© Bernd Heidemann 1 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ 3 2 Technisches Zeichnen - Abschnitt Toleranzen und Passungen Konstruktionstechnik

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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen

TZ3 2 Technisches Zeichnen - Abschnitt Toleranzen und Passungen

Konstruktionstechnik WS 2012/13

-Technisches Zeichnen Teil 2

- Toleranzen

- Fertigungsverfahren

- Allgm. Toleranzen

- Passungen

Dipl. Ing (FH) Daniel Kelkel

Prof. Dr.-Ing. Bernd Heidemann

Büro 7217

Tel 0681 5867 253

Email [email protected]

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TZÜbersicht 1 Wintersemester 2012/13

Raum 8025, Stunde 1 + 2, ab 7:45

Fr 07.12 Übung techn. System

Toleranzen

Fertigungsverfahren

Fr 14.12. Toleranzen Teil 2

Übung zu Toleranzen

heute

Zeichenmaterial mitbringen

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TZAbschnitt Toleranzen und Passungen – Übersicht

Einführung Einsicht der Notwendigkeit

Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit

Toleranzen: Grundlagen, Einteilung, Festlegungen

Maßtoleranz: Grundbegriffe

Angabe von Maßtoleranzen

Das ISO-Toleranzsystem

Passungen: Grundlagen, Definition, Festlegungen

Grenzpassungen

Passtoleranz

Passungsarten

Passungssystem nach DIN ISO 286

Passungssystem der Einheitsbohrung

Passungssystem der Einheitswelle

Empfehlungen zur Passungsauswahl

Beispiele

Grundgedanken:

Notwendigkeit von Grenzmaßen und

Passungen ?

Jede Geometrie exakt gleich ?

Daher muss zu jeder geometrischen

Eigenschaft die jeweilige zulässige

Abweichung angegeben werden, mit der sie

ausgeführt sein darf.

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TZToleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit

Ein technisches System…

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TZ Toleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit

… ergibt sich erst dann, wenn die Elemente

zueinander passen.

Miteinander gekoppelte Bauteile können

unterschiedliche Funktionen erfüllen:

Gleitlager und Welle => Funktion ?

Zahnrad und Welle => Funktion ?

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TZToleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit

Zielsetzung:

Austauschbarkeit => unabhängige

Fertigung

Der Ausgangspunkt zu den weiteren

Überlegungen ist die

Fertigungsgenauigkeit.

Ein Werkstück kann wirtschaftlich

entsprechend dem technischen Aufwand

bei der Herstellung nur mit kleineren oder

größeren Abweichungen von der als ideal

anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt

werden.

Ursachen für diese Abweichungen

ergeben sich aus den Bedingungen des

jeweiligen Fertigungsverfahrens.

? ?

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Zielsetzung:

Austauschbarkeit

Der Ausgangspunkt zu den weiteren

Überlegungen ist die

Fertigungsgenauigkeit.

Ein Werkstück kann wirtschaftlich

entsprechend dem technischen Aufwand

bei der Herstellung nur mit kleineren oder

größeren Abweichungen von der als ideal

anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt

werden.

Ursachen für diese Abweichungen

ergeben sich aus den Bedingungen des

jeweiligen Fertigungsverfahrens.

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Beispiel „Drehen“:

Geometrieabweichungen und Ursachen

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Wirtschaftlichkeit

Genauigkeit • Konstrukteur verwendet idealisierte Teile für Entwurf

• Durch Herstellung entsteht Abweichung von

idealisierten Form

• Herstellung von verschiedenen Fertigern möglich

• Je genauer die Fertigung sein muss, desto

aufwendiger ist das Verfahren

Ziel:

Teile müssen so genau gefertigt werden, dass sie

zusammen passen und dennoch wirtschaftlich sind

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TZExkurs - Fertigungsverfahren

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TZEinteilung der Geometrieabweichungen

Die Geometrieabweichungen

können sich beziehen

bezüglich der Grobgestalt auf

=> Maß, Form und Lage

bezüglich der Feingestalt auf die

=> Beschaffenheit der

Oberfläche

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TZAbgeleitete Toleranzangaben

Die im Einzelfall akzeptablen Maß-,

Form und Lageabweichungen zur

SOLL-Geometrie werden vom

Konstrukteur festgelegt und in

der technischen Zeichnung durch

Toleranzangaben vermerkt.

Unterscheidung:• Maßtoleranzen

• Form- und Lagetoleranzen

• Angaben zur

Oberflächenbeschaffenheit

DIN EN ISO 1101 DIN EN ISO 1302

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TZGrundsatz und Bedingungen für die Toleranzfestlegung

Grundsatz: Toleranzen so grob wie möglich und so fein wie nötig festlegen.

Unabhängigkeitsprinzip nach DIN ISO 8015:

Alle auf einer Zeichnung angegebenen Toleranzen müssen unabhängig voneinander eingehalten

werden

Vier Bedingungen:

1. Funktionserfüllung

2. Montierbarkeit

3. Herstellbarkeit

4. Prüfbarkeit

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TZMaßtoleranzen – Grundbegriffe nach DIN ISO 286

N Nennmaß vorgegebenes SOLL-Maß

(Nulllinie)

I Istmaß das messbare Maß nach Fertigung

GO oberes Grenzmaß = Höchstmaß

GU unteres Grenzmaß = Mindestmaß

T Maßtoleranz T = GO – GU

AO oberes Abmaß AO = GO – N

AU unteres Abmaß AU = GU – N

Das Nennmaß N kann nie exakt gefertigt werden.

Das Istmaß I ist das tatsächlich am Werkstück vorhandene Maß. Es kann größer oder kleiner sein.

Die Maßtoleranz T definiert den Bereich zwischen den beiden Grenzmaßen Go und Gu, in welchem das

Istmaß I liegen muss.

Liegt das Istmaß I eines Bauteils außerhalb des durch die Maßtoleranz vorgegebenen Bereichs, so ist das Bauteil Ausschuss und darf nicht verwendet werden.

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TZAngabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1

Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm

Toleranzklasse0,5bis3

über3

bis6

über6

bis30

über30bis120

über120bis400

über400bis

1000

über1000bis

2000

über2000bis

4000

f (fein) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

m (mittel) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2 ± 2

g (grob) ± 0,15 ± 0,2 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2 ± 2,0 ± 3 ± 4

v (sehr grob) ± 0,5 ± 1 ± 1,5 ± 2,5 ± 4 ± 6 ± 8

Tabelle 1 Grenzabmaße für Längenmaße

Durch die Wahl einer Toleranzklasse f-v soll/kann die jeweilige werkstattübliche

Genauigkeit berücksichtigt werden.

Im Schriftfeld der Zeichnung z.B. eintragen: Allgemeintoleranz ISO 2768 – f

Allgemeintoleranzen gibt es auch für Rundungshalbmesser, Fasenhöhen und Winkelmaße.

Bei Nennmaßen unter 0,5 mm sind die Grenzabmaße direkt am Nennmaß anzugeben.

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TZAngabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1

Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm

Toleranz-klasse

0,5bis3

über3

bis6

über6

bis30

über30bis120

über120bis400

f (fein) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2

m (mittel)

± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5

g (grob) ± 0,15 ± 0,2 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2

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Welche Toleranzen gelten für die einzelnen Maße ?

Was gilt in diesem Fall für den Innendurchmesser? Warum?

Welche Toleranz kann für eine passende Welle verwendet werden

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TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286

...durch Nennmaß und Abmaße:

Der Maßzahl, also dem Nennmaß N, wird das untere und

obere Abmaß zugefügt.

N Nennmaß = 30 mm

AO oberes Abmaß = 0,2 mm

AU unteres Abmaß = - 0,1 mm

GO Höchstmaß = 30,2 mm

GU Mindestmaß = 29,9 mm

T Maßtoleranz = 0,3 mm (T = GO – GU)

I Istmaß z.B. = 30,1 mm

Weitere Bezeichnungen:

E,e Abmaß allgemein

AO oberes Abmaß = ES, es (écart supérieur)

AU unteres Abmaß = EI, ei (écart inférieur)

GoB = N + ES (Höchstmaß Bohrung)

GuW = N + ei (Mindestmaß Welle) Analog: GuB , GoW

NennmaßßoberesAbma

aßunteresAbm

302,0

1,0

20 2,0

Ø40±0,5

15°±1°

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TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Darstellung

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...mit dem ISO-Toleranzsystem:

Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl

Grundgedanken des ISO-Toleranzsystem:

Die erzielbare Herstellungsgenauigkeit ist auch

von der Absolutgröße des jeweiligen Bauteils

abhängig.

Gleiche Herstellungsqualität ergibt bei größeren

Bauteilen absolut gesehen größere

Ungenauigkeiten als bei kleineren.

Ansatz:

Festlegung definierter Genauigkeitsklassen,

der so genannten IT-Toleranzgrade. Diese werden

mit Kennzahlen ausgedrückt.

Wellendurchmesser Ø 30 h6Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7

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TZISO-Toleranzsystem – Die IT- Zahlen u. fertigungstechnische Realisierung

Die verschiedenen IT-Toleranzgrade können am Werkstück mit bestimmten Bearbeitungsverfahren erreicht werden:

Maßtoleranzen einige 0,0001mm:Feinstbearbeitungsverfahren wie Läppen, Honen, Feinstschleifen

Anwendung: Lehren, Meßzeuge

Maßtoleranzen einige 0,01mm:Schleifen, Reiben, Feindrehen, Ziehen, Räumen, Fräsen, Hobeln, u.a.

Anwendung: Übliche Passungen für das funktionsbedingte Fügen (Koppeln)

von Bauteilen.

Maßtoleranzen einige 0,1mm bis einige mm:Stanzen, Walzen, Pressen, Schmieden, Gießen, u.a.

Anwendung: Erzeugnisse aus obigen Fertigungsverfahren, also Gussteile,

Schmiedeteile, Stanzteile.

IT01

IT 0

IT 1

IT 2

IT 3

IT 4

IT 5

IT 6

IT 7

IT 8

IT 9

IT10

IT11

IT12

IT13

IT14

IT15

IT16

IT17

IT18

Grundtole-ranzgrade

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TZDas ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen

Grundtoleranzen (Ausschnitt) Zahlenwerte in μm

Nennmaßbereich in mm

bis3

> 3 bis 6

> 6 bis 10

> 10 bis 18

> 18 bis 30

> 30 bis 50

> 50 bis 80

> 80 bis 120

> 120 bis 180

> 180 bis 250

IT01 0,3 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1,2 2

IT 0 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1 1,2 1,5 2 3

IT 1 0,8 1 1 1,2 1,5 1,5 2 2,5 3,5 4,5

IT 2 1,2 1,5 1,5 2 2,5 2,5 3 4 5 7

IT 3 2 2,5 2,5 3 4 4 5 6 8 10

IT 4 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14

IT 5 7 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20

IT 6 10 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29

IT 7 16 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46

IT 8 25 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72

IT 9 40 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115

IT10 64 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185

IT11 100 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290

IT12 160 100 120 150 180 210 250 300 350 400 460

IT13 250 140 180 220 270 330 390 460 540 630 720

IT14 400 250 300 360 430 520 620 740 870 1000 1150

IT15 640 400 480 580 700 840 1000 1200 1400 1600 1850

IT16 1000 600 750 900 1100 1300 1600 1900 2200 2500 2900

IT17 1600 1500 1800 2100 2500 3000 3500 4000 4600

IT18 2500 2700 3300 3900 4600 5400 6300 7200

Ausschnitt

Gru

ndto

le-

ranz

grad

e

Anz

ahl

von

i

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TZISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl

Die (Kenn-) Zahl:

...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an.

Der Toleranzgrad IT legt die Größe des

Toleranzfeldes T fest.

Das Toleranzfeld T wird mit steigendem

Toleranzgrad IT und mit größerem

Nennmaßbereich größer.

Ausschnitt

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TZISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen in Abhängigkeit vom Nennmaß

(Kenn-) Zahl:

Das Toleranzfeld wird mit steigendem



0

10

20

30

40

50

60

O1 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9

bis 3 mm

>18-30 mm

Grundtoleranzgrad IT

Gru

ndto

lera

nzen

in μ

m

Nennmaßbereiche:

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TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe

(Kenn-) Buchstabe:

...gibt die Lage des jeweiligen

Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie

(Nennmaß N) an, in dem der

Abstand zur Nulllinie definiert wird.

Großbuchstaben A bis Z:

...für Innenpassflächen, z.B.

Bohrungen, Nuten, ...Toleranzfelder A-H über Nulllinie,

Grenzmaße > Nennmaß.

Mindestmaß bei H-Feld = Nennmaß.

Toleranzfelder M-ZC unter Nulllinie,

Grenzmaße < Nennmaß.

Kleinbuchstaben a bis z:

...für Außenpassflächen, z.B.

Wellen, Nutensteine, ...Toleranzfelder a-h unter Nulllinie,

Grenzmaße < Nennmaß.

Höchstmaß bei h-Feld = Nennmaß.

Toleranzfelder k-zc über Nulllinie,

Grenzmaße > Nennmaß.

Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm.

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Der Kenn-) Buchstabe…

...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie

(Nennmaß N) in Abhängigkeit des Nennmaßbereichs an, indem das

näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben wird.

Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage

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Der Kenn-) Buchstabe…

...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes

relativ zur Nulllinie (Nennmaß N) in Abhängigkeit

des Nennmaßbereichs an, indem das näher an

der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben

wird.

H7

O Nulllinieh6

Nen

nmaß

30

+21 μm (gemäß IT 7)

-13 μm (gemäß IT 6)

Beispiel:

Wellendurchmesser Ø 30 h6

Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7

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TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) BuchstabeTabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage

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TZISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl

Die (Kenn-) Zahl:

...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an.

Der Toleranzgrad IT legt die Größe des

Toleranzfeldes T fest.

Das Toleranzfeld T wird mit steigendem



Ausschnitt

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30



...mit dem ISO-Toleranzsystem:

Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl

Das Zusammenwirken (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl:

Der Toleranzbuchstabe gibt zunächst (unabhängig vom Toleranzgrad) das näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vor.

Sodann legt der Toleranzgrad IT die – mit dem Nennmaßbereich variable – Größe des Toleranzfeldes und damit das zweite Grenzabmaß fest.


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TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel


30 h6 30 H7

N Nennmaß = 30,0 mm 30,0 mm

AO oberes Abmaß = 0,0 mm 0,021 mm

AU unteres Abmaß = - 0,013 mm 0,0 mm

GO Höchstmaß = 30,0 mm 30,021 mm

GU Mindestmaß = 29,987 mm 30,0 mm

T Maßtoleranz = 0,013 mm 0,021 mm

300

013,0 30021,0

0

H7

Oh6

30

+21 μm (gemäß IT 7)

-13 μm (gemäß IT 6)

Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie:

Welle Bohrung

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Wellendurchmesser Ø 35 p5Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7

35 p5 35 H7


AO oberes Abmaß = ? mm ? mm

AU unteres Abmaß = ? mm ? mm

GO Höchstmaß = ? mm ? mm

GU Mindestmaß = ? mm ? mm

T Maßtoleranz = ? mm ? mm

H7

O

p6

35


Welle Bohrung

Spiel ? Übermaß ?

35 35 ??

??

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Wellendurchmesser Ø 35 p5Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7

35 p5 35 H7


AO oberes Abmaß = 0,037 mm 0,025 mm

AU unteres Abmaß = 0,026 mm 0,0 mm

GO Höchstmaß = 35,037 mm 30,025 mm

GU Mindestmaß = 35,026 mm 30,0 mm

T Maßtoleranz = 0,011 mm 0,025 mm

H7

O

p6

35


Welle Bohrung

Spiel ? Übermaß ?

35 025,0

0

35 +0,037

026,0

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TZPassungen – Grundlagen und Begriffe

Damit Bauteile ihre Funktion

zweckentsprechend erfüllen können,

müssen sie zueinander passen.

Eine Passung (auch: Paarung

zweier Passflächen) entsteht durch

den Zusammenbau zweier

zusammengehöriger Bauteile, z.B.

Zahnrad auf einer Welle, Stift in einer

Bohrung.

Unterscheidung:

Rundpassung und Flachpassung.

Definition „Passung“:

Die Passung P ist die Maßdifferenz

von Innen- und Außenpassfläche vor

dem Zusammenbau (Fügen) der

Passteile.

Die Passung P ist ein

vorzeichenbehaftetes Längenmaß.

Passungen des ISO-Passungssystems gelten für Rund- und Flachteile.

Kriterien für Festlegung einer Passung:

• Funktionserfüllung gewährleisten• Montage und Austauschbarkeit gewährleisten• Die erforderliche Toleranzen müssen mit der

vorhandenen Fertigungstechnik realisierbar sein.

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TZPassungen – Übermaß- und Spielpassung

Die Passteile haben je

nach Lage des

Maßunterschieds

entweder Übermaß oder

Spiel.

Unterscheidung:

Außenpassfläche

Innenpassfläche

Spiel PS bei Spielpassung: Maß der Innenpassfläche > Maß der AußenpassflächeÜbermaß PÜ bei Übermaßpassung: Maß der Innenpassfläche < Maß der Außenpassfläche

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TZPassungen – Grenzpassungen

Höchstspiel PSo = GoB – GuW (1)

Mindestspiel PSu = GuB – GoW

(1) Größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser.

Grenzpassungen:

Die Maße der korrespondierenden Passflächen liegen an den Grenzen der jeweiligen Toleranzbereiche.

Spielpassung Übermaßpassung

Mindestübermaß PÜo = GoB – GuW

Höchstübermaß PÜu = GuB – GoW

Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche)W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)

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TZPassungen – Grenzpassungen - Erläuterungen

Benennung Definition Beispiel für zylindrische Passflächen

Höchstspiel PSo

bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche

größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster WellendurchmesserPSo = GoB – GuW

Mindestspiel PSu

bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche

kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter WellendurchmesserPSu = GuB – GoW

Mindestübermaß PÜo

bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche

größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster WellendurchmesserPÜo = GoB – GuW

Höchstübermaß PÜu

bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche

kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter WellendurchmesserPÜu = GuB – GoW

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TZPassungen – Die Passtoleranz PT

Höchstpassung Po Po = GoB – GuW = AoB – AuW

Po > 0 Po = PSo Höchstspiel

Po < 0 Po = PÜo Mindestübermaß

Mindestpassung Pu Pu = GuB – GoW = AuB – AoW

Pu > 0 Pu = PSu Mindestspiel

Pu < 0 Pu = PÜu Höchstübermaß

Istpassung Pi Pi = IB - IW = AiB - AiW

Pi > 0 Istspiel

Pi < 0 Istübermaß

Passtoleranz PT PT = PO - PU = TB + TW

Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche)W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)

Die Passtoleranz PT ist eine aus den

Grenzpassungen abgeleitete Größe.

In Analogie zur Maßtoleranz T

(Differenz zwischen Höchst- und

Mindestmaß) ist die Passtoleranz

definiert als die Differenz zwischen

der Höchst- und der Mindestpassung.

Die stets positive Passtoleranz ist die

mögliche Schwankung des Spiels

oder des Übermaßes zwischen den

zu paarenden Teilen.

Die Passtoleranz ist gleich der

Summe der Maßtoleranzen von

Innen- und Außenpassfläche.

Es gelten die Zusammenhänge der

nebenstehenden Tabelle.

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TZPassungen – Die drei Passungsarten

1. Spielpassung:

• Die Außenpassfläche hat stets ein

kleineres Maß als die Innenpassfläche.

• Das Fügen der Passteile ist in jedem Fall

mit geringen Kräften möglich.

• Die Innenpassfläche sitzt relativ lose auf

der Außenpassfläche.

2. Übergangspassung:

• Das Istmaß der Außenpassfläche ist

geringfügig kleiner oder größer als das

Istmaß der Innenpassteile.

• Das Fügen der Passteile ist mit geringen

Kräften möglich.

• Es entsteht ein enger, jedoch immer noch

beweglicher Sitz der Innenpassfläche auf

der Außenpassfläche, der gar kein oder ein

nur geringes Spiel aufweist.

3. Übermaßpassung (früher: Presspassung): • Die Außenpassfläche weist stets ein größeres Maß auf als die

Innenpassfläche (Übermaß). • Das Fügen der Passteile ist nur durch - unter Umständen erhebliche -

Krafteinwirkung in Fügerichtung möglich. • Nach dem Fügen ergibt sich ein mit Sicherheit spielfreier, fester Sitz der

Innenpassfläche auf der Außenpassfläche.

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TZISO-Toleranzsystem – Kombinationsvielfalt = Variantenfülle


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TZPassungen – Das Passungssystem nach DIN ISO 286

Zur Sicherstellung funktionsgerechter Passungen in

Bauteilverbänden bedient man sich in der Regel des ISO-

Toleranzsystems. Da die verschiedenen Toleranzfeldlagen

(Kennbuchstabe) und Toleranzgrade (Kennzahl zur Festlegung der

Größe des Toleranzfelds) in der (jeweils paarweisen) Kombination zu

einer extrem großen Zahl an resultierenden Passtoleranzen führen

würden und Messzeuge, insbesondere Grenzlehren infolge ihrer

Genauigkeit teuer in der Anschaffung sind, wird diese

Kombinationsvielfalt durch so genannten Passungssysteme sinnvoll

eingegrenzt. Gebräuchlich sind die beiden Passungssysteme der

Einheitsbohrung und der Einheitswelle. Hierbei wird abhängig von

der Qualitätsanforderung entweder die Bohrungs- oder die

Wellentoleranz festgelegt und die jeweils andere entsprechend der

geforderten Funktion hinzugewählt.

Grundgedanken:

• Das ISO-Toleranzsystem stellt funktionsgerechte

Passungen in Bauteilverbänden sicher.

• Die Kombinationsvielfalt wird durch so genannte

Passungssysteme sinnvoll eingegrenzt.

• Es gibt 2 gebräuchliche Passungssysteme:

Das Passungssystem Einheitsbohrung sowie das

Passungssystem Einheitswelle.

Abb.: Grenzlehrdorne

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TZGrenzlehrdorn und Rachenlehre

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TZDas Passungssystem Einheitsbohrung (EB) DIN 7154

• Für die Innenpassfläche (Bohrung)

wird einheitlich die

Toleranzfeldlage H verwendet.

• Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen

H6 bis H13 zugelassen

• Das gewünschte Passtoleranzfeld

wird durch die Wahl der

Toleranzfeldlage für die

Außenpassfläche (Welle)

festgelegt

• Gebräuchliches Standard-

fertigungsverfahren:

Bohren mit Wendelbohrer erzeugt H

11, Reiben mit Reibahle erzeugt H 7

Übermaß-passungen

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TZDas Passungssystem Einheitswelle (EW) DIN 7155

• Für die Außenpassfläche (Welle) wird

einheitlich die Toleranzfeldlage h

verwendet.

• Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen h5,

h6, h8 bis h13 zugelassen.

• Das gewünschte Passtoleranzfeld wird

durch die Wahl der Toleranzfeldlage für

die Innenpassfläche (Bohrung)

festgelegt

• Anwendung bei

- fertigbearbeiteten Zukaufteilen

- Halbzeugen (gezogene Stangen) mit h-

ToleranzfeldÜbermaß-

passungen

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TZPassungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen

System EB

Einheitsbohrung

System EW

Einheitswelle

Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele

Übermaßpassungen

H8/x8

H8/u8

X7/h6

U//h6

Nur durch Erwärmen bzw. Kühlen fügbar.

Auf Wellen festsitzende Zahnräder, Kupplungen, Schwungräder.

Zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen nicht erforderlich.

H7/s6

H7/r6

S7/h6

R7/h6

Teile unter größerem Druck oder Erwärmen bzw. Kühlen fügbar.

Lagerbuchsen in Gehäusen, Buchsen in Radnaben, Flansche auf Wellenenden.

Zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen nicht erforderlich.

Übergangspassungen

H7/n6 N7/h6 Teile unter Druck fügbar.

Radkränze auf Radkörpern, Lagerbuchsen in Gehäusen und Radnaben, Kupplungen auf

Wellenenden.

Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern.

H7/k6 K7/h6 Teile mit Hammerschlägen fügbar.

Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungen, Bremsscheiben auf Wellenenden.


H7/j6 J7/h6 Teile mit leichten Hammerschlägen oder von Hand fügbar.

Für leicht ein- und auszubauende Zahnräder, Riemenscheiben, Buchsen.


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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband

WelleI = Innenteili = innena = außen

NabeA = Außenteili = innena = außen

DIa > DAi

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Beispiel für Pressverbände:Radachse eines Förderwagens

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TZISO-Toleranzsystem


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TZPassungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen

System EB

Einheitsbohrung

System EW

Einheitswelle

Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele

Spielpassungen

H7/h6

H8/h9

H11/h9

H7/h6

H8/h9

H9/h11

Teile von Hand noch verschiebbar.

Für gleitende Teile und Führungen, Zentrierflansche, Reitstockpinole, Stell- und

Distanzringe.

H7/g6 G7/h6 Teile ohne merkliches Spiel verschiebbar.

Gleitlager für Arbeitsspindeln, verschiebbare Räder und Kupplungen.

H7/f7

H8/f7

F8/h6

F8/h9

Teile mit geringem Spiel beweglich. Gleitlager allgemein,

Gleitbuchsen auf Wellen, Steuerkolben in Zylindern.

H8/e8 E9/h9 Teile mit merklichem Spiel beweglich.

Mehrfach gelagerte Welle, Kurbelwellen- und Schneckenwellenlagerung,

Hebellagerungen.

H8/d9

H11/d9

D10/h9

D10/h11

Teile mit reichlichem Spiel beweglich.

Lagerungen an Bau und Landmaschinen, Förderanlagen, Grobmaschinenbau allgemein.

H11/c11

H11/a11

C11/h9

C11/h11

A11/h11

Teile mit sehr großem Spiel beweglich.

Lager mit hoher Verschmutzungsgefahr und bei mangelhafter Schmierung,

Gelenkverbindungen.

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TZPassungen – Ein Beispiel

Innenpassfläche Außenpassfläche Allgm. Toleranz (f)

Passmaß 25 H7 25 f7 25

Passsystem

Tabellenwerte

Nennmaß 25 25

Oberes Abmaß -0,020

Unteres Abmaß 0,0

Höchstmaß

Mindestmaß

Maßtoleranz

Istmaß, z.B. 25,010 24,970

Höchstspiel

Mindestspiel

Istspiel, z.B.

Passungsart

Passtoleranz

020,0041,025

021,0

025

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TZPassungen – Ein Beispiel

Innenpassfläche Außenpassfläche Paarung / Passung

Passmaß 25 H7 25 f7 25 H7/f7

Passsystem Einheitsbohrung

Tabellenwerte

Nennmaß 25 25

Oberes Abmaß +0,021 -0,020

Unteres Abmaß 0,0 -0,041

Höchstmaß 25,021 24,980

Mindestmaß 25,0 24,959

Maßtoleranz 0,021 0,021

Istmaß, z.B. 25,010 24,970

Höchstspiel +0,062

Mindestspiel +0,020

Istspiel, z.B. +0,040

Passungsart Spielpassung

Passtoleranz 0,042

020,0041,025

021,0

025

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TZBeispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband

Halde

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TZBeispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband

Beispiel Druck-Öl-Preßverband

Animation siehe Bilder-Ordner unter Wellen-Naben-Verbindung

Montage Kupplung auf Welle im Walzwerkbau

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Beispiel für Pressverband:Eisenbahnrad mit Radreifen

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Beschreibung:

• es werden zwei Teile gefügt, die vor dem Zusammenbau

Übermaß Ü haben. DIa > DAi

• nach dem Fügen sind die beiden Durchmesser gleich

dem Fugendurchmesser DF.

• die gleichmäßig über den Fugenumfang verteilte, radial

gerichtete Flächenpressung p wird durch elastische

Verformung von Welle und Nabe erzeugt.

• Die Flächenpressung p in der Fuge ist von der Größe des

Übermaßes (UA, UI) und von den geometrischen

Verhältnissen der Fügepartner (Voll- bzw. Hohlwelle)

abhängig.

Vorteile:

• einfache und preiswerte Herstellung.

• gute Ausnutzung, weil die gesamt Grenzfläche zwischen

Welle und Nabe zur Übertragung herangezogen wird.

• Geringe Kerbwirkung

Nachteile:

• Höhere Fertigungsgenauigkeit (Toleranzen, Oberflächen)

• Aufwand für die Montage (Erwärmen, Unterkühlen)

• Demontage schwierig...

WelleI = Innenteili = innena = außen

NabeA = Außenteili = innena = außen

DIa > DAi

Beispiel für Pressverbände:Radachse eines Förderwagens

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Anwendung und Einsatz:

• zum Übertragen großer wechselnder und stoßartiger

Drehmomente T und Längskräfte FA

• Zahnräder und Kupplungsnaben auf Wellen

• Zahnkränze auf Radkörper

• Eisenbahn: Radreifen auf Radkörper

• ein Verstellen der Teile nach dem Fügen ist nicht mehr

möglich

RF S

plDT1

2 min2

T = das übertragbare Drehmoment

DF = Fugendurchmesser

l = Länge der Fügefläche

μ = Haftbeiwert der Paarung

pmin = Flächenpressung (Pressdruck, radiale Druckspannung)

SR = Sicherheitsbeiwert gegen Durchrutschen (1,5 ... 2,0)

lD

STp

F

R2min

2

FA = die übertragbare Axialkraft

lD

Fp

SFF

F

H

RAaxialH

min

Dimensionierungsansatz zulvorhanden ppp min

Beispiel für Pressverband:Eisenbahnrad mit Radreifen

Zur Übertragung von T und FA:

lD

DT

F

pF

Fa 2

22

min

4

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Längspresssitz:

• die Welle wird bei Raumtemperatur in die Nabe gepresst.

• auf (hydraulischer) Presse oder mit Hammerschlägen

• Einpressgeschwindigkeit niedrig ca. 2mm/s

• Werkstoff braucht Zeit zum Ausweichen und Verdichten.

• Fügeflächen einölen (sonst besteht bei gleichen

Werkstoffen die Gefahr des Kaltverschweißens)

• die volle Tragfähigkeit wird erst nach einer Setzzeit von

bis zu 2 Tagen erreicht.

Abb

ildun

g: H

aber

haue

r200

1

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Beim Querpresssitz wird zusätzlich unterschieden in:

1. Dehnpressverband:

• Innenteil (Welle) wird vor dem Fügen auf tI gekühlt

(Trockeneis -78°C, flüssiger Stickstoff ca. -190°C)

2. Schrumpfdehnverband:

• Außenteil (Nabe) wird vor dem Fügen auf tA erwärmt (in

Öl bis ca. 350°C, in elektrisch oder gasbeheizte Öfen bis

ca. 700°C, bei einfachen Teilen mit Gasflamme)

Übliches Fügespiel etwa ΔD = 0,001DF

Kombinationen von 1 und 2 möglich und sinnvoll bei

großen Übermaßen. Demontage??

FIUI D

DUtt

max

FAUA D

DUtt

max

tU = Umgebungstemperatur

αA, αI = lineare Wärmeausdehnungs-

koeffizienten des Naben- bzw.

Wellenwerkstoffs bei der mittleren

Temperatur

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und in:

3. (Druck-)ölpressverband:

• Fügen und/oder Lösen erfolgt durch Einpressen von Öl,

das in der Fügezone einen hydrostatischen Druck aufbaut,

die Fügepartner elastisch verformt und durch den Ölfilm in

der Fügezone trennt (wird auch als Hydraulikmontage

bezeichnet).

• Welle und Nabe müssen mit geeigneten Anschlüssen,

Bohrungen und umlaufenden Rillen bzw. Öltaschen für das

Zuführen von Drucköl versehen werden.

• Die Fügeflächen sind schwach kegelig (1:20 bis 1:30) zu

gestalten.

• Die Nabe wird auf die Welle geschoben, das Drucköl

eingepresst (p bis 2000 bar) und die aufgeweitete Nabe

weiterverschoben.

• Nach Wegnahme des Öldrucks muss die axiale Fügekraft

noch so lange (bis zu 2h) aufrechterhalten bleiben, bis das

Öl vollständig aus der Fügefläche verdrängt ist.

• siehe auch DIN 15 055.

Kurze Nabe:Eine Bohrung im Schwerpunkt des Nabenquerschnitts.

Lange Nabe:Mehrere Nuten, davon eine unter demsteiferen Flansch.

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Erforderliches Übermaß, Übermaßpassung:

Mit lassen sich das erforderliche

Mindesthaftmaß Zmin und das größte zulässige Haftmaß

Zmax berechnen.

Unter Berücksichtigung des Übermaßverlustes ΔU

ergeben sich die zur Auswahl der Übermaßpassung

wichtigen Übermaße:

AIF KKD

Zp

UZU

UZU

maxmax

minmin Mindestübermaß

Höchstübermaß

Um Unsicherheiten bei der Auslegung zu verringern:

Rauhtiefen Rz möglichst klein halten.

mRm z 82

Abbildung: Steinhilper1993

Einfluss der Glättung auf das wirksame Übermaß:

zIzA RRUZ

GUUUZ

4,02

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Werkstoffhinweise:

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TZLiteraturangaben

Böttcher / Forberg: Technisches Zeichnen. Stuttgart, Leipzig: Teubner, 1998.

Schließer / Schlindwein / Steinhilper: Konstruieren und Gestalten. Würzburg: Vogel Buchverlag, 1989.

Hoischen: Technisches Zeichnen. Berlin, Düsseldorf: Cornelsen Verlag, 2003.

Documents

© Bernd Heidemann 1 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ 3 2 Technisches Zeichnen - Abschnitt Toleranzen und Passungen Konstruktionstechnik