Inhalte des Arbeitsblatts
Übersicht aller Aufgaben und Lesetexte aus diesem Materialpaket.
Infoblatt / Fachtext
1. Einführung: Werkstoffe und Verarbeitung im Metallbau
Als angehende Verfahrenstechnologin oder angehender Verfahrenstechnologe im Bereich Metall ist es entscheidend, die Grundlagen der Werkstoffe und ihrer Verarbeitung zu beherrschen. Jeder Auftrag in der Werkstatt, vom einfachen Winkel bis zur komplexen Baugruppe, beginnt mit der richtigen Materialauswahl und der Anwendung der passenden Fertigungsverfahren. Dieses Infoblatt gibt dir einen Überblick über die wichtigsten Grundlagen, die du für deine tägliche Arbeit und die Sicherheit am Arbeitsplatz benötigst.
2. Wichtige Werkstoffe: Stähle
Der mit Abstand wichtigste Werkstoff im Metallbau ist **Stahl**. Stahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen (Fe) und einem geringen Anteil Kohlenstoff (C) besteht (meist unter 2%). Je nach weiteren beigemischten Elementen (z.B. Chrom, Nickel) ändern sich die Eigenschaften des Stahls. *Wichtige Eigenschaften von Stählen:** **Festigkeit:** Der Widerstand, den ein Werkstoff einer äußeren Kraft entgegensetzt, ohne sich zu verformen oder zu brechen. **Härte:** Der Widerstand gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Ein harter Werkstoff ist kratzfest. **Zähigkeit:** Der Widerstand eines Werkstoffs gegen Rissausbreitung und Bruch. Ein zäher Werkstoff bricht nicht schlagartig (spröde), sondern verformt sich vorher. **Umformbarkeit:** Die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich unter Krafteinwirkung plastisch (bleibend) verformen zu lassen, ohne zu reißen. *Bezeichnung von Stählen:** Stähle werden nach Norm (z.B. DIN EN 10025) mit Kurznamen bezeichnet. Ein unlegierter Baustahl wie **S235JR** wird wie folgt entschlüsselt: **S:** Kennbuchstabe für Baustahl (Structural steel). **235:** Mindeststreckgrenze in N/mm². Dies ist ein Maß für die Festigkeit. Der Stahl hält also einer Spannung von mindestens 235 N/mm² stand, bevor er sich bleibend verformt. **JR:** Kerbschlagarbeit von 27 Joule bei Raumtemperatur (+20 °C). Dies ist ein Kennwert für die Zähigkeit.
3. Grundlegende Fertigungsverfahren (nach DIN 8580)
Alle Tätigkeiten zur Herstellung von Bauteilen lassen sich in Hauptgruppen einteilen. Für den Anfang sind drei Gruppen besonders wichtig: **Trennen:** Darunter versteht man das Ändern der Form eines Werkstücks, indem der Zusammenhalt örtlich aufgehoben wird. Dazu gehören z.B. das **Sägen**, **Bohren**, **Scheren** oder **Brennschneiden**. **Umformen:** Hier wird ein festes Werkstück in eine andere Form gebracht, wobei seine Masse und sein Zusammenhalt erhalten bleiben. Beispiele sind das **Biegen**, **Abkanten** oder **Tiefziehen** von Blechen. **Fügen:** Beim Fügen werden zwei oder mehr Bauteile dauerhaft miteinander verbunden. Klassische Fügeverfahren sind das **Schrauben**, **Nieten** und **Schweißen**.
4. Arbeitssicherheit und Persönliche Schutzausrüstung (PSA)
Die Arbeit in der Metallverarbeitung birgt Gefahren. Die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften (z.B. DGUV Vorschrift 1) und das Tragen der vorgeschriebenen Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) sind daher oberstes Gebot. *Zur grundlegenden PSA in der Metallwerkstatt gehören:** * Sicherheitsschuhe (mind. S1P, oft S3):** Schützen vor herabfallenden Teilen (Stahlkappe) und dem Eintreten spitzer Gegenstände (durchtrittsichere Sohle). **Schutzbrille:** Schützt die Augen vor umherfliegenden Spänen, Funken oder Schweißlicht. **Schutzhandschuhe:** Schützen die Hände vor scharfen Kanten (Schnittschutz), Hitze oder Chemikalien. Je nach Tätigkeit müssen unterschiedliche Handschuhe getragen werden. **Gehörschutz:** Bei lärmintensiven Arbeiten wie Trennen oder Hämmern zwingend erforderlich. *Denke immer daran: Deine Gesundheit ist das Wichtigste! Trage deine PSA konsequent und weise auch Kollegen auf fehlende Schutzausrüstung hin.**
5. Das musst du wissen!
* Stahl ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung und der wichtigste Werkstoff im Metallbau. * Die vier grundlegenden mechanischen Eigenschaften sind Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Umformbarkeit. * Die Kurzbezeichnung eines Stahls wie S235JR gibt direkt Auskunft über seine Verwendung und seine mechanischen Mindesteigenschaften. * Fertigungsverfahren werden nach DIN 8580 in Hauptgruppen wie Trennen, Umformen und Fügen eingeteilt. * Das Tragen der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) ist in der Werkstatt Pflicht und dient deinem eigenen Schutz.
Aufgabenstellung (6 Aufgaben)
- Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Eigenschaft 'Zähigkeit' eines Werkstoffs korrekt?
- Den Widerstand eines Werkstoffs gegen das Eindringen eines anderen Körpers.
- Die Fähigkeit eines Werkstoffs, sich unter Krafteinwirkung bleibend zu verformen, ohne zu brechen.
- Den Widerstand eines Werkstoffs gegen Rissbildung und Bruch, insbesondere bei schlagartiger Belastung.
- Den Widerstand eines Werkstoffs gegen eine äußere Kraft, ohne sich zu verformen.
- Vervollständige den folgenden Satz zur persönlichen Schutzausrüstung (PSA): Beim Trennen von Metallprofilen mit einem Winkelschleifer ist das Tragen einer ___ zum Schutz der Augen vor Spänen und Funken unerlässlich. Zusätzlich schützen ___ der Klasse S3 die Füße vor herabfallenden Teilen.
Bei allen Arbeiten in der Werkstatt ist die persönliche Sicherheit von höchster Bedeutung. Die Unfallverhütungsvorschriften (UVV) schreiben daher eine bestimmte Schutzausrüstung vor.
- Ordne jedem praktischen Arbeitsvorgang das korrekte Hauptfertigungsverfahren nach DIN 8580 zu.
- Bohren eines Lochs in ein Stahlblech
- Abkanten eines Blechstreifens um 90 Grad
- Zusammenschweißen von zwei Stahlrohren
- Erläutere, was die Kurzbezeichnung 'S235JR' für den Baustahl aussagt. Gehe dabei auf die Bedeutung der drei Bestandteile (S, 235, JR) ein.
Ein Kunde bestellt eine einfache Halterung. Im Auftrag steht als Werkstoff 'S235JR'. Dein Ausbilder bittet dich, das Material aus dem Lager zu holen.
- Nenne die wahrscheinlichste fertigungstechnische Ursache für diese Rissbildung und begründe deine Vermutung fachlich.
Bei der Qualitätskontrolle einer Serie von gebogenen U-Profilen stellst du fest, dass mehrere Teile an der Außenseite der Biegung feine Haarrisse aufweisen. Als Werkstoff wurde ein einfaches Stahlblech verwendet.
- Beurteile, welcher der beiden Werkstoffe für diesen Anwendungsfall besser geeignet ist. Begründe deine Entscheidung unter Berücksichtigung der geforderten Eigenschaften (Stabilität, Korrosionsbeständigkeit) und nenne einen möglichen wirtschaftlichen Nachteil deiner Werkstoffwahl.
Ein Auftrag erfordert die Herstellung eines leichten, aber sehr stabilen Rahmens für eine Maschinenverkleidung, der im Außenbereich eingesetzt wird und daher korrosionsbeständig sein muss. Zur Auswahl stehen die Werkstoffe S235JR (unlegierter Baustahl) und X5CrNi18-10 (ein typischer Edelstahl).