Werkstatt/Werkzeugkunde
Auf dieser Seite finden sich die Fertigungverfahren, welche im Metalab angewendet werden können. Natürlich gibt es noch viel viel mehr Verfahren, jedoch gibt es für die meisten sowieso kein Werkzeug im Lab. Weitere Fertigungstechniken finden sich hier: Wikipedia Fertigungsverfahren.
Weiters sollen Werkzeuge, deren Funktion und die Handhabung erläutert werden.
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Bohren
Bohren, Senken und Reiben sind Verfahren zur Herstellung von innenrunder Flächen, also "Löchern". Dabei können unterschiedliche Werkzeuge verwendet werden. Der Vorschub ist in der Regel konstant, das Werkstück verändert nicht die Position.
Die zwei wichtigsten Kenngrößen beim Bohren sind die Schnittgeschwindigkeit in m/min (und die sich daraus ergebende Umdrehungszahl) und der Vorschub in mm/min. Jede Werkstoff und Bohrerwerkstoffkombination hat eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit. Zusätzlich können sich diese Werte durch die Zugabe von Kühlmittel verändern.
Die wichtigsten Bohrer-, Senker und Reibentypen sollen hier kurz erklärt werden.
HSS und TiN (Goldfarben) beschichtete Universalbohrer
Holzbohrer mit Zentrierspitze
Steinbohrer mit Hartmetallmeißelspitze
Ein sehr einfacher Senker (für Holz)
Ein Forstnerbohrer ...
... und ähnlich, ein Hohlkernbohrer
Universalbohrer
Werden hauptsächlich verwendet um Metalle, Holz und Kunststoff zu bearbeiten. Typischerweise besteht der Bohrer aus HSS (High Speed Steel), bessere Modelle verwenden Kobalt als Legierungselement oder Titannitrid als Beschichtung. Es gibt auch Bohrer, welche zusätzlich Hartmetallschneiden haben.
Die Spiralnut ist rechtsläufig, da so die Späne nach oben (aus dem Loch heraus) gefördert werden.
Üblicherweise werden Wendelbohrer verwendet, deren Spitzenwinkel 118° beträgt. Es gibt auch andere Bohrertypen, welche andere Winkel aufweisen um gewisse Materialien besser zu bearbeiten.
Holzbohrer
Holzbohrer schauen ähnlich aus wie Universalbohrer, haben aber eine Zentrierspitze. Damit kann ohne Körnung in ein Werkstück gebohrt werden. Mit diesen Borhern kann man jedoch weder Metalle noch Stein bearbeiten!
Steinbohrer
Ein Steinbohrer hat eine eingelötete Meißelspitze aus Hartmetall (HM). Solche Bohrer können ausschließlich in Stein verwendet werden.
Zentrierbohrer
Insbesondere in der automatisierten Fertigung werden diese Bohrer verwendet um ein Zentrierloch für den eigentlichen Bohrer zu erstellen. Diese Bohrer können, im Gegensatz zu normalen Bohrern, auf einer glatten Fläche eintauchen. Ein normaler Bohrer fängt ohne Pilotbohrung an auf der Fläche zu wandern. Somit ist keine genaue Positionierung der Bohrung möglich.
Senker
Senker existieren in unterschiedlichen Formen. Es gibt zum Beispiel Kegelsenker, welche zum Anfasen oder Entgratem von Bohrungen verwendet werden oder Flachsenker, etwa um Zylinderkopfschrauben zu versenken.
Forstnerbohrer
Sind spezielle Holzbohrer, welche meist nur für größere Durchmesser verwendet werden. Diese Bohrer können durch ihre Geometrie sogar Sacklöcher erstellen.
Stufenbohrer
Ein Stufenbohrer verwendet man um in Bleche große Löcher zu bohren. Auf einem Stufenbohrer sind quasi mehrere Bohrer vereint, die Durchmesser sind meist mit 1mm Anstieg hintereinander, dazwischen ist eine Kegelige Stufe. Ähnlich dem Stufenbohrer ist der Schälbohrer, welcher ebenfalls geeignet ist in Bleche große Durchmesser zu bohren. Jedoch gibt es keine Stufen - man kann also jeden beliebigen Durchmesser erstellen. Das Loch hat dann aber keine Zylinderform, sondern ist Kegelig.
Reibahle
Reibahlen werden zur Herstellugen von genauen Bohrungen verwendet. Denn ein normaler Spiralbohrer erzeugt durch die Späne in der Bohrung meist eine sehr unebene Oberfläche. Zudem werden Bohrungen meist etwas größer als der Bohrerdurchmesser. Bohren mit Spiralbohrern kann man daher zum Teil als Schruppverfahren betrachten. Abhilfe schafft das Vorbohren mit kleinerem Durchmesser und anschließendes Aufbohren mit dem richtigen Durchmesser. Wird eine noch genauere Passform gefordert, so kann die Bohrung mit einer Reibahle auf die richtige größe aufgerieben werden. Dabei wird meist mit 0.1 - 0.2 mm kleinerem Bohrer vorgebort und dann die Reibahle verwendet. Reibahlen haben meist eine Spiralnut nach links, damit die Späne nach unten fallen. Daher sollte man diese Reibahlen nur in Durchgangslöchern verwenden.
Sägen
Ein Sägewerkzeug hat eine vielzahl von geometrisch bestimmten Schneiden welche meist kurz und schmal sind. Das Sägen eignet sich zur Herstellung von meist ebenen und einachsig gekrümmten Schnittkanälen / Flächen.
Eine Lochsäge aus HSS
Allround Lochsäge für Gipskarton und Holz
Eine Lochsäge mit VHM (Wolframcarbid) Schneiden besetzt
Metallsäge
Die typische Bauform ist hier die Bügelsäge. Dabei wird das Sägeblatt in einen Bügel eingespannt, welcher auch gleichzeitig die maximale Schnitttiefe begrenzt. Handbügelsägen arbeiten auf Stoß, daher ist beim einspannen des Sägeblattes auf jeden fall darauf zu achten, dass es richtig herum eingelegt wird!
Viele Tipps und Hinweise finden sich in diesem PDF: http://www.info-uhren.de/pdf/Fertigungstechnik/Saegen.pdf
Fuchsschwanz, Feinsäge, Japansäge, ...
Es gibt sehr viele verschiedene Sägenarten. wobei diese drei wohl die wichtigsten bei der Holzbearbeitung sind. Der Fuchsschwanz sägt entweder auf Stoß oder auf Stoß und Zug wobei eine Japansäge immer nur auf Zug sägt. Japansägen werden für sehr feine Schnitt verwendet, etwa um Schwalbenschwänze zuzuschneiden. Die Feinsäge ist mehr oder weniger das europäische Pendant der Japansäge, sie ist sehr steif und eignet sich daher etwa zum Ablängen von Holzdübeln.
Lochsäge
Lochsägen eignen sich, ähnlich dem Bohren, zur Herstellung von Durchgangslöchern - meist mit großem Durchmesser. Dabei sind die Sägezähne im Kreis angeordnet. Je nach Werkstoff der Schneiden können unterschiedliche Werkstoffe verarbeitet werden. Dies geht von einfachen Installationslochsägen, etwa für Holz und Gipskarton, hin zu mit Vollhartmetal besetzten Lochsägen für hochlegierte Stähle.
Bei allen Lochsägen, jedoch insbesondere bei den VHM, gilt, dass radiale Schwankungen vermieden werden sollten. Diese können im schlimmsten Fall zum Bruch der Sägezähne führen. Auf dem Bild der VHM Lochsäge kann man die Schäden an einem Zahn sehen, dort ist an einem Zahn die Außenkante abgebrochen. Ist der Vorschub nicht ganz konstant bzw eine Axiale Schwankung zu beobachten, äußert sich das in einem zyklischem Geräusch, da die Zähne nicht alle im Eingriff sind. Das bedeutet, dass man idealerweise auf einer Standbohrmaschine arbeitet und das Werkstück fest eingespannt ist.
Die Umdrehungszahl sollte je nach Werkstoff gewählt werden. Die Spanabfuhr kann ein Problem werden, daher kann es hilfreich sein den Schnittkanal öfters von Spänen zu befreien. Befinden sich zu viele Späne im Schnittkanal, erhöht dies die Reibung und das Sägeblatt wird warm bzw der Werkstoff ebenso. Holz kann dabei sogar verkohlen.
Bandsäge
Der große Nachteil bei den meißten Sägen ist, dass das Sägeblatt nur endlich lang ist und man daher die Hälfte der Zeit das Sägeblatt wieder zurückfahren muss. Man lößt dieses Problem einfach, indem ein endloses Sägeband verwendet wird. Bei der Bandsäge läuft ein zusammengeschweißtes Band auf Laufrollen. ein kleiner Teil vom Sägeband ist exponiert und wird verwendet um die tatsächliche Sägearbeit durchzuführen. Achtung: Eine Bandsäge ist typischerweise für Freihandarbeiten ausgelegt! Gerade Schnitte werden besser auf einer Plattensäge (Kreissäge) gemacht. Es gibt auch Bandsägen, welche für gerade Schnitte geeignet sind, da hier das Band stabiler ist, jedoch nicht die Maschinen welche im Metalab vorhanden sind. Siehe auch Bandsaw.
Schleifen
Schleifen ist das Bearbeiten eines Werkstücks mit geometrisch unbestimmter Schneide.
Kenngrößen sind etwa die Körnung (entspricht den Löchern in einem Sieb mit 1 Quadratinch Größe - also umso höher, umso feiner ist die Körnung) des Schleifmittels. Auch muss beim Schleifen auf die korrekte Zustellung und Vorschub geachtet werden.
Beim Schleifen existieren verschiedene Werkzeuge, von einfachem Schleifpapier, bis hin zu hochpräzisen Werkzeugmaschinen.
Das Schleifen eignet sich auch die Oberflächenqualität, maßgeblich die Oberflächenrauigkeit, zu verändern. Jedoch können auch mit Schruppschleifscheiben große Mengen an Material abgetragen werden.
Fräsen
Drehen
Nach DIN 8589: "Das Drehen ist Spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, quer zur Schnittrichtung liegender Vorschubbewegung. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück unabhängig von der Vorschubrichtung bei."
Zerteilen
Bleche und dünne Stangen, können mit einer Schlagschere zerteilt werden.
Für dünne Bleche kann man auch eine Blechschere verwenden. Mit etwas Übung lassen sich hiermit auch Kreisrunde Ausschnitte anfertigen.
Hobeln
Fügen
Fügen ist quasi das Gegenteil vom Trennen - es sollen Werkstücke (unlösbar) verbunden werden. Schraubverbindungen werden nicht zum Fügen gezählt, da sie per Definition lösbar sind.
Nieten
Beim Nieten gibt es sehr viele verschiedene Nietverbindungen. Vom Kalt- über das Heißnieten, bis hin zu Blindnieten. Die wohl einfachste Variante des Nietens sind die Blindnieten. Bei diese müssen nicht einmal beide Seiten der zu verbindenden Bleche exponiert sein. Es reicht aus, die Niete durch das Loch zu stecken und mit der Nietenzange festzuklemmen.
Kleben
Kleben ist eine sehr einfache und in vielen Fällen sogar im Hobbykeller durchführbare Fügetechnik.
Zu den wohl am meisten verwendeten Klebern gehören Cyanacrylate, Methylmethacrylate, Epoxidharze und Silikone. Mit dem richtigen Klebstoff und vor allem der richtigen Verarbeitung (immer das Datenblatt des Herstellers beachten!), lassen sich sogar sehr feste Verbindungen von Metallen erreichen. Fest eingeklebte Schrauben, sind zum Teil nicht mehr lösbar!
Löten
Als Löten bezeichnet man die Verbindung von zwei Werkstoffen durch ein Lot, wobei dieses nur auf der Oberfläche der Werkstoffe hält. Der Grundwerkstoff wird hierbei nicht aufgeschmolzen, da die notwendigen Temperaturen nicht erreicht werden. Per Definition spricht man bei Temperaturen von unter 450°C von Weichlöten, darüber bis zur Grenze von 900°C von Hartlöten. Das Löten kennt man wohl klassisch von der Elektronik, wobei hier Zinn-Legierungen verwendet werden. Im Installationsbereich werden zum Beispiel Kupferrohre verlötet.
Schweißen
Wenn man so will ist das Schweißen wie Löten nur heißer. Es wird im Gegensatz zum Löten jedoch der Grundwerkstoff aufgeschmolzen und es entsteht mit dem Schweißzusatz im Schweißgut eine neue Stofflegierung. Die Wahl des Schweißzusatzes, in Form von Elektroden oder Schweißdraht, wird in die Schmelze eingebracht und muss so gewählt werden, dass er zum Werkstoff passt.
Siehe auch Schweißen.
Messen und Prüfen
Bei der Konstruktion von Bauteilen ist richtiges und genaues Messen genau so unabdingbar wie funktionierendes Werkzeug. Prüfen ist ebenfalls wichtig, etwa zur Feststellung von Rechtwinkligkeiten oder ob eine Bohrung groß genug ist. Der Unterschied ist, dass beim Messen die Quantifizierung der Messgröße im Vordergrund steht, es wird ein Ist-Wert ermittelt, beim Prüfen lediglich mit einer Lehre verglichen wird, es wird also entschieden ob das Teil Ausschuss ist oder nicht.
Ob ein Messwerkzeug digital oder analog anzeigt, ist prinzipiell egal. Digitale Werkzeuge haben einen höheren Ablesekomfort - auch können ungeschulte Arbeitskräfte oft sehr einfach mit diesen umgehen - jedoch spielen sie oft eine Genauigkeit vor, welche real nicht existiert. Man sollte sich immer bewusst sein, was man messen möchte! Zeigt der Messschieber 12,345mm an, hat aber eine Ungenauigkeit von 0.01mm, so kann das Ergebnis genau so gut 12,335 oder 12,355 sein!
Die wichtigsten Messwerkzeuge sollen hier beschrieben werden.
Ein Analoger Messschieber. Gut zu sehen der Nonius
Ein digitaler Messschieber
Eine digitale Messuhr
Eine Lehre für Innen und Außenradien
Eine Lehre für die gängisten metrischen und WW Gewinde
Winkel, Lineale, Maßbänder
Sind die einfachsten Messwerkzeuge. Mit Winkeln lassen sich zudem die Rechtwinkligkeit von Teilen prüfen. Lineale und Maßbänder lassen nur ungenaue aussagen (oft nur auf 1mm genau) zu, sind aber unabdingbar um etwa Rohlinge abzumessen.
Messschieber
Der Messschieber ist das Allround-Werkzeug wenn es um's Messen geht. Mit einem Messschieber lassen sich Innen- und Außenmaße bestimmen, oftmals ist auch ein Tiefenmaß am Messschieber angebracht. Durch den Nonius lässt sich die Ablesegenauigkeit auf ca 0.02mm Steigern, digitale Messschieber schaffen sogar noch höhere Genauigkeiten.
Durch eine Feststellschraube kann der Messschieber in seiner Position gesperrt werden. Dies ermöglicht auch den Einsatz als Prüfwerkzeug. Soll etwa ein Außendurchmesser gemessen werden, so wird das höchstzulässige Prüfmaß eingestellt und mit der Feststellschraube fixiert.
Messschraube
Messschrauben oder auch Mikrometerschrauben genannt, sind Werkzeuge zum Messen von Außendurchmessern. Es existieren auch spezielle Messschrauben zur Messung von Innendurchmessern. Messschrauben sind meist genauer als Messschieber, oft können 0.001mm abgelesen werden.
Die Messschraube hat eine Rutschkupplung, welche verhindern soll, dass das Ergebnis durch unterschiedlichen Druck verändert wird. Es empfiehlt sich beim Messen nur diese Rutschkupplung zu verwenden, da sonst durch übermäßiges Drehmoment das Feingewinde zerstört werden kann.
Messuhr
Eine Messuhr kann Längenänderungen in einem Freiheitsgrad messen. Die Genauigkeit beträgt meist 0.01mm, oft auch 0.001mm. Mit einer Messuhr lassen sich Lagetoleranzen (etwa der Rundlauf, Paralellität, Ebenheit) messen. Dazu benötigt es aber auch spezieller und vor allem genauer Vorrichtungen. Eine Messuhr ist unverzichtbar zur Einrichtung von Werkstücken in einer Dreh- oder Fräßmaschine.
Lehren
Zum ermitteln von Radien oder Gewindesteigungen existieren spezielle Lehren. Solche sind unabdingbar, wenn etwa Werkstücke eingepasst oder Ersatzteile angefertigt werden sollen, zu denen keine Konstruktionszeichnungen existieren.
