Bearbeitungstoleranzen: ISO 2768, Passungen und Bemaßung

Kein gefertigtes Teil hat exakt sein Nennmaß: Die Toleranz legt die zulässige Abweichung fest. Statt an jedem Maß eine Toleranz anzugeben, kann die Zeichnung im Schriftfeld auf eine Norm für Allgemeintoleranzen verweisen. Die ISO 2768-1 deckt Längen- und Winkelmaße ohne einzelne Toleranzangabe ab und definiert vier Klassen: f (fein), m (mittel), c (grob) und v (sehr grob).

Zulässige Abmaße bei Längenmaßen in Millimetern (symmetrische Abmaße, plus/minus). „Über 3 bis 6“ bedeutet: über 3 mm und bis einschließlich 6 mm:

Beispiel: Ein Maß von 50 mm ohne einzelne Toleranz kann auf einer Zeichnung in Klasse m um ±0,3 mm variieren (zwischen 49,7 und 50,3 mm); in Klasse f um ±0,15 mm. Die Norm enthält zudem getrennte Tabellen für Radien, Fasen und Winkel, die hier nicht wiedergegeben sind. Die Klasse m ist auf Zeichnungen mechanischer Teile sehr verbreitet.

Ein Maß innerhalb seiner Toleranz garantiert noch keine perfekte Form: Ein Teil kann alle Abmessungen einhalten und trotzdem verzogen sein. Teil 2 der Norm legt allgemeine Form- und Lagetoleranzen fest, insbesondere für Geradheit, Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Symmetrie und Lauf, in drei Klassen: H (die feinste), K und L (die gröbste).

Die Bezeichnung kombiniert beide Teile. Der Vermerk „Allgemeintoleranzen ISO 2768-mK“ im Schriftfeld bedeutet: Klasse m für Längen- und Winkelmaße, Klasse K für die Geometrie. Ohne einen solchen Vermerk gilt keine Allgemeintoleranz im normativen Sinn: Die Werkstatt greift dann auf ihre eigene Praxis zurück, was eine Quelle für Streitigkeiten ist.

Im neueren GPS-Ansatz (Geometrische Produktspezifikation) behandelt die ISO 22081 (2021) allgemeine geometrische Spezifikationen und ersetzt die ISO 2768-2. Der Vermerk ISO 2768-mK ist auf bestehenden Zeichnungen aber weiterhin sehr verbreitet, und die meisten Werkstätten verstehen ihn. Klären Sie mit Ihrem Konstruktionsbüro, welche Referenz in Ihrem Unternehmen gilt.

Wenn zwei Teile zusammengebaut werden (z. B. eine Welle in einer Bohrung), bestimmt die Toleranz jedes Teils das entstehende Spiel oder Übermaß. Das ISO-Passungssystem (ISO 286) normiert diese Toleranzen durch zwei Angaben: den Toleranzgrad IT (die Zahl, von IT01 bis IT18; je kleiner, desto enger die Toleranz) und die Lage des Toleranzfelds zum Nennmaß (der Buchstabe, groß für eine Bohrung, klein für eine Welle).

Die Schreibweise H7/g6 liest sich: Bohrung H7 und Welle g6. Das System Einheitsbohrung (H) ist am gebräuchlichsten: Die Bohrung behält ihre Lage, und man variiert den Buchstaben der Welle, um ein Spiel (g, h, f), eine Übergangspassung (k, js) oder ein Übermaß (p, s) zu erhalten. Beispiel für einen Nenndurchmesser von 25 mm:

Diese Werte gelten für den Durchmesserbereich von 18 bis 30 mm: Sie ändern sich mit dem Durchmesser. Konsultieren Sie die Tabellen der ISO 286-2 oder fragen Sie Ihre Werkstatt danach. Fertigungstechnisch wird eine H7-Bohrung üblicherweise durch Feinbohren oder Reiben hergestellt; feinere Toleranzgrade wie IT6 erfordern oft ein Schleifen.

Die geometrische Tolerierung drückt die Funktion des Teils besser aus als eine Anhäufung von Plus-/Minus-Maßen. Sie ist in der ISO 1101 im Rahmen der geometrischen Produktspezifikation (GPS) definiert. Eine Anforderung steht in einem Toleranzrahmen: Symbol der Eigenschaft, Wert der Toleranzzone (bei zylindrischer Zone mit vorangestelltem Ø), dann eine oder mehrere Bezugsangaben (A, B, C), definiert in der ISO 5459. Die Eigenschaften gliedern sich in Gruppen:

• Form (ohne Bezug): Geradheit, Ebenheit, Rundheit, Zylindrizität.
• Richtung : Parallelität, Rechtwinkligkeit, Neigung.
• Ort : Position, Koaxialität, Konzentrizität, Symmetrie.
• Lauf : Rundlauf und Gesamtlauf.
• Profil : Profil einer beliebigen Linie oder Fläche.

Warum nutzt man sie? Um zwei Befestigungsbohrungen zu positionieren, ergibt eine Koordinatenbemaßung ±a eine quadratische Toleranzzone mit der Seitenlänge a. Eine Positionstolerierung definiert eine kreisförmige Zone: Wählt man den Umkreis dieses Quadrats (Durchmesser etwa 1,41 a), vergrößert sich die zulässige Fläche um etwa 57 %. Für eine Baugruppe, die vom radialen Abstand abhängt (Schraube in einer Bohrung, Bolzen in einer Bohrung), entspricht diese Zone besser der Funktion und lässt der Werkstatt mehr Spielraum. Im Gegenzug müssen die Bezüge die tatsächliche Montage abbilden.

Zeichnungen nordamerikanischer Herkunft folgen oft der Norm ASME Y14.5, die der ISO 1101 ähnelt, sich aber in einigen Punkten unterscheidet: Weisen Sie die Werkstatt darauf hin. Zur Prüfung dieser Anforderungen ist in der Regel eine Koordinatenmessmaschine nötig.

Die Rauheit Ra ist der arithmetische Mittenrauwert des Profils, angegeben in Mikrometern. Sie war lange in der ISO 4287 definiert und wurde nach ISO 1302 in Zeichnungen angegeben; die Normenreihe ISO 21920 ersetzt sie schrittweise. Die folgenden Größenordnungen sind Richtwerte und hängen von Werkstoff, Werkzeug und Schnittparametern ab:

Ra sagt nicht alles: Zwei Flächen mit gleichem Ra können unterschiedliche Texturen haben. Für die meisten Teile genügt ein allgemeiner Vermerk (z. B. „Ra 3,2, sofern nicht anders angegeben“), ergänzt um einige gekennzeichnete Flächen. Jede Stufe an Feinheit fügt Durchgänge hinzu, mitunter einen Schleifvorgang.

Eine engere Toleranz kostet nicht linear. Solange die Anforderung innerhalb der normalen Fähigkeiten der Maschine bleibt, ist die Wirkung moderat. Darüber hinaus wechselt die Werkstatt das Verfahren, und jeder Wechsel kostet:

• langsamere Schlichtdurchgänge, sorgfältigere Werkzeuge, die früher ausgetauscht werden;
• eine thermische Stabilisierung von Teil und Maschine, da die Bezugstemperatur der Messung bei 20 °C liegt;
• zusätzliche Arbeitsgänge (Schleifen, Nacharbeit auf einer anderen Maschine);
• eine feinere Prüfung, oft an jedem Teil, mit einem Messmittel, dessen Unsicherheit deutlich unter der Toleranz liegt; häufig wird die Faustregel „Zehntelregel“ genannt;
• ein höheres Ausschussrisiko, das sich im Preis niederschlägt.

1. Von der Funktion ausgehen. Fragen Sie sich bei jeder Fläche, was passiert, wenn das Maß variiert: Ändert sich nichts, genügt die Allgemeintoleranz.
2. Allgemeintoleranzen im Schriftfeld angeben (z. B. ISO 2768-mK) und nur die funktionalen Maße einzeln tolerieren.
3. Genormte Passungen verwenden (H7/g6, H7/h6 …) statt individueller Werte.
4. Für Positionen die geometrische Tolerierung bevorzugen, um eine kreisförmige Zone zu nutzen, mit Bezügen, die die Montage widerspiegeln.
5. Redundante oder Kettenbemaßung vermeiden. Jedes Maß erscheint nur einmal; ein Hilfsmaß steht in Klammern und wird nicht geprüft.
6. Angeben, ob die Maße vor oder nach der Behandlung gelten. Eine dicke Schicht wie Hartanodisieren oder chemisch Nickel verändert die Abmessungen um einige Mikrometer bis mehrere Dutzend Mikrometer.
7. Maschinengenauigkeit und funktionale Toleranz unterscheiden. Was die Maschine kann, ist nicht das, was Ihr Teil verlangt.

Sobald Ihre Zeichnung bemaßt ist, fügen Sie sie einem vollständigen Lastenheft bei. Auf Meaflow ist es kostenlos, eine Anfrage einzustellen: Sie können die antwortenden Dienstleister bitten, Maße zu nennen, die das Teil verteuern. Zu den Werkstoffen siehe Werkstoffe für gefräste und gedrehte Teile.