Die Prüfung der Industriemeister Metall

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1 Prüfungsbücher für Betriebswirte und Meister Die Prüfung der Industriemeister Metall Handlungsspezifische Qualifikationen. von Günter Krause, Bärbel Krause, Hans Freyart, Thomas Koch, Armin Liebelt, Thomas Lierath, Gunnar Mühlenstädt, Axel Pollaczek 4., aktualisierte Auflage Die Prüfung der Industriemeister Metall Krause / Krause / Freyart / et al. schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: E-Learning, Computereinsatz im Unterricht Wirtschaftswissenschaften: Berufe, Ausbildung, Karriereplanung Kiehl 200 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Inhaltsverzeichnis: Die Prüfung der Industriemeister Metall Krause / Krause / Freyart / et al.

2 Fertigungstechnik Umformen 0. Was ist Umformen? Umformen ist das Verändern der Form eines festen Körpers. Dabei bleiben Masse und Stoffzusammenhalt unverändert. 02. Welche Umformverfahren gibt es nach DIN 8580? Umformen Fertigungsart Verfahren, z. B. Walzen ) Schmieden. Druckumformen Freiformen Eindrücken Gesenkformen Durchdrücken Form des festen Längen Weiten Körpers ändern 2. Zugumformen Tiefen Zusammenhalt der Durchziehen Drücken Stoffteilchen und 3. Zugdruckumformen Tiefziehen ) Knickbauchen Masse des Körpers bleiben erhalten Kragenziehen 4. Biegeumformen Biegen ) Wickeln Runden 5. Schubumformen Verschieben Verdrehen ) Nachfolgend werden ab Frage 05. ff. die gekennzeichneten Verfahren behandelt (lt. Rahmenplan).. Beim Druckumformen wird das gesamte Werkzeug in Richtung der Kraft gestaucht. Die Teilchen des Werkstücks verschieben sich so gegeneinander, dass es breiter wird (Beispiel: Walzen von Blech; vgl. 05.). 2. Beim Zugumformen wird das gesamte Werkstück in Zugrichtung gedehnt. Die Teilchen des Werkstoffs verschieben sich in Zugrichtung. 3. Beim Zugdruckumformen wird das Werkstück so geführt, dass Teile des Werkstücks gestaucht und andere gedehnt werden (Beispiel: Tiefziehen, vgl. unten/06.). 4. Beim Biegeumformen wird eine gedachte Achse des Werkstücks um einen bestimmten Winkel abgebogen (Beispiel: Schwenkbiegen, vgl. unten/0.). 5. Beim Schubumformen werden zwei benachbarte Querschnitte des Werkstücks gegeneinander verschoben: - Verschieben parallel zueinander - Verdrehen in einem Winkel zueinander

3 2. Planen und Analysieren von Fertigungsaufträgen Welche Vorteile bietet das Umformen? - Beim Umformen wird der Faserverlauf im Werkstück nicht unterbrochen. Dadurch erhöht sich bei einigen Verfahren die Festigkeit des Werkstoffs. - Es können auch schwierige Formen bei hoher Oberflächenqualität und engen Toleranzen gefertigt werden. - Die Anzahl der Arbeitsvorgänge ist geringer als beim Fügen. - Die Werkstoffausnutzung ist wirtschaftlicher als bei spanenden Verfahren. 04. Wie unterscheiden sich Kalt- und Warmumformen? Beim Kaltumformen werden für den Vorgang größere Kräfte benötigt. Die erreichbaren Formänderungen sind geringer. 05. Was ist charakteristisch für das Umformverfahren Walzen? Durch die Druckkräfte gegenläufig rotierender Walzen wird der Werkstoff (im warmen oder kalten Zustand) auf die Form des Walzenspaltes gebracht. Die Produkte bei diesem Verfahren nennt man Walzerzeugnisse (Halbzeuge). Sie werden auf Walzstraßen/-anlagen hergestellt; deren Bauteile sind: Walzgerüst, Rollengänge, Schere, Wärmeofen (beim Warmwalzen).

4 Fertigungstechnik 06. Was ist Tiefziehen? Das Tiefziehen gehört zu den wichtigsten Herstellverfahren der Blechumformung. Dabei wird ein ebener Blechzuschnitt (Ronde) zu einem Hohlteil umgeformt. Ablauf: - Der Zuschnitt, die Ronde, wird in die Aufnahme der Ziehmatrize eingelegt. - Der Niederhalter drückt die Ronde mit einer bestimmten Kraft F N gegen die Ziehmatrize. - Der Ziehstempel zieht die Ronde mit der Kraft F St über die abgerundeten Einziehecken in die Matrize und formt das Teil um. Um die Reibung zwischen Ronde und Werkzeug zu verringern, werden Schmierstoffe eingesetzt (z. B. Petroleum, Wasser-Grafit-Brei; vgl. Tabellenwerke). Man unterscheidet Tiefziehen mit - starren Werkzeugen - elastischen Werkzeugen - Wirkmedien - Wirkenergie. 07. Welche physikalischen Bedingungen sind beim Tiefziehen zu beachten? Die Werkstoffe werden beim Tiefziehen hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Um Brüche und Risse zu vermeiden, werden Tiefziehversuche durchgeführt. Dabei spielen u. a. das Ziehverhältnis β, der Zuschnittdurchmesser D sowie die Durchmesser d, d N und der Ziehspalt z w am Tiefziehwerkzeug eine Rolle. Die entsprechenden Formeln zur Berechnung dieser Größen sind in den Tabellenwerken enthalten.

5 2. Planen und Analysieren von Fertigungsaufträgen 289 Beim Tiefziehen wirken folgende Kräfte: Bodenreißkraft F B = A B R m mit A B = π (d + s) s β - Tiefziehkraft F St = A B R m,2 β max - Niederhalterkraft F π N = (D 2 - d N2 ) p 4 Gesamtziehkraft F = F St + F N 08. Welche Fehler können beim Tiefziehen entstehen? Mögliche Fehlerquellen sind z. B.: - Werkstofffehler - Werkzeugfehler - Verfahrensfehler. 09. Welche Gestaltung der Tiefziehteile sollte angestrebt werden? Die Radien am Werkstück sollten möglichst groß sein. Scharfkantige Übergänge, unterschnittene oder ausgebuchtete Teile sind zu vermeiden. Nach Möglichkeit sollte das Werkstück in einem Zug gefertigt werden. Ziehleisten und Ziehwülste verbessern den Werkstofffluss: Der Materialfluss wird gebremst und das Werkstoffgefüge aufgelockert.

6 Fertigungstechnik 0. Was ist Biegen? Biegen ist die örtliche Veränderung der Werkstückkrümmung (Biegezone) entlang einer körperfesten Bezugslinie, der Biegelinie. Dabei wirken im äußeren Bereich des Biegequerschnitts Zugspannungen und im inneren Bereich Druckspannungen, d. h. die äußeren Fasern des Werkstoffs werden verlängert, die inneren Fasern verkürzt. Die innere Faser, die beim Biegen weder gestreckt noch gestaucht wird, liegt ungefähr in der Mittellinie und wird als neutrale Faser bezeichnet (die Ausgangslänge wird durch das Biegen nicht verändert). Als Biegeradius bezeichnet man den an der Innenseite des Werkstücks liegenden Radius nach dem Biegen. Gestreckte Faser (verlängert) Neutrale Faser Gestauchte Faser (verkürzt) Biegekraft Zugspannung Druckspannung

7 2. Planen und Analysieren von Fertigungsaufträgen 29. Welche Biegeverfahren gibt es? Die wichtigsten Biegeverfahren sind: Biegeverfahren Mit geradliniger Werkzeugbewegung Mit drehender Werkzeugbewegung - Freies Biegen - Gesenkbiegen - Knickbiegen - Rollbiegen - Walzbiegen - Schwenkbiegen - Rundbiegen - Umlaufbiegen Freies Biegen: Bild Umformen ohne Verwendung von Vorrichtungen und Maschinen. Beim Gesenkbiegen Bild 2 wird das Werkstück durch einen Biegestempel und das Biege gesenk umgeformt. Mit diesem Verfahren, das sehr häufig eingesetzt wird, sind auch schwierige Blechprofile her zustellen. Der Arbeitsgang ist erst nach völligem Anlegen des Werkstückes an das Biegegesenk abgeschlossen. Beim Knickbiegen Bild 3 entsteht ein Ausknicken des Werkstückes senkrecht zur Kraftrichtung. Die Begrenzung der Umformzone wird durch eine Einspannung des nicht umzuformenden Werkstückteils erreicht. Beim Rollbiegen Bild 4 wird der Zuschnitt in eine vorgegebene Form hin eingedrückt. Um das Abrollen des Werkstücks zu verbessern, wird der Zuschnitt vor dem Rollbiegen vorgebogen. Das Walzbiegen Bild 5 erfolgt durch hintereinander angeordnete Walzpaare. Beim Schwenkbiegen Bild 6 wird das Werkstück an eine Auflage gedrückt und durch ei ne Biegewange umgeformt.

8 Fertigungstechnik Bild : Freies Biegen Bild 2: Gesenkbiegen Bild 3: Knickbiegen F F Stempel F Werkstück Biegegesenk Bild 4: Rollbiegen Bild 5: Walzbiegen Bild 6: Schwenkbiegen F F 2. Welche physikalischen und technologischen Gesetzmäßigkeiten sind beim Biegen zu beachten? Es gelten folgende Bezeichnungen: α β r min L s L r min s α β gestreckte Länge Mindestbiegeradius Blechstärke Biegewinkel Öffnungswinkel. Zug- und Druckspannung, Zuschnittlänge L: Beim Biegen entsteht am äußeren Teil des Werkstücks Zugspannung, am inneren Teil Druckspannung (vgl. 0.). Daher muss vor dem Biegen die Länge des Zuschnitts (= gestreckte Länge) ermittelt werden. Es gilt: Zuschnittlänge (Gestreckte Länge L) = Länge der neutralen Faser

9 Ausgangssituation zu allen Aufgaben 203 Ausgangssituation zu allen Aufgaben Das Unternehmen: Die Firma RIRA GmbH ist ein Metallbauunternehmen mit Sitz im Großraum Berlin. Das Unternehmen hat drei Geschäftsfelder:. Eine mechanische Werkstatt (Meisterbereich ), in der Metallkonstruktionen für Industrie- und Privatkunden als Einzelaufträge gefertigt werden (Zaunanlagen, Gitter, Tore usw.). 2. Im Meisterbereich 2 werden Verdichter unterschiedlicher Bauarten gefertigt und repariert; er wurde 995 deutlich erweitert. 3. Im Meisterbereich 3 erfolgt die Fertigung von Rasenmähern und Kleingeräten. Abnehmer sind vorwiegend Baumärkte. Organisation und Personal: Die Organisation der RIRA GmbH hat drei Ebenen: Das Unternehmen wird von zwei Geschäftsführern geleitet, die für technische bzw. kaufmännische Aufgaben zuständig sind. Der Geschäftsleitung sind die drei Meisterbereiche direkt unterstellt: Meisterbereich : Mechanische Werkstatt: 4 Mitarbeiter Meisterbereich 2: Verdichter: 26 Mitarbeiter Meisterbereich 3: Rasenmäher/Kleingeräte: 8 Mitarbeiter Daneben gibt es zehn Mitarbeiter (kaufmännische Verwaltung und Versand), die ebenfalls beiden Geschäftsführern disziplinarisch unterstellt sind. Den Vertrieb nimmt der kaufmännische Geschäftsführer wahr. Meisterbereich 2: Verdichter Ihre Aufgabe ist die Leitung des Meisterbereichs Verdichter, der sich bei den Industrie- und Privatkunden durch Qualität, Flexibilität und Termintreue einen sehr guten Ruf erworben hat. Die Montage verschiedener Verdichterbauarten erfolgt ausschließlich aus Fertigteilen, die von verschiedenen Lieferanten bezogen werden. Es wird im Einschichtbetrieb bei täglich acht Stunden an Einzelarbeitsplätzen gefertigt. Aufgrund der Variantenvielfalt und kleiner Losgrößen ist der Anteil der Umrüstzeiten relativ hoch. Der Monat wird in der Betriebsabrechnung mit 20 Arbeitstagen kalkuliert. Die Gruppe der Montagemitarbeiter besteht etwa zur Hälfte aus Facharbeitern; die übrigen sind angelernt. Sie werden unterstützt von einem Vorarbeiter. Es wird nach Tarif bezahlt: Mitarbeiter mit gleicher Qualifikation erhalten den gleichen Grundlohn, geringer qualifizierte werden niedriger eingestuft. Der Grundlohn beträgt in der Montagegruppe im Durchschnitt 0,50 e. Es existiert ein Betriebsrat.

10 204 Musterklausuren Aufgaben Spezielle Aufgabenstellung im Meisterbereich 2, Verdichter: Der kaufmännische Geschäftsführer hat nach schwierigen Verhandlungen mit einem Handelskonzern einen auf vier Jahre befristeten Vertrag über die Lieferung von Kolbenverdichtern Typ XNK in den Baugrößen 40, 402 und 250, 2502 abschließen können. Die Auftragsmenge je Baugröße beträgt Stück pro Jahr. Mit der bisher praktizierten Einzelplatzmontage ist dieser Auftrag wirtschaftlich nicht zu realisieren. Die Baugrößen unterscheiden sich nur in der Hubhöhe und der Höhe des Zylinders (Pos. 5). Die Verpackung gehört nicht zur Montage. Sie erfolgt im Versand. Die Geschäftsleitung beauftragt Sie, ein überzeugendes Montagekonzept vorzulegen. Es steht Ihnen eine Hallenfläche von 4 x 8 m zur Verfügung. Anhang A enthält die technische Zeichnung des Luftkompressors XNK; Anhang B zeigt die Stückliste.

11 Anhang A: Luftkompressor XNK, Technische Zeichnung 205 Anhang A: Luftkompressor XNK, Technische Zeichnung Anhang A Änderungsvermerke Zust. Änderung Datum Name Bearb Liebelt Gepr. Norm RIRA GmbH Maßstab : Benennung Luftkompressor XNK Datum Name Ursprung Ersatz für Erstellt mit: SOLIDWORKS

12 206 Musterklausuren Aufgaben Anhang B: Luftkompressor XNK, Stückliste Anhang B Pos. Menge Einheit Benennung Normblatt / Zeichnungsnr. / Werkstoff / Halbzeug Bemerkung Lagergehäuse Zg. XNK / EN-GJL-250 / Modell-Nr Kurbelgehäuse Zg. XNK 2 / EN-GJL-250 / Modell-Nr Lagergehäuse Zg. XNK 3 / EN-GJL-250 / Modell-Nr Kolben Zg. XNK 4 / GK-AlMg5 / Modell-Nr Zylinder Zg. XNK 5 / EN-GJL-300 / Modell-Nr Zylinderkopf Zg. XNK 6 / E295 / 05x20 DIN EN Kolbenbolzen Zg. XNK 7 / 6MnCr5 / 5x65 DIN EN Kurbelwellenteil Zg. XNK 8/ 42CrMo4 / vorgeschmiedet vergütet 9 Kurbelwellenbolzen Zg. XNK 9 / 6MnCr5 / 5x45 DIN EN Kurbelwellenteil Zg. XNK 0 / 42CrMo4 / vorgeschmiedet vergütet Schubstange Zg. XNK / 42CrMo4 / Gesenk-Nr Ansaugrohr Zg. XNK 2 / C-Cu / Rohr 8x0,75 DIN 75w 3 Kolbenring Zg. XNK 3 Bestellteil 4 Lagerbuchse Zg. XNK 4 / G-CuSn4 / 20x30 5 Schutzkappe Zg. XNK 5 / C-Cu / Bl0,5x 20 DIN Kegelventil (Einlass) Zg. XNK 6 Bestellteil 7 Kegelventil (Auslass) Zg. XNK 7 Bestellteil 8 Dichtring 70x62x0,5 C-Cu / Bl0,5x 70 DIN 752w 9 Sicherungsring DIN 472-5x 20 Zylinderrollenlager NU202 DIN 542 Bestellteil 2 Passfeder A 4x4x25 DIN 6885-A - 4x4x Zylinderschraube DIN EN ISO 4762-M6x Nadellager ohne Innenring INA NK 4/20 Bestellteil 24 2 Verschlussschraube DIN 906-M8x Rillenkugellager 4202 DIN 625 Bestellteil 26 Verschlussdeckel DIN Fe P0-phr 27 Sicherungsring DIN x,5 28 Bearb. Gepr. Norm Datum Name Liebelt Benennung Luftkompressor XNK RIRA GmbH Zust. Änderung Datum Name Ursprung Ersatz für Erstellt mit: SOLIDWORKS

13 . Situationsaufgabe: Handlungsbereich Technik 207. Situationsaufgabe: Handlungsbereich TECHNIK Bearbeitungszeit: 240 Minuten 00 Punkte Hilfsmittel: alle Hilfsmittel, mit Ausnahme elektronischer Geräte mit eigenem Betriebssystem Aufgabe a) Ermitteln Sie im Rahmen der Grobplanung die verfügbare Arbeitszeit und die 4 Punkte erforderliche Taktzeit (Kundentakt) für die zukünftige Montageanlage (Verdichter) bei einer Montagezeit von 9,6 Minuten/Stück. b) Ermitteln Sie die Mindestanzahl der erforderlichen Montageplätze. 6 Punkte Legen Sie den Montagestrukturtyp fest, zeichnen Sie das Layout der von Ihnen gewählten Montagestruktur und begründen Sie Ihre Entscheidung. Berücksichtigen Sie dabei Aspekte wie Verkettung und Automatisierungsgrad. c) Beschreiben Sie allgemein, welche Faktoren bei der Bestimmung des Flächen- 4 Punkte bedarfs für die Montage zu berücksichtigen sind. d) Prüfen Sie, unter welchen Voraussetzungen die Ihnen zur Verfügung gestellte 4 Punkte Hallenfläche ausreichend ist. Gehen Sie bei Ihrer Berechnung von plausiblen Annahmen aus. Aufgabe 2 Erstellen Sie den Arbeitsplan für den Zusammenbau des Verdichters für die einzelnen Montageplätze entsprechend Aufgabe b). 2 Punkte Aufgabe 3 6 Punkte Erstellen Sie den Prüfplan für den Verdichter. Aufgabe 4 3 Punkte Ermitteln Sie den Personalbedarf in Abhängigkeit von der von Ihnen gewählten Montagestruktur. Die Teilebereitstellung und der Abtransport der Fertigteile erfolgt von einem Mitarbeiter, der nicht zu berücksichtigen ist. Rüst- und Umrüstarbeiten sind nicht zu berücksichtigen.

14 208 Musterklausuren Aufgaben Aufgabe 5 Im Zusammenhang mit der Planung der neuen Montageanlage erwartet die Geschäftsleitung von Ihnen ein Konzept zur ergonomischen Gestaltung der Montagearbeitsplätze. Dabei sollen Sie u. a. folgende Fragestellungen beantworten: a) Welche Zielsetzungen können mit einem angemessenen Konzept zur ergono- 2 Punkte mischen Gestaltung der Montagearbeitsplätze erreicht werden? Beschreiben Sie zwei Argumente. b) Geben Sie sechs Beispiele für Schwerpunkte, die bei der Gestaltung des Ar- 3 Punkte beitsplatzes zu beachten sind. c) Bei der Gestaltung eines Montagearbeitsplatzes ist die Berücksichtigung der 5 Punkte Greifräume von spezieller Bedeutung. Geben Sie für einen Sitzarbeitsplatz fünf konkrete Empfehlungen, die arbeitswissenschaftlich abgesichert sind. d) Aufgrund der Arbeitsteilung wird die Tätigkeit an Montagearbeitsplätzen von 3 Punkte den Mitarbeitern als monoton empfunden. Welche Folgen sind damit verbunden? Geben Sie drei Beispiele für vorbeugende Maßnahmen. e) Nennen Sie sechs Rechtsgrundlagen bzw. Regelwerke, die bei der ergonomi- 3 Punkte schen Gestaltung der Montage zu berücksichtigen sind. Aufgabe 6 In drei Wochen wird die neue Montageanlage geliefert. Das Aufstellen der Anlage erfolgt durch den Hersteller mit Unterstützung eigenen Fachpersonals. a) Nennen Sie alle notwendigen Maßnahmen, die betriebsintern vor der Anliefe- 5 Punkte rung abgeschlossen sein müssen. b) Nennen Sie acht Rechtsgrundlagen/Regelwerke, die Sie beim Aufstellen und 4 Punkte der Inbetriebnahme beachten müssen. Aufgabe 7 Während der Inbetriebnahme der Montageanlage rutscht der Mitarbeiter Herr Klein aus und schlägt mit dem Kopf auf eine Spannvorrichtung. Er zieht sich eine Kopfplatzwunde zu, die heftig blutet und ärztlich behandelt werden muss. Herr Klein ist fünf Tage arbeitsunfähig. a) Prüfen Sie, ob ein Arbeitsunfall vorliegt. 4 Punkte b) Als Bevollmächtigter des Arbeitgebers erstatten Sie Unfallanzeige an den zu- 4 Punkte ständigen Unfallversicherungsträger.