Fertigungsverfahren im Überblick

--- tags: Fertigungsverfahren und deren Anwendung title: Fertigungsverfahren im Überblick description: ... image: set note default image (for link preview) robots: noindex, nofollow lang: de slideOptions: parallaxBackgroundImage: '' parallaxBackgroundSize: '' # Transition style for full page slide backgrounds: none/fade/slide/convex/concave/zoom # Number of pixels to move the parallax background per slide # - Calculated automatically unless specified # - Set to 0 to disable movement along an axis parallaxBackgroundHorizontal: 150 parallaxBackgroundVertical: 150 backgroundTransition: 'fade' # transition options: none/fade/slide/convex/concave/zoom transition: slide # Display a presentation progress bar progress: true # Display the page number of the current slide slideNumber: false # Enable the slide overview mode overview: true spotlight: enabled: true ---    <div style="float: left;"> <img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Logo_Werken_Grundschule.svg" alt="Logo Werken Grundschule" width="190" /> </div> # Seminar: Fertigungsverfahren und deren Anwendung ## Sitzung: Fertigungsverfahren im Überblick > *Dr. Stefan Blumenthal* --- ## Ziele für heute: - [ ] Aneignung von Wissen über den Fertigungsprozess - [ ] Anwendung von Wissen über Planungsschritte im Fertigungsprozess - [ ] Aneignung von Wissen über die verschiedenen Fertigungsverfahren - [ ] Anwendung von Wissen über die für das Grundschulfach Werken relevanten Fertigungsverfahren --- # Der Fertigungsprozess Der Fertigungsprozess ist eine Folge von Tätigkeiten zur Herstellung eines Werkstückes. Werkstücke werden in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten bearbeitet. Die Arbeitsschritte bestehen in der Regel aus verschiedenen Fertigungsverfahren. Diese sollen später genauer beleuchtet werden. --- ## Mit welchen Materialien wird gefertigt? Im Fertigungsprozess werden Werkstücke aus verschiedenen Materialien hergestellt. Dazu gehören: * Holz und Holzwerkstoffe * Papier und Papierwerkstoffe * Textilien * Ton * Kunststoffe * Metalle --- ## Wie wird der Fertigungsprozess geplant? Der Fertigungsprozess umfasst verschiedene Arbeitsschritte, die im Vorfeld geplant werden müssen. Folgende Leitfragen können dabei hilfreich sein: * Was für ein Werkstück soll hergestellt werden? * Welchem Zweck dient das zu fertigende Werkstück? * In welchem Kostenumfang soll das Werkstück produziert werden? * Wie fallen die Abmaße des zu fertigenden Werkstücks aus? * Welche Arbeitsschritte sind zur Fertigung notwendig? * Welche Werkzeuge und Maschinen werden im Rahmen der Fertigung benötigt? * Wieviel Zeit steht zur Herstellung des Werkstückes zur Verfügung? :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Am Beispiel eines faltbaren Strandstuhls sollen Sie sich nun Gedanken zur Planung seines Fertigungsprozesses machen. Orientieren Sie sich an den Leitfragen. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/Fertigungsprozess.html" style="border:0px;width:100%;height:600px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: :::warning :::spoiler **Lösungsvorschlag** Um Ihre Antworten zu überprüfen, können Sie sich hier auf der Seite des Herstellers des Strandstuhlmodells über den Fertigungsprozess informieren. Sie finden alle notwendigen Informationen [:link: hier](https://www.opitec.de/holz/holzbausaetze/nuetzliches-uhren-/strandstuhl.html) bzw. in der [:link: Bauanleitung](https://nbg-web01.opitec.com/img/108/351/108351bd.pdf). ::: --- ## Qualitätskontrolle Am Ende des Fertigungsprozesses muss immer die Qualität des erarbeiteten Werkstückes kontrolliert werden. Wenn Fehler festgestellt werden, müssen diese beseitigt werden. Erst dann ist der Fertigungsprozess abgeschlossen. Das Werkstück kann dann verwendet oder aber weiterverarbeitet werden. Übrigens: Werkstücke, die nicht vollständig fertig sind, nennt man Halbfertigteile. --- # Fertigungsverfahren im Überblick > [name=Auszug aus Förster und Förster (2018)] [color=blue] „Um sicherzustellen, dass alle von den jeweiligen Fachleuten verwendeten Begriffe eindeutig definiert sind und auch von allen gleich verstanden und benutzt werden, wird schon seit Jahrhunderten versucht ein Normungs- und Definitionssystem für sehr viele Bereiche des Zusammenlebens zu erstellen. Neben diversen Rechts- und Sozialnormen wurden beispielsweise im Bereich der Fertigungstechnik schon im alten Ägypten Ziegelsteine zum Bau von Häusern genormt. Diese Normen sind natürlich auch ständigen Veränderungen unterworfen, sowohl in Ägypten bzw. Mesopotanien als auch in Europa hingen die verwendeten Maße immer auch von den Körpermaßen der jeweiligen Herrscher ab. Verkörperungen von Maßen, die allgemeinverbindlich waren, sind auch schon aus Babylon um etwa 2400 v. Chr. bekannt. Insbesondere wurden auch in den deutschen Kleinstaaten und Städten versucht neben den Maßen und Gewichten auch die Vorschriften zur Herstellung von Produkten zu Normen. Die für die Fertigungstechnik grundlegende Norm ist die DIN 8580. In ihr werden die Fertigungsverfahren beschrieben und deren Bezeichnungen genormt.“ --- :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Lesen Sie das Einführungskapitel aus dem [:link: Buch von Awiszus, Bast, Hänel & Kusch (2020)](https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/Einführung.pdf). Fassen Sie den Inhalt für sich nach unten aufgeführten Schema zusammen. ::: <iframe width="100%" height="800" src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/Einführung.pdf" frameborder="0" scrolling=F></iframe> *(Quelle: [:link: Awiszus et al. (2020)](https://www.doi.org/10.3139/9783446460669))* --- Hier ist Platz für Ihre Notizen. Diese können Sie anschließend kopieren und für sich abspeichern. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/Einführung.html" style="border:0px;width:100%;height:550px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> --- ## Die Fertigungsverfahren nach DIN 8580 Nach DIN 8580 werden die Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen geordnet. Die Zuordnung in die Hauptgruppen erfolgt danach, ob der Stoffzusammenhalt des Werkstücks geschaffen, beibehalten, vermindert oder vermehrt wird. ```graphviz {engine="patchwork"} digraph dg{ label="Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580" resolution=72; bgcolor="#C6CFD532"; ratio="fill"; fontname=Arial; fontsize=10; nodesep=1; size="8"; node [style=filled,fontname=Arial,fontsize=10,shape=polygon]; edge [color=Red, style=dashed]; splines=T; center=T; Hauptgruppen [area=70, fontcolor=black, color=black, fillcolor=white, label=Hauptgruppen]; Urformen [area=15, href="#Urformen", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white, label=Urformen]; Umformen [area=15, href="#Umformen", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white label=Umformen]; Trennen [area=15, href="#Trennen", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white label=Trennen]; Fügen [area=15, href="#Fügen", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white label=Fügen]; Beschichten [area=15, href="#Beschichten", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white label=Beschichten]; "Stoffeigenschaften verändern" [area=15, href="#Stoffeigenschaften-verändern", fontcolor=red, color=black, fillcolor=white label="Stoffeigenschaften verändern"]; #Hauptgruppen->{Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten "Stoffeigenschaften verändern"} Hauptgruppen->Urformen; Hauptgruppen->Umformen; Hauptgruppen->Trennen; Hauptgruppen->Fügen; Hauptgruppen->Beschichten; Hauptgruppen->"Stoffeigenschaften verändern"; {rank=same;Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten "Stoffeigenschaften verändern"} } ``` *Hinweis: Die rot markierten Verfahren werden nachfolgend genauer betrachtet und können im Sinne eines Inhaltsverzeichnisses angeklickt werden.* --- ### Urformen Alle Fertigungsverfahren, bei denen aus einem formlosen Stoff ein Körper hergestellt wird, werden als Urformen bezeichnet. Mit diesem Verfahren wird der Zusammenhalt der Stoffteilchen erstmalig geschaffen. Die neuen Körper können hierbei aus dem flüssigen, gasförmigen, plastischen, körnigen oder pulverförmigen Ausgangzustand erzeugt werden. Eingeteilt wird die Hauptgruppe Urformen in folgende Untergruppen: * Urformen aus dem flüssigen Zustand (z.B. Schwerkraftgießen oder Schäumen) * Urformen aus dem plastischen Zustand (z.B. Pressformen oder Spritzgießen) * Urformen aus dem breiigen Zustand (z.B. Gießen von Beton, Gips) * Urformen aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand (z.B. Sandformen) * Urformen aus dem span- oder faserförmigen Zustand (z.B. Herstellung von Spanplatten, Faserplatten oder Papier/Pappe) * Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (z.B. Abscheiden aus der Dampfphase in einer Form) * Urformen aus dem ionisierten Zustand (z.B. Elektrolytisches Abscheiden in einer Form) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Urformen** :page_facing_up: **Aufgabe** Ergänzen Sie den folgenden Text zum Urformen. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/LückentextUrformen.html" style="border:0px;width:100%;height:300px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- ### Umformen Alle Fertigungsverfahren, bei denen die feste Form eines zuvor urgeformten Körpers geändert wird, werden nach DIN 8580 als Umformen bezeichnet. Dabei werden sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt des Körpers beibehalten. Es findet hierbei nur eine Verschiebung der Werkstoffteilchen statt. Hierbei wird die Möglichkeit von metallischen Werkstoffen ausgenutzt, sich nicht nur elastisch sondern auch plastisch zu verformen. Unter einer elastischen Verformung wird die wieder rückgängig machbare (reversible) Änderung einer Form verstanden (z. B. Federn, Gummibänder usw.). Dies passiert immer, wenn die einwirkende Kraft entfällt. Eine plastische Verformung ist nicht umkehrbar (irreversibel), d.h. nach Wegfall der Kraft bleibt die Formänderung bestehen (z. B. Hammerschläge auf Blech, Biegen von Büroklammern). Die Umformverfahren werden nach DIN 8582 eingeteilt in: * Druckumformen (z.B. Walzen oder Eindrücken) * Zugdruckumformen (z.B. Durchziehen oder Drücken) * Zugumformen (z.B. Längen, Weiten oder Tiefen) * Biegeumformen (z.B. mit gradliniger oder drehender Werkzeugbewegung) * Schubumformen (z.B. Verschieben mit gradliniger oder drehender Werkzeugbewegung) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Umformen** :page_facing_up: **Aufgabe** Ordnen Sie die Begriffe den Abbildungen zu. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/ZuordnungUmformen.html" style="border:0px;width:100%;height:480px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- ### Trennen Unter der Hauptgruppe 3, Trennen, werden alle Fertigungsverfahren zusammengefasst, bei denen der Zusammenhalt der Werkstoffteilchen örtlich aufgehoben wird. Das Volumen des Werkstücks wird dabei verringert, ebenso die Anzahl der Werkstoffteilchen, die im fertigen Werkstück enthalten sind. Hierbei ist die Endform des Werkstücks im Ausgangswerkstück enthalten. Die Bearbeitung des Werkstücks kann auf mechanischem oder nichtmechanischem Weg z. B. durch Funkenerosion, Laserabtrag oder Brennschneiden erfolgen. Von sehr großer wirtschaftlicher Bedeutung für die Prozesse der Hauptgruppe 3 ist die Zeit, die für den Abtrag von Material am Bauteil benötigt wird und die Zeit, die ein Werkzeug ein Bauteil bearbeiten kann, bevor Verschleiß am Werkzeug auftritt. Die trennenden Verfahren werden unterschieden in: * Zerteilen (z.B. Scherschneiden, Spalten, Brechen oder Reißen) * Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden (z.B. Drehen, Bohren/Senken, Fräsen, Hobeln, Sägen oder Feilen/Raspeln) * Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden (z.B. Schleifen mit rotierendem Werkzeug oder Bandschleifen) * Abtragen (z.B. Thermisches oder chemisches Abtragen) * Zerlegen (z.B. Auseinandernehmen, Lösen kraftschlüssiger Verbindungen oder Zerlegen textiler Verbindungen) * Reinigen (z.B. Reinigungsstrahlen oder mechanisches Reinigen) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Trennen** :page_facing_up: **Aufgabe** Markieren Sie die Begriffe, die sich auf trennenden Verfahren beziehen. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/MarkierenTrennen.html" style="border:0px;width:100%;height:800px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- ### Fügen Die DIN 8580 versteht unter dem Begriff Fügen, das Verbinden oder sonstige Zusammenbringen von mindestens zwei Werkstücken mit geometrisch bestimmter fester Form oder von Werkstücken mit formlosem Stoff. Der Zusammenhalt der Werkstoffteilchen wird dabei örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt. Es gibt zahlreiche Verbindungsarten die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können, beispielsweise: * lösbare Verbindungen: Verbindungen, die ohne Zerstörung der einzelnen Bestandteile der Verbindung wieder gelöst werden können. Beispiele: Verschraubungen, Verstiftungen, gesteckte oder verhakte Bauteile (LEGO-System) * unlösbare Verbindung: Verbindungen, die nur durch Zerstörung oder Beschädigung von mindestens einem Bestandteil der Verbindung gelöst werden können. Beispiele: Schweiß- und Lötverbindungen, Niete, Bördel, Falze * kraftschlüssige Verbindungen: Verbindungen, die durch eine Kraft (z.B. Reib-, Haft- oder Klemmkraft) zusammengehalten werden, die durch das Verbindungsmittel erzeugt wird. Beispiele: Verschraubungen, geschrumpfte Verbindungen * formschlüssige Verbindungen: Verbindungen, die durch ihre Form zusammengehalten werden. Beispiele: Bördel, Falze * stoffschlüssige Verbindungen: Verbindungen, die durch die spezifischen Eigenschaften eines Stoffes zusammengehalten werden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen wird der Zusammenhalt durch Kohäsion oder Adhäsion oder beide erreicht. Beispiele: Schweiß-, Löt- und Klebeverbindungen Folgende Untergruppen fallen unter die Hauptgruppe Fügen: * Zusammensetzen (z.B. Auflegen/Aufsetzen/Schichten oder Ineinanderschieben) * Füllen (z.B. Einfüllen oder Tränken/Imprägnieren) * An- und Einpressen (z.B. Schrauben, Klammern, Verkeilen oder Nageln/Verstiften/Einschlagen) * Fügen durch Urformen (z.B. Ausgießen oder Vergießen) * Fügen durch Umformen (z.B. Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper) * Fügen durch Schweißen (z.B. Schmelzverbindungsschweißen) * Fügen durch Löten (z.B. Verbindungsweichlöten) * Fügen durch Kleben (z.B. Kleben mit physikalisch oder chemisch abbindenden Klebstoffen) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Fügen** :page_facing_up: **Aufgabe** Unter den nachfolgenden Links finden Sie jeweils eine Sammlung von Bildern. Markieren Sie jeweils die Bilder, die dem genannten Verfahren entsprechen. - [:link: Kraftschlüssige Verbindungen](https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/FügenkraftschlüssigeVerbindung.html) - [:link: Formschlüssige Verbindungen](https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/FügenformschlüssigeVerbindung.html) - [:link: Stoffschlüssige Verbindungen](https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/FügenstoffschlüssigeVerbindung.html)  ::: --- ### Beschichten Als Beschichten wird das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf festen Stoff bezeichnet. Dabei werden Schichten mit definierten Eigenschaften, z.B. bessere Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit, ergestellt. Der Korrosionsschutz ist im industriellen Einsatz eine der wichtigsten Aufgaben von Beschichtungen. Weiterhin können dekorative Eigenschaften, wie Reflexionsvermögen oder definierte physikalische oder chemische Eigenschaften, z.B. elektrisch leitende oder isolierende Schichten, gezielt durch Beschichtungen beeinflusst werden. Folgende Untergruppen finden sich beim Beschichten: * Beschichten aus dem flüssigen Zustand (z.B. Anstreichen/Lackieren oder Färben) * Beschichten aus dem plastischen Zustand (z.B. Spachteln) * Beschichten aus dem breiigen Zustand (z.B. Putzen/Verputzen) * Beschichten aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand (z.B. Elektrostatisches Beschichten) * Beschichten durch Schweißen (z.B. Schmelzauftragsschweißen) * Beschichten durch Löten (z.B. Auftrag-Weichlöten) * Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (z.B. Vakuumbestäuben) * Beschichten aus dem ionisierten Zustand (z.B. Galvanisches Beschichten) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Beschichten** :page_facing_up: **Aufgabe** Finden Sie die zusammengehörigen Karten. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/MemoryBeschichten.html" style="border:0px;width:80%;height:600px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- ### Stoffeigenschaften verändern Vorwiegend bei metallischen Werkstoffen werden Verfahren angewendet, die die Stoffeigenschaften des Werkstücks ändern. Die wichtigsten Verfahren sind beispielsweise das Härten und das Glühen. Dies ist die vollständge Auflistung der soffeigenschaftenverändernden Untergruppen: * Verfestigen durch Umformen (z.B. Verfestigung durch Walzen, Ziehen oder Schmieden) * Wärmebehandeln (z.B. Glühen oder Härten) * Thermomechanisches Behandeln * Sintern/Brennen * Magnetisieren * Bestrahlen * Photochemische Verfahren (z.B. Belichten) :::info :::spoiler **Übungsaufgabe zum Verändern von Stoffeigenschaften** Finden Sie die Wörter im Suchsel, die sich auf Verfahren beziehen, die die Stoffeigenschaften von Werkstoffen verändern. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/Stoffeigenschaftenverändern.html" style="border:0px;width:100%;height:870px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- # Abschluss ## Wie war das noch? - Anwendung des Wissens :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Überlegen Sie, welche Schritte im Fertigungsprozess zum Bau des Modellautos notwendig sind. Treffen Sie entsprechend die richtigen Entscheidungen. <iframe src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Fertigungsverfahren/FertigungsverfahrenimFertigungsprozess.html" style="border:0px;width:100%;height:650px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> ::: --- ## Selbsteinschätzung Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht? |Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:| |---|---|---|---| |Aneignung von Wissen über über den Fertigungsprozess|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Anwendung von Wissen über Planungsschritte im Fertigungsprozess|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Aneignung von Wissen über die verschiedenen Fertigungsverfahren|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| |Anwendung von Wissen über die für das Grundschulfach Werken relevanten Fertigungsverfahren|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| :::info :mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten. :::