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

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1 © Bernd Heidemann 1 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ 3 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

2 © Bernd Heidemann 2 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Übersicht 1 Wintersemester 2012/13 Raum 8025, Stunde 1 + 2, ab 7:45 Fr Übung techn. System Toleranzen Fertigungsverfahren Fr Toleranzen Teil 2 Übung zu Toleranzen heute Zeichenmaterial mitbringen

3 © Bernd Heidemann 3 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Abschnitt Toleranzen und Passungen – Übersicht EinführungEinsicht 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.

4 © Bernd Heidemann 4 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Toleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit Ein technisches System…

5 © Bernd Heidemann 5 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen 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 ?

6 © Bernd Heidemann 6 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Toleranzen 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. ? ?

7 © Bernd Heidemann 7 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit 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.

8 © Bernd Heidemann 8 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Beispiel Drehen: Geometrieabweichungen und Ursachen

9 © Bernd Heidemann 9 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit 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

10 © Bernd Heidemann 10 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Exkurs - Fertigungsverfahren

11 © Bernd Heidemann 11 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Einteilung der Geometrieabweichungen Die Geometrieabweichungen können sich beziehen bezüglich der Grobgestalt auf => Maß, Form und Lage bezüglich der Feingestalt auf die => Beschaffenheit der Oberfläche

12 © Bernd Heidemann 12 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Abgeleitete 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 1101DIN EN ISO 1302

13 © Bernd Heidemann 13 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Grundsatz 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

14 © Bernd Heidemann 14 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Maßtoleranzen – Grundbegriffe nach DIN ISO 286 N Nennmaß vorgegebenes SOLL-Maß (Nulllinie) I Istmaß das messbare Maß nach Fertigung G O oberes Grenzmaß = Höchstmaß G U unteres Grenzmaß = Mindestmaß T Maßtoleranz T = G O – G U A O oberes AbmaßA O = G O – N A U unteres AbmaßA U = G U – 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 G o und G u, 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.

15 © Bernd Heidemann 15 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm Toleranzklasse 0,5 bis 3 über 3 bis 6 über 6 bis 30 über 30 bis 120 über 120 bis 400 über 400 bis 1000 über 1000 bis 2000 über 2000 bis 4000 f (fein)± 0,05 ± 0,1± 0,15± 0,2± 0,3± 0,5 m (mittel)± 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.

16 © Bernd Heidemann 16 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm Toleranz- klasse 0,5 bis 3 über 3 bis 6 über 6 bis 30 über 30 bis 120 über 120 bis 400 f (fein)± 0,05 ± 0,1± 0,15± 0,2 m (mittel) ± 0,1 ± 0,2± 0,3± 0,5 g (grob)± 0,15± 0,2± 0,5± 0,8± 1,2 25 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

17 © Bernd Heidemann 17 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO durch Nennmaß und Abmaße: Der Maßzahl, also dem Nennmaß N, wird das untere und obere Abmaß zugefügt. N Nennmaß = 30mm A O oberes Abmaß= 0,2mm A U unteres Abmaß= - 0,1mm G O Höchstmaß= 30,2mm G U Mindestmaß= 29,9mm T Maßtoleranz = 0,3 mm (T = G O – G U ) I Istmaß z.B.= 30,1mm Weitere Bezeichnungen: E,e Abmaß allgemein A O oberes Abmaß= ES, es (écart supérieur) A U unteres Abmaß= EI, ei(écart inférieur) G oB = N + ES (Höchstmaß Bohrung) G uW = N + ei (Mindestmaß Welle) Analog: G uB, G oW Ø40 ±0,5 15° ±1°

18 © Bernd Heidemann 18 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO Darstellung

19 © Bernd Heidemann 19 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 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. WellendurchmesserØ 30 h6 BohrungsdurchmesserØ 30 H7

20 © Bernd Heidemann 20 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-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

21 © Bernd Heidemann 21 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Das ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen Grundtoleranzen (Ausschnitt) Zahlenwerte in μm Nennmaßbereich in mm bis 3 > 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 IT010,30,4 0,50,6 0,811,22 IT 00,50,6 0,8111,21,523 IT 10,8111,21,5 22,53,54,5 IT 21,21,5 22, IT 322, IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT IT Ausschnitt Grundtole- ranzgrade Anzahl von i

22 © Bernd Heidemann 22 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-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

23 © Bernd Heidemann 23 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen in Abhängigkeit vom Nennmaß (Kenn-) Zahl: Das Toleranzfeld wird mit steigendem Toleranzgrad IT und mit größerem Nennmaßbereich größer. Grundtoleranzgrad IT Grundtoleranzen in μm Nennmaßbereiche:

24 © Bernd Heidemann 24 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-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 mm.

25 © Bernd Heidemann 25 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe 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

26 © Bernd Heidemann 26 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage 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 Nulllinie h6 Nennmaß μm (gemäß IT 7) -13 μm (gemäß IT 6) Beispiel: WellendurchmesserØ 30 h6 BohrungsdurchmesserØ 30 H7

27 © Bernd Heidemann 27 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage

28 © Bernd Heidemann 28 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage

29 © Bernd Heidemann 29 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-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

30 © Bernd Heidemann 30 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 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. WellendurchmesserØ 30 h6 BohrungsdurchmesserØ 30 H7

31 © Bernd Heidemann 31 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO Beispiel WellendurchmesserØ 30 h6 BohrungsdurchmesserØ 30 H7 30 h630 H7 N Nennmaß = 30,0 mm30,0mm A O oberes Abmaß= 0,0 mm 0,021mm A U unteres Abmaß= - 0,013 mm 0,0mm G O Höchstmaß= 30,0 mm30,021mm G U Mindestmaß= 29,987 mm30,0mm T Maßtoleranz = 0,013 mm 0,021mm H7 O h μm (gemäß IT 7) -13 μm (gemäß IT 6) Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: WelleBohrung

32 © Bernd Heidemann 32 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO Beispiel WellendurchmesserØ 35 p5 BohrungsdurchmesserØ 35 H7 35 p535 H7 N Nennmaß = 35,0 mm35,0mm A O oberes Abmaß= ? mm ?mm A U unteres Abmaß= ? mm ?mm G O Höchstmaß= ? mm?mm G U Mindestmaß= ? mm?mm T Maßtoleranz = ? mm ?mm H7 O p6 35 Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: WelleBohrung Spiel ? Übermaß ? 35 ???? ????

33 © Bernd Heidemann 33 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO Beispiel WellendurchmesserØ 35 p5 BohrungsdurchmesserØ 35 H7 35 p535 H7 N Nennmaß = 35,0 mm35,0mm A O oberes Abmaß= 0,037 mm 0,025mm A U unteres Abmaß= 0,026 mm 0,0mm G O Höchstmaß= 35,037 mm30,025mm G U Mindestmaß= 35,026 mm30,0mm T Maßtoleranz = 0,011 mm 0,025mm H7 O p6 35 Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: WelleBohrung Spiel ? Übermaß ? , , ,0

34 © Bernd Heidemann 34 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – 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.

35 © Bernd Heidemann 35 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Übermaß- und Spielpassung Die Passteile haben je nach Lage des Maßunterschieds entweder Übermaß oder Spiel. Unterscheidung: Außenpassfläche Innenpassfläche Spiel P S bei Spielpassung: Maß der Innenpassfläche > Maß der Außenpassfläche Übermaß P Ü bei Übermaßpassung: Maß der Innenpassfläche < Maß der Außenpassfläche

36 © Bernd Heidemann 36 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Grenzpassungen Höchstspiel P So = G oB – G uW (1) MindestspielP Su = G uB – G oW (1) Größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser. Grenzpassungen: Die Maße der korrespondierenden Passflächen liegen an den Grenzen der jeweiligen Toleranzbereiche. Spielpassung Übermaßpassung Mindestübermaß P Üo = G oB – G uW HöchstübermaßP Üu = G uB – G oW Legende:B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche) W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)

37 © Bernd Heidemann 37 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Grenzpassungen - Erläuterungen BenennungDefinitionBeispiel für zylindrische Passflächen Höchstspiel P So bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser P So = G oB – G uW Mindestspiel P Su bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter Wellendurchmesser P Su = G uB – G oW Mindestübermaß P Üo bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser P Üo = G oB – G uW Höchstübermaß P Üu bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter Wellendurchmesser P Üu = G uB – G oW

38 © Bernd Heidemann 38 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Die Passtoleranz P T Höchstpassung P o P o = G oB – G uW = A oB – A uW P o > 0 P o = P So Höchstspiel P o < 0 P o = P Üo Mindestübermaß Mindestpassung P u P u = G uB – G oW = A uB – A oW P u > 0 P u = P Su Mindestspiel P u < 0 P u = P Üu Höchstübermaß Istpassung P i P i = I B - I W = A iB - A iW P i > 0Istspiel P i < 0Istübermaß Passtoleranz P T P T = P O - P U = T B + T W Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche) W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche) Die Passtoleranz P T 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.

39 © Bernd Heidemann 39 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – 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.

40 © Bernd Heidemann 40 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem – Kombinationsvielfalt = Variantenfülle Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich mm.

41 © Bernd Heidemann 41 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – 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

42 © Bernd Heidemann 42 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Grenzlehrdorn und Rachenlehre

43 © Bernd Heidemann 43 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Das 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

44 © Bernd Heidemann 44 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Das 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- Toleranzfeld Übermaß- passungen

45 © Bernd Heidemann 45 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungsauswahl – 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/n6N7/h6 Teile unter Druck fügbar. Radkränze auf Radkörpern, Lagerbuchsen in Gehäusen und Radnaben, Kupplungen auf Wellenenden. Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern. H7/k6K7/h6 Teile mit Hammerschlägen fügbar. Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungen, Bremsscheiben auf Wellenenden. Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern. H7/j6J7/h6 Teile mit leichten Hammerschlägen oder von Hand fügbar. Für leicht ein- und auszubauende Zahnräder, Riemenscheiben, Buchsen. Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern.

46 © Bernd Heidemann 46 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Welle I = Innenteil i = innen a = außen Nabe A = Außenteil i = innen a = außen D Ia > D Ai

47 © Bernd Heidemann 47 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beispiel für Pressverbände: Radachse eines Förderwagens

48 © Bernd Heidemann 48 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ ISO-Toleranzsystem Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich mm.

49 © Bernd Heidemann 49 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungsauswahl – 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/g6G7/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/e8E9/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.

50 © Bernd Heidemann 50 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Ein Beispiel InnenpassflächeAußenpassflächeAllgm. Toleranz (f) Passmaß 25 H725 f725 Passsystem Tabellenwerte Nennmaß 25 Oberes Abmaß -0,020 Unteres Abmaß 0,0 Höchstmaß Mindestmaß Maßtoleranz Istmaß, z.B. 25,01024,970 Höchstspiel Mindestspiel Istspiel, z.B. Passungsart Passtoleranz

51 © Bernd Heidemann 51 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Passungen – Ein Beispiel InnenpassflächeAußenpassflächePaarung / Passung Passmaß 25 H725 f725 H7/f7 Passsystem Einheitsbohrung Tabellenwerte Nennmaß 25 Oberes Abmaß +0,021-0,020 Unteres Abmaß 0,0-0,041 Höchstmaß 25,02124,980 Mindestmaß 25,024,959 Maßtoleranz 0,021 Istmaß, z.B. 25,01024,970 Höchstspiel +0,062 Mindestspiel +0,020 Istspiel, z.B. +0,040 Passungsart Spielpassung Passtoleranz 0,042

52 © Bernd Heidemann 52 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband Halde

53 © Bernd Heidemann 53 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband Beispiel Druck-Öl-Preßverband Animation siehe Bilder-Ordner unter Wellen-Naben-Verbindung Montage Kupplung auf Welle im Walzwerkbau

54 © Bernd Heidemann 54 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beispiel für Pressverband: Eisenbahnrad mit Radreifen

55 © Bernd Heidemann 55 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beschreibung: es werden zwei Teile gefügt, die vor dem Zusammenbau Übermaß Ü haben. D Ia > D Ai nach dem Fügen sind die beiden Durchmesser gleich dem Fugendurchmesser D F. 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 (U A, U I ) 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... Welle I = Innenteil i = innen a = außen Nabe A = Außenteil i = innen a = außen D Ia > D Ai Beispiel für Pressverbände: Radachse eines Förderwagens

56 © Bernd Heidemann 56 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Anwendung und Einsatz: zum Übertragen großer wechselnder und stoßartiger Drehmomente T und Längskräfte F A Zahnräder und Kupplungsnaben auf Wellen Zahnkränze auf Radkörper Eisenbahn: Radreifen auf Radkörper ein Verstellen der Teile nach dem Fügen ist nicht mehr möglich T = das übertragbare Drehmoment D F = Fugendurchmesser l = Länge der Fügefläche μ = Haftbeiwert der Paarung p min = Flächenpressung (Pressdruck, radiale Druckspannung) S R = Sicherheitsbeiwert gegen Durchrutschen (1,5... 2,0) F A = die übertragbare Axialkraft Dimensionierungsansatz Beispiel für Pressverband: Eisenbahnrad mit Radreifen Zur Übertragung von T und F A :

57 © Bernd Heidemann 57 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband 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. Abbildung: Haberhauer2001

58 © Bernd Heidemann 58 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beim Querpresssitz wird zusätzlich unterschieden in: 1. Dehnpressverband: Innenteil (Welle) wird vor dem Fügen auf t I gekühlt (Trockeneis -78°C, flüssiger Stickstoff ca. -190°C) 2. Schrumpfdehnverband: Außenteil (Nabe) wird vor dem Fügen auf t A 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 = 0,001D F Kombinationen von 1 und 2 möglich und sinnvoll bei großen Übermaßen. Demontage?? t U = Umgebungstemperatur α A, α I = lineare Wärmeausdehnungs- koeffizienten des Naben- bzw. Wellenwerkstoffs bei der mittleren Temperatur

59 © Bernd Heidemann 59 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband 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 Kurze Nabe: Eine Bohrung im Schwerpunkt des Nabenquerschnitts. Lange Nabe: Mehrere Nuten, davon eine unter dem steiferen Flansch.

60 © Bernd Heidemann 60 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Erforderliches Übermaß, Übermaßpassung: Mit lassen sich das erforderliche Mindesthaftmaß Z min und das größte zulässige Haftmaß Z max berechnen. Unter Berücksichtigung des Übermaßverlustes ΔU ergeben sich die zur Auswahl der Übermaßpassung wichtigen Übermaße: Mindestübermaß Höchstübermaß Um Unsicherheiten bei der Auslegung zu verringern: Rauhtiefen Rz möglichst klein halten. Abbildung: Steinhilper1993 Einfluss der Glättung auf das wirksame Übermaß:

61 © Bernd Heidemann 61 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Werkstoffhinweise:

62 © Bernd Heidemann 62 HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen TZ Literaturangaben


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