Beruf 28 Werkzeugmechaniker

1. Titel der L.E. : Vorrichtungstechnik 1
Fachrichtung
Werkzeugmechaniker
2. Fach / Klasse : Arbeitskunde, 3. Ausbildungsjahr
3. Themen der
Unterrichts-
abschnitte : 1. Funktionen von Vorrichtungen
2. Funktionselemente
Datum:
28.3.2.06
1 - 9
Schüler

1. Titel der L.E. : Vorrichtungstechnik 1
Fachrichtung
Werkzeugmechaniker
2. Fach / Klasse : Arbeitskunde, 3. Ausbildungsjahr
3. Themen der
Unterrichts-
abschnitte : 1. Funktionen von Vorrichtungen
2. Funktionselemente
4. Vorkenntnisse : Grundlagen der Zerspanung
Mess- und Prüftechnik
Stanz- und Umformtechnik
Lehrer
Datum:
28.3.2.06
1 - 13
5. Einführung : Vorrichtungen sind Hilfsmittel für Maschinen und Werkzeuge, um
Fertigungsverfahren durchführen zu können.
Der Schüler sollte:
- Aufbau und Funktion von Vorrichtungen erläutern
- die Funktionselemente im Vorrichtungsbau kennen
Zeit:
6 Stunden
Lehrhilfsmittel:
Bestimmte Lernziele
Anforderungsstufen Zielklassen
Erfordernisse
Verschiedene Vorrichtungen, Normelemente, Übungstafeln
Wissen

1. Funktionen von Vorrichtungen
Vorrichtungen sollen:
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
� das Werkstück in einer vorgegebenen Lage genau spannen und fixieren
� das Werkstück dabei sicher halten
� das Werkzeug positionieren und führen
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Werkstücke werden mit Vorrichtungen schnell in eine positionsgenaue Lage gebracht und gespannt.
Die Auftragszeiten lassen sich verkürzen und die Wiederholgenauigkeit in der Fertigung
wird verbessert. Vorrichtungen werden in der Fertigungs- und Montagetechnik sowie in der
Qualitätssicherung eingesetzt.
1.1 Technologische Gründe für Vorrichtungen
Bei der Herstellung und Qualitätskontrolle von Bauteilen und Baugruppen kann das Aufgabenspektrum
durch den Einsatz einer Vorrichtung qualitativ und kostengünstig gelöst werden.
Die Einsatzgebiete und die technologische Nutzung einer Vorrichtung ergeben sich aus den gestellten
Aufgaben und Qualitätsanforderungen.
Der vorteilhafte Einsatz einer Vorrichtung
gelingt nur dann, wenn die Anforderungen
hinsichtlich der Technologie
und der Betriebswirtschaftlichkeit
von der Vorrichtung erfüllt werden.
Vorrichtungen sind in ihrem konstruktiven
Aufbau und in der Bedienung
durch Grund- und Aufbauelemente
vergleichbar. Moderne Vorrichtungsbaukästen
garantieren ein breites
Einsatzgebiet.
Präzisions-Messvorrichtung

Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
1.2 Betriebswirtschaftliche Planungsgrundlagen
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Die Konstruktion, die Herstellung und der Einsatz einer Vorrichtung kann sich bereits bei kleinen
Stückzahlen technisch und betriebswirtschaftlich günstig auswirken. Durch die Fertigungsplanung
werden betriebliche Abläufe berechnet und gesteuert.
Die kalkulatorische Kostenberechnung ist abhängig von den Losgrößen und den Fertigungszeiten.
Arbeitsspezifische Tätigkeiten und Zeiten werden durch den Einsatz von Vorrichtungen bei
größeren Stückzahlen reduziert und Kosten eingespart.
Betriebswirtschaftliche Planungsdaten sind:
� Kalkulatorische Herstellungskosten oder Kaufpreis der Vorrichtung
� Erweiterte Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
� Betriebliche Rahmenbedingungen
Zielgrößen für den Einsatz von Vorrichtungen
� Kostenoptimale Auslastung
� Reduzierung der Rüstzeiten und Durchlaufzeiten
� Steigerung der Produktionsflexibilität und Produktqualität
1.3 Gestaltung von fertigungstechnischen Vorrichtungen
Die Bestückung einer Vorrichtung erfolgt
immer außerhalb des Fertigungs- oder
Herstellungsvorganges. Diese Rüstzeit ist
ein Teil der Fertigungszeit. Zur Reduzierung
der Rüstzeiten werden die Vorrichtungen
anforderungsgerecht gestaltet.
Vorrichtungen sollen eine einfache, schnelle
und sichere Handhabung erlauben. Die
Funktions-elemente müssen eine hohe
Wiederholgenauigkeit der Aufspannung
gewährleisten und bei Reparaturen leicht
austauschbar sein.
Bei Vorrichtungen an Werkzeugmaschinen
ist sicherzustellen, dass durch das Kühlschmiermittel
die anfallenden Späne und
andere Feststoffe von der Zerspanungsstelle
weggespült und abtransportiert
werden.

2. Funktionselemente
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
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Mit katalogisierten Montagesystemen, flexiblen Vorrichtungsbaukästen, Werkstück-
Aufnahmevorrichtungen auf speziellen Rüstplätzen sowie Bau- und Spannelementen für die
Mess- und Fertigungstechnik können betriebliche Aufgaben kostengünstig gelöst werden.
Präzisions-Spannelemente, verstellbare Spannunterlagen, Stützwinden, Treppenböcke und
weitere Basis-Sortimente bietet der Handel für den Werkzeugbau, die Fertigung und die Qualitätskontrolle.
2.1 Spannelemente
Die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel richtet sich nach:
� dem vorhandenen
Platzbedarf und der
erforderlichen
Spannkraft
Das Einsatzspektrum der Spannelemente ist vielseitig. Beste individuelle Lösungen zum
Spannen werden durch mechanische, magnetische, hydraulische und pneumatische Spannelemente
erreicht.
Schnellwechselsysteme mit modularen Nullpunktspannelementen zum Spannen und gleichzeitigen
Zentrieren von Vorrichtungselementen verkürzen die Rüstzeit von Vorrichtungen auf Maschinentischen.
2.1.1 Mechanische Spannelemente
Im Vorrichtungsbau kommen als mechanische Spannelemente zur Anwendung:
- Spanneisen (Spannpratzen)
- Mechanische Schnellspanner
- Flach- und Keilspannvorrichtungen
- Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung
� dem Einsatzspektrum
der Spannelemente
� der Anzahl der
Spann- und Justierflächen
sowie der
Steifigkeit des Werkstücks

� Spanneisen (Spannpratzen)
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
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In der Praxis verwendet man Spannschrauben und Spannmuttern in Verbindung mit Spanneisen
und Spannunterlagen oder Stellschrauben.
Gabelspanneisen Gabelspanneisen mit Spanneisen
abgeschrägt rundem Spanneinsatz einfach gekröpft
Als einfache Befestigung wird hierdurch das Werkstück direkt auf dem Maschinentisch befestigt.
Die Spannkraft wird mit dem Spanneisen auf das Werkstück und die Spannunterlage übertragen.
� Flach- und Keilspannung
Bei einfachen Vorrichtungen werden für die Erzeugung der Spannkraft Spannkeile eingesetzt.
Das Hauptanwendungsgebiet sind
Schnellspannvorrichtungen und Sonderkeilspannvorrichtungen,
bei denen
die Spannkraft umgelenkt werden
muss.
Mit standardisierten Tiefspannbacken
und Flachspannern wird das Werkstück
ohne Fertigungsbeeinträchtigungen
festgespannt.
Flachspanner
mit Keilwirkung
Tiefspannbacken
mit Keilwirkung

� Tiefspannbacken
Zum Spannen werden die Backen
gelöst und auseinandergeschoben.
Der Spanner wird an das Werkzeug
angelegt und mit T-Nutenschrauben
auf dem Maschinentisch festgespannt.
Durch Anziehen der seitlichen
Schraube setzt die Keilspannwirkung
nach vorne und nach hinten
ein. Das Werkstück wird befestigt
und kann ohne Beeinträchtigung bearbeitet
werden.
� Flachspanner
Durch die Keilwirkung der Spannbacken
wird das Werkstück auf den
Maschinentisch gedrückt.
Die horizontalen Kräfte werden durch
eine der Nutengröße entsprechende
Schraube aufgenommen, die den
Spanner, ohne den Tisch zu beschädigen,
festklemmt.
� Schnellspanner
Schnellspanner werden zur einfachen
Werkstückbefestigung an Montage-
oder Fügevorrichtungen eingesetzt.
Zur Anwendung kommen Senkrecht-
Schnellspanner und Waagrecht-
Schnellspanner mit einer Andrückschraube
von M4 bis M12.
Durch die Konstruktion ist die jeweilige
Spannhöhe variabel. Die Spann-
oder Haltekräfte sind von der Lage
der Spannschraube auf dem Spannhebelarm
abhängig und variieren bei
mechanischen Schnellspannern zwischen
500 N und 5000 N.
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
F1
F1
F2
F2
Senkrecht-Schnellspanner
Waagrecht-Schnellspanner
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Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
� Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung
Spanneinheiten mit Exzenterspannung
kommen auf Werkzeugmaschinen
beim Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden
und Reiben zum Einsatz.
Die Spannkräfte sind je nach Stabilität
und Zerspanungsaufwand der Werkstücke
stufenlos regulierbar. Hierdurch
wird ein verzugsfreies Spannen gewährleistet.
Beim Spannen des
Werkstückes wird die Spanneinheit auf
jedem beliebigen Punkt des
Werkzeugtisches fixiert.
2.1.2 Pneumatische Spannelemente
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Wenn schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen bei einer Spannvorrichtung verlangt werden,
eignen sich besonders pneumatische Spannelemente.
Doppeltwirkende Pneumatikzylinder werden mit Kniehebelspanner kombiniert. Spanner und
Pneumatikzylinder bilden anschlussfertig eine Einheit. Die Kniehebelübersetzung wirkt selbsthemmend
und verhindert das Öffnen während der Bearbeitung oder bei Luftausfall.
Kniehebelspanner
2.1.3 Hydraulische Spannelemente
Spannexzenter
Pneumatikzylinder
Hydraulische Spannelemente besitzen für den Einsatz an Werkzeugmaschinen besondere Vorteile:
� Sie erreichen hohe und gleichgroße Spannkräfte.
� Es erfolgt ein schneller Spanndruckaufbau.
� Durch automatische Steuerungen ist ein vielseitiger Einsatz möglich.
An Werkzeugmaschinen werden hydraulische Spannzylinder als Einschraubzylinder oder als
Schwenkzylinder in die Spannvorrichtungen eingeschraubt. Somit können Werkstücke gespannt
und gleichzeitig bearbeitet werden.

2.2 Positionierelemente
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
Lehrer Schüler
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Zur form- und lagegerechten Werkstückspannung und -bearbeitung erhalten Vorrichtungen Elemente
zur Positionierung. Im Vorrichtungskörper werden die erforderlichen Spann- und Positionierelemente
funktionsgerecht angeordnet.
Um Maßtoleranzen einzuhalten, wird
das Werkstück möglichst in seinen
Maßbezugsebenen positioniert.
Positionierelemente sind im gehärteten
und geschliffenen Zustand einzubauen.
Zylinder werden in 90°-Prismen aufgenommen.
Werkstücke mit unbearbeiteter
Oberfläche sind auf Bolzen
zu positionieren.
Bearbeitete Werkstückflächen werden
an den Vorrichtungsflächen angelegt.
Spannvorrichtung
mit Sonderspannbacken
Die Vorrichtungsauflageflächen erhalten Einfräsungen für eine bessere Reinigung und Späneabfuhr.
Für die Positionierung einer Bohrung werden angefaste Bolzen verwendet.
Zur rationellen Werkstückspannung auf Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und flexiblen Fertigungszellen
werden ganze Vorrichtungen aus universellen Spannsystem-Baukästen mit Nut-
oder Lochsystemen eingesetzt.
Oft ist es wirtschaftlich, Spannsystem-Baukästen und gängige Positionier- und Vorrichtungselemente
als Normteile zu kaufen.
Norm-Systembaukasten Hydraulisches Positionierelement

2.3 Bohrbuchsen
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Vorrichtungstechnik 1
Lehrer Schüler
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Bohrbuchsen dienen zur Führung des Bohrers in der Bohrvorrichtung. Hierdurch wird ein maßgenaues
Bohrbild erreicht sowie das Verlaufen des Bohrers verhindert.
Um eine optimale Spanabfuhr zu erreichen, soll der Abstand a der Bohrbuchse von der Werkstückoberfläche
1/3 ...1 mal Bohrerdurchmesser betragen. Reibahlen und Gewindebohrer werden
durch Bohrbuchsen nicht geführt.
a
Als Normteile kommen zylindrische Bohrbuchsen, Bundbohrbuchsen und Steckbohrbuchsen
am häufigsten im Vorrichtungsbau zur Anwendung. Bohrbuchsen erreichen eine Härte von 780
± 40 HV 10. Die geschliffenen Flächen weisen eine Oberflächengüte von Rz 6,3 auf.
Bohrbuchse Bundbohrbuchse Steckbohrbuchse

Schüler - Arbeitsblatt
Name des Schülers:
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl:
Übungen
1. Nennen Sie die drei Hauptaufgaben einer Vorrichtung.
2. Welche Zielgrößen wirken auf den Einsatz von Vorrichtungen?
3. Wonach richtet sich die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel?
Lehrer
4. Mit welcher einfachen Befestigung kann ein Werkstück direkt auf den Maschinentisch
gespannt werden?
5. Welche zwei Arten von manuellen Schnellspannern werden im Vorrichtungsbau
eingesetzt?
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10
Punkt-
zahl

Schüler - Arbeitsblatt
Name des Schülers:
Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl:
Lehrer
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6. Für welche Arbeiten werden Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung verwendet?
7. Wo liegt der Vorteil für den Einsatz von pneumatischen Spannelementen?
8. Welche Bezeichnung haben die dargestellten Spannelemente?
9. Benennen Sie die drei Bohrbuchsen.
1
2
3
1 2 3
10. Wie nennt man das dargestellte Spannelement und wodurch wird die Spannkraft
erzeugt?
F
F
Punkt-
zahl

Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
Lehrer
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Schüler - Arbeitsblatt Lehrerausgabe
Name des Schülers:
Zeitvorgabe: 30 Minuten Erreichbare Punktzahl: 100
Übungen
1. Nennen Sie die drei Hauptaufgaben einer Vorrichtung.
Vorrichtungen sollen:
� das Werkstück in einer vorgegebenen Lage genau spannen und fixieren
� das Werkstück dabei sicher halten
� das Werkzeug positionieren und führen
2. Welche Zielgrößen wirken auf den Einsatz von Vorrichtungen?
Eine kostenoptimale Auslastung der Vorrichtung, die Reduzierung der Rüst- und
Durchlaufzeiten sowie die Steigerung der Produktionsflexibilität und Produktionsqualität.
3. Wonach richtet sich die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel?
Die Auswahl der Spannelemente richtet sich nach:
� dem vorhandenen Platzbedarf und der erforderlichen Spannkraft
� dem Einsatzspektrum der Spannelemente
� der Anzahl der Spann- und Justierflächen sowie der Steifigkeit des Werkstücks
4. Mit welcher einfachen Befestigung kann ein Werkstück direkt auf den Maschinentisch
gespannt werden?
Mit Spannschrauben und Spannmuttern in Verbindung mit Spanneisen (Spannpratzen)
und Spannunterlagen oder Stellschrauben wird ein Werkstück direkt auf dem Maschinentisch
befestigt.
5. Welche zwei Arten von manuellen Schnellspannern werden im Vorrichtungsbau
eingesetzt?
Zur einfachen Werkstückbefestigung an Montage- oder Fügevorrichtungen kommen
Senkrecht-Schnellspanner und Waagrecht-Schnellspanner zur Anwendung.
Punkt-
zahl
10
10
10
10
10

Titel der L.E.:
Vorrichtungstechnik 1
Lehrer
28.3.2.06
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Schüler - Arbeitsblatt Lehrerausgabe
Name des Schülers:
Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl:
6. Für welche Arbeiten werden Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung verwendet?
Spanneinheiten mit Exzenterspannung kommen auf Werkzeugmaschinen beim Bohren,
Fräsen, Gewindeschneiden und Reiben zum Einsatz.
7. Wo liegt der Vorteil für den Einsatz von pneumatischen Spannelementen?
Wenn schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen bei einer Spannvorrichtung verlangt
werden, setzt man pneumatische Spannelemente ein.
8. Welche Bezeichnung haben die dargestellten Spannelemente?
Bei den dargestellten Spannelementen handelt
es sich um Schwenk-Spannzylinder.
9. Benennen Sie die drei Bohrbuchsen.
1 Bohrbuchse
2 Bundbohrbuchse
3 Steckbohrbuchse
10. Wie nennt man das dargestellte Spannelement und wodurch wird die Spannkraft
erzeugt?
Dargestellt ist ein Tiefspannbacken.
Für die Erzeugung der Spannkraft
wird ein Keil eingesetzt.
1 2 3
F
F
Punkt-
Punkt- zahl
zahl
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