer Form und deren winkelmäßiger Lage zur Längsachse gemessen werden. Mit Hilfe des Winkelmeßeinsatzes lassen sich Winkel an beliebigen Werkstücken mit erhöhter Genauigkeit bestimmen.

 

 Konturmeßgerät(Conturoscop) der Firma Mahr

Die Qualität technischer Erzeugnisse wird in besonderem Maße durch die Einhaltung der sie bestimmenden Geometrien gesichert. Die Messung unterschiedlichster Konturen ist daher im Bereich Qualitätssicherung von großer Bedeutung.

Die Konturen vieler Werkzeuge, Werkstücke, Halbzeuge usw. können mit herkömmlichen Meßmitteln jedoch nur bedingt oder nur mit hohem Aufwand geprüft werden. Dies sind besonders Werkstücke mit komplizierten Formen oder einer Vielzahl unterschiedlichster Formelemente, die nach Zeichnungsvorgabe beurteilt werden müssen.

Das System Conturoscop ermöglicht die Beurteilung und Messung von Werkstückkonturen. Ein Meßplatz besteht aus dem Vorschubgerät mit auswechselbaren Tastarmen und Tastspitzen, dem Registriergerät oder einem Auswertrechner und einem Meßständer mit der Aufnahme und Winkelverstellung für das Vorschubgerät.

 

 

                                 
links: Conturoscop mit Auswertrechner
rechts: Conturoscop beim Vermessen einer Innenkontur

 

 

 

 Vorschubgeräte dienen zum Abtasten der Werkstückkonturen. Sie werden in einer 3-Punkt-Aufhängung am Vertikalschlitten des Meßständers aufgenommen und lassen sich zur Höhe und zum Winkel des Werkstückprofils ausrichten. Wesentlicher Bestandteil des Vorschubgerätes ist der Meßschlitten mit Tastarm und elektromechanischem Wandler, der an zwei Rundstäben geradlinig geführt wird. Der Vorschub des Tastarmes erfolgt mit einer genau definierten Geschwindigkeit. Die Rückstellung des Tastarmes geschieht von Hand.

Die während des Tastvorganges sich ergebende Vertikalbewegung der Tastspitze wird über den Tastarm auf den winkelbeweglichen, nach dem Trägerfrequenzsystem arbeitenden, elektromechanischen Wandler übertragen. Dieser wandelt die vom Tastarm übertragene Höhenbewegung in definierte elektrische Wechselspannungswerte um.

 

 Das Meß- und Registriersystem ermöglicht, Messungen an den unterschiedlichsten Werkstückkonturen auszuführen.Mit Hilfe von Schablonen oder Folien, die auf das vergrößert aufgezeichnete Profil gelegt werden, lassen sich sehr schnell Abweichungen von der Sollform analysieren. Das Registriergerät zeichnet das abgetastete Werkstückprofil in exaktem Maßstab auf. Es wandelt die vom Meßsystem des Vorschubgerätes abgegebene elektrische Meßwertspannung in eine Schreibbewegung um. Die Aufzeichnung erfolgt mit einer Filzschreibfeder in rechtwinkligen Koordinaten. Die Schreibfeder ist stets vom Registrierpapier, das mit einem Hilfsmaßstabsraster bedruckt ist, abgehoben und wird nur während des Registriervorganges automatisch abgesenkt.

 

 Ein Auswertrechner ist dann sinnvoll, wenn eine komfortable und umfangreiche Profilauswertung gewünscht wird. Große Vorteile zeigt er da, wo zahlenmäßige Meßergebnisse von Winkeln, Radien und Abständen nach Zeichnungsvorgabe geprüft und dokumentiert werden müssen. Der Rechner wird von dem Anwender über einen Joystick oder per Maus bedient. Der angeschlossene Farbmonitor zeigt das Profil und führt den Bediener über Menüs. Durch eine "Best-fit"-Funktion – Winkel, Geraden, Radien etc. werden mit bestpassenden Ausgleichsgeraden bzw. Radien bedienergesteuert belegt – wird die genaue Profilgeometrie berechnet und bemaßt.

Der Rechner steuert den Ablauf der Messung nach voreingestellten Meßbedingungen. Meßfehler, die sich durch unterschiedliche Tastspitzenradien ergeben, werden von dem Rechner automatisch kompensiert. Eine einfache Kalibriermethode erhöht die Meßgenauigkeit über den gesamten Tastarmhub.

Das gemessene Profil wird vergrößert auf dem Bildschirm abgebildet. Der Bediener legt den auszuwertenden Profilabschnitt fest. Der Auswertrechner stellt den ausgewählten Abschnitt über die Bildschirmbreite formatfüllend dar. Der Vergrößerungsmaßstab ist in beiden Koordinaten unabhängig voneinander frei wählbar.

Als Bezugslinien für die nachfolgende Maßbestimmung berechnet der Rechner zunächst die bestpassenden Ausgleichsgeraden und Ausgleichskreise für die tolerierten Profilmerkmale. Die Ausgleichslinien können statisch zwischen zwei zuvor festgelegten Punkten festgelegt oder in das Profil eingepaßt werden.

Ausgehend von diesen Bezugslinien werden bei Bedarf weitere Hilfsbezüge für die Profilauswertung berechnet: Verbindungsgeraden, Mittelpunkte, Schnittpunkte zwischen Geraden, zwischen Kreisen und zwischen Geraden und Kreisen usw. Zur Bestimmung von Absolutpositionen kann ein Bezugs-Koordinatensystem festgelegt werden. Anschließend erfolgt die Maßauswertung des Profilverlaufs: Bedienergeführt werden Winkel, Radien, Abstände und Absolutpositionen berechnet und die Rechenergebnisse in das Profiodiagramm eingetragen. Nach Abschluß der Profilauswertung wird das vollständige Meßprotokoll auf dem Bildschirm angezeigt. Das Meßprotokoll kann über einen angeschlossenen Mehrfarbplotter auf Papier ausgegeben werden. Der auf dem Protokoll angegebene Vergrößerungsmaßstab wird exakt eingehalten.

 

 Rautiefenmeßgerät S8P der Firma Perthen

Das genannte Rauhtiefenmeßgerät arbeitet nach dem Tastschnittverfahren. Bei dem mechanischen Tastschnittverfahren wird eine Diamantspitze über die zu prüfende Oberfläche geführt. Die Auf- und Abbewegungen der Diamantspitze, die sich entlang der Taststrecke durch die Oberflächengestalt ergeben, werden im mechanischen elektrischen Wandler in ein kontinuierlich sich veränderndes elektrisches Signal umgewandelt und im Meßverstärker verstärkt. Dieses der Oberflächengestalt entsprechende Signal wird im Profilspeicher gespeichert und anschließend dem Rechner zur Ermittlung der Rauheitskenngrößen bzw. zur Profilaufzeichnung zugeführt. Dabei kann das Signal in beiden Fällen elektrische Wellenfilter zur Trennung von Rauheit und Welligkeit durchlaufen. Der entscheidende Unterschied dieses Meßgerätes zum Konturmeßgerät ist die wesentlich höhere Auflösung und das Erfordernis des elektronischen Filterns des gemessenen Profils, um Aussagen über die spezifischen Rauhigkeitswerte zu geben.

Übersicht über die in einem Meßprotokoll (s.o.) vorkommenden Meßgrößen:

Montage (Bautechnik):

Das Teilunternehmen Krupp Bautechnik ist auf die Produktion von Hydraulikhämmer, Hydraulik-Abbruchzangen, Hydraulik-Bohrhämmer sowie Hydraulik-Handhämmer und Druckluft-Bauwerkzeuge spezialisiert. Die Hydraulikhämmer werden in einer sehr weit gefächerten Produktpalette angeboten. Das kleinste Exemplar der HM 60 ist mit einem Dienstgewicht von 75 kg fast ein "Winzling" und eignet sich hauptsächlich für kleinere Straßenbauarbeiten, wobei das Trägergerät auch nur ein Gewicht von 1-3 Tonnen aufweisen muß. Der größte Hydraulikhammer besitzt dagegen ein Dienstgewicht von 6900 kg und findet in der Gesteinsgewinnung in Steinbrüchen an Trägergeräten von 65-120 Tonnen seinen Einsatz.

                             

                Links: HM 4000 bei der Direkt- gesteinsgewinnung
                Rechts: HM 780 bei Abrißarbeiten
 

Die Montage einer Maschine kann zum einen an einem Art Fließband erfolgen, so daß an einer Montagestation jeweils nur bestimmte Teilschritte der gesamten Montage durchgeführt werden. Zum anderen bietet sich auch die stationäre Montage an, wobei hier sämliche Schritte der Montage an einem Ort, meist sogar von denselben Arbeitern, durchgeführt werden. Abhängig ist die Wahl der Art der Montage von den Gegebenheiten des Betriebes und des Produktes. Eine fließende Produktion lohnt sich meist nur bei sehr komplexen Maschinen, die möglichst leicht beweglich und in genügend hoher Stückzahl produziert werden müssen. Ein Beispiel ist hierfür die Automobilindustrie, bei der die genannten Voraussetzungen erfüllt sind.

In der Bautechnik bei Krupp findet dagegen die stationäre Montage Anwendung, da die Produktion entweder in einzelnen Exemplaren oder in kleinen Serien erfolgt, die Stückzahl für eine Fließbandmontage somit nicht ausreichend ist und die Komplexität der zu montierenden Maschine sich in einem Bereich bewegt, der von einem Arbeiter allein überschaut werden kann. Die Montage der Hydraulikhammer gliedert sich dabei in zwei Schritte. Zunächst erfolgt die Montage des eigentlichen Hammers, die im Anschluß exemplarisch für das kleinste Exemplar, den HM 60, aufgeführt ist. In einem zweiten Schritt wird dieser dann in einen Kasten montiert, der erst den Anbau an das Trägergerät ermöglicht.

 

Montage des Hydraulikhammers HM 60:

Der komplette Hydraulikhammer gliedert sich in vier einzelne größere Komponenten: Zylinderdeckel (100), Zylinder (300), Unterteil (400) und Schlagkolben(4). Der hydraulische Teil beschränkt sich bei dem HM 60 allein auf den Zylinder, in dem der Schlagkolben hydraulisch bewegt wird und seine Kraft auf das Einsteckwerkzeug überträgt, während das Unterteil dazu dient, das Einsteckwerkzeug aufzunehmen; der Zylinderdeckel schließt den Hydraulikhammer nach oben hin ab. In das Unterteil wird die Verschleißbuchse eingesetzt. Diese dient dem Einsteckwerkzeug als Führung; trotz Schmierung kommt es zwischen beiden Teilen zu starkem Verschleiß. Aus diesem Grund erfolgt die Führung des Einsteckwerkzeuges auch nicht direkt im Unterteil, sondern in der auswechselbaren Verschleißbuchse. In das Unterteil wird ein Kegelschmiernippel(403) eingeschraubt, der zur Schmierung des Einsteckwerkzeuges dient. Das Einsteckwerkzeug wird durch den Haltebolzen (401) gehalten und dieser durch einen Spannstift (402) wiederum arritiert. In das Unterteil, in das nach oben vier Gewinde eingelassen sind, werden vier Spannschrauben eingeschraubt, die durch ihre Länge von 300 mm durch den gesamten Hydraulikhammer reichen und diesen zusammenhalten.

In den Zylinder werden zwei Verschraubungen (304) eingeschraubt, an die die Hydraulikanschlüsse Zufluß(P) und Abfluß(T) angeschraubt werden können. Um das Auslaufen von Öl zu verhindern, sind diese durch Plastikschraubkappen (305) verschlossen.

Der Steuerschieber(303), der wohl das wichtigste Teil des gesamten Hammers darstellt, da er den Ölfluß so steuert, daß der Schlagkolben die Auf- und Abbewegung vollführt, wird in den Zylinder gesteckt und der Hohlraum durch eine Kappe (301) verschlossen, die ihrerseits mit einem Dichtring (302) versehen ist. In weiteren Schritten wird das Dichtungsystem, das den Kolben nach unten hin abdichtet, eingesetzt (bestehend aus dem GSM – Nutring (306) und dem Abstreifer (307), der das Eindringen von Schmutz in den Zylinder verhindert). Auf die Dichtungsbuchse, die auch aus einem Dichtsystem besteht und zum einen den im Zylinderdeckel befindlichen Gasraum, der mit Stickstoff gefüllt ist nach unten abdichtet, gleichzeitig aber auch den Zylinder und das in ihm befindliche Öl dicht einschließen muß, werden außen zwei O-Ringe (201) aufgezogen. Im Inneren befindet sich ein Quadring, sowie eine zweifache Doppeldichtung aus jeweils einem O-Ring und einer G-Dichtung. Der soweit fertige Zylinder wird auf die Spannschrauben aufgesetzt und liegt damit auf dem Unterteil auf. Der Schlagkolben kann dann von oben in den Zylinder eingesetzt und anschließend die Dichtungsbuchse aufgesetzt werden.

In den Zylinderdeckel wird ein Füllventil(101), welches mit einem Dichtring (102) versehen ist, eingeschraubt, das das Befüllen des Gasraumes mit Stickstoff ermöglicht. Auf den Zylinderdeckel wird ein spezieller Dichtring(108) aufgezogen, der die Dichtheit zwischen Deckel und Zylinder garantiert. Nun kann auch der Deckel auf die Spannschrauben aufgesetzt werden. Unterteil, Zylinder und Deckel bilden eine Einheit. Das ganze wird dann mit Sechskantmuttern(3) und Unterlegscheiben (2) verschraubt. Das Festziehen der Muttern erfolgt dabei nicht alleine auf der Basis eines Drehmoments, da dieses abhängig vom Material der Mutter und eventuell verwendetem Schmiermittel ist. Bei den genannten Muttern erfolgt eine Schmierung zu Demontagezwecken und somit ist der Einfluß des Schmiermittel auf jede einzelne Mutter nicht genau verifizierbar. Umgangen oder zumindest vermindert wird diese Problematik durch Anwendung einer Kombination aus Festziehen mit einem kleinen Drehmoment und anschließendem Drehen der Mutter um einen bestimmten Winkel. Der Hydraulikhammer kommt damit auf eine Länge von 579mm und weist komplett montiert eine Breite von 154 mm auf.

 

Montageteilliste:
 
Nummer  Name  Anzahl Nummer  Name Anzahl
1 Spannschraube 4 204 O-Ring 2
2 U-Scheibe 4 300 Zylinder 1
3 Sechskantmutter 4 301 Kappe 1
4 Schlagkolben 1 302 O-Ring 1
5 Kegelstopfen 1 303 Steuerschieber 1
100 Zylinderdeckel 1 304 Verschraubung 2
101 Füllventil 1 305 Schraubkappe 2
102 O-Ring Simrit 1 306 Gsm – Nutring 1
103 O-Ring NbrParker 1 307 Abstreifer 1
104 Aufkleber Gasdruck 1 400 HM-Unterteil 1
200 Dichtungsbuchse 1 401 Haltebolzen 1
201 O-Ring 2 402 Spannstift 1
202 Quadring 1 403 Kegelschmiernippel 1
203 G-Dichtung 2 404 Verschleißbuchse 1