Was sind technische Toleranzen und wie werden sie klassifiziert?

Präzision ist ein sehr kritischer Aspekt der Konstruktion und Fertigung. Die geringste Abweichung vom vorgegebenen Maß kann die Funktionalität und die Leistung eines Bauteils beeinträchtigen. An dieser Stelle werden die Toleranzen im Maschinenbau sehr wichtig. Die technischen Toleranzen legen die zulässigen Grenzen für die Abweichung von physikalischen Abmessungen, Formen oder Eigenschaften eines Bauteils fest. Diese Toleranzen stellen sicher, dass die Teile in einer Baugruppe richtig passen und funktionieren und dass das Endprodukt die festgelegten Anforderungen erfüllt. Toleranzen sind notwendig, um die Interoperabilität zwischen Teilen zu gewährleisten, insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Herstellung von Maschinen.

In diesem Beitrag werden die verschiedenen Arten von Toleranzen erörtert, wobei der Schwerpunkt auf der Klassifizierung und den spezifischen Anwendungen in der Technik liegt.

Was ist Toleranz in der Technik?

Die Toleranz ist die zulässige Abweichung der tatsächlichen Größe, Form oder Position eines Teils von seiner idealen Größe, Form oder Position. Bei der Herstellung kann die tatsächliche Größe des Teils aufgrund von Faktoren wie Maschinengenauigkeit und Arbeitsverfahren nicht vollständig den Konstruktionsanforderungen entsprechen. In diesem Fall ist eine gewisse Abweichung zulässig, um eine gute Funktionalität und Austauschbarkeit der Teile zu gewährleisten. Der Toleranzwert ist gleich der Differenz zwischen dem oberen und dem unteren zulässigen Wert.

Nehmen wir ein Beispiel, um zu verdeutlichen, was Toleranz bedeutet. Nehmen wir an, Sie bearbeiten einen Metallrundstab mit einer Länge von 100 mm. Selbst wenn Sie beabsichtigen, alle Stangen in die gleiche Form zu bringen, ist es aufgrund von Abweichungen in Größe und Form unmöglich, alle Metallstangen auf genau 100 mm zu bringen. Obwohl Konstrukteure und Hersteller daran gearbeitet haben, solche Abweichungen zu verringern, können sie die Abweichungen immer noch nicht auf Null reduzieren.

Solche Abweichungen in Größe und Form schwanken grundsätzlich nach oben und unten um den Sollwert. Daher werden je nach Verwendung des Metallstabs der obere zulässige Grenzwert (+1 mm) und der untere zulässige Grenzwert (-1 mm), die im Verhältnis zum Sollmaß zulässig sind, festgelegt. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten (2 mm) wird als Toleranz bezeichnet.

Arten von Toleranz

Es gibt 4 Arten von Toleranzen: Abmessungstoleranz, geometrische Toleranz und Passungstoleranz. Jede Art von Toleranz konzentriert sich auf unterschiedliche Aspekte eines Teils, um sicherzustellen, dass das Teil in verschiedenen Arbeitsumgebungen die entsprechende Funktionalität aufweist.

Abmessungstoleranz

Die Maßtoleranz bezieht sich auf die Toleranz, die auf die in der Zeichnung markierten Maße angewandt wird, d.h. auf Maße wie Länge, Abstand, Position, Winkel, Größe, Öffnung, Verrunden und Anfasen, usw. Er wird zur Angabe von Toleranzen verwendet, die sich von den Allgemeintoleranzen unterscheiden. Im Gegensatz zu den Allgemeintoleranzen gibt es für die Maßtoleranzen keine eindeutigen Normen und sie können je nach Absicht des Konstrukteurs willkürlich festgelegt werden, aber der Bereich der erreichbaren Toleranzen ist je nach Verarbeitungsmethode usw. begrenzt. Es gibt 2 Arten von Maßtoleranzen: zweiseitige Toleranzen und einseitige Toleranzen.

Bilaterale Toleranz

Die zweiseitige Toleranz bezieht sich auf die zulässige Abweichung eines Maßes, die innerhalb eines bestimmten Bereichs auf beiden Seiten des Bezugsmaßes liegt. Mit anderen Worten: Das Maß darf sowohl in der oberen als auch in der unteren Richtung relativ zum Bezugsmaß abweichen.

Beispiel für bilaterale Toleranz: Wenn die Grundgröße einer Bohrung 10 mm beträgt und die zweiseitige Toleranz ±0,05 mm, dann beträgt der tatsächliche Abmessungsbereich der Welle 9,95 mm bis 10,05 mm.

Einseitige Toleranz

Die einseitige Toleranz hingegen bezieht sich auf die zulässige Abweichung eines Maßes auf nur einer Seite des Grundmaßes, d.h. der zulässige Toleranzbereich ist auf eine Richtung beschränkt.

Beispiel für einseitige Toleranz: Wenn die Grundgröße einer Bohrung 10 mm beträgt und die einseitige Toleranz +0,05 mm ist, dann liegt der tatsächliche Größenbereich der Bohrung zwischen 10,00 mm und 10,05 mm.

Geometrische Toleranz

Die geometrische Toleranz bezieht sich nicht nur auf die Abmessungen des Bauteils, sondern beschreibt auch die Präzision in Bezug auf die Form, Position und Ausrichtung des Teils. Sie garantiert die Treue der geometrischen Konfiguration, die in der Konstruktion des Bauteils festgelegt wurde, und wird typischerweise mit Attributen wie Geradheit, Ebenheit, Rundheit und Positioniergenauigkeit umgesetzt. Der Hauptzweck der geometrischen Toleranz besteht darin, die Präzision sowohl der Form als auch der Position beizubehalten und dadurch Probleme im Zusammenhang mit dem unsachgemäßen Einbau der Komponenten zu vermeiden.

Geometrische Toleranzen können in vier Kategorien unterteilt werden: Formtoleranz, Orientierungstoleranz, Lagetoleranz und Rundlauftoleranz, die insgesamt 13 Arten umfassen.

Linearität

Die Linearität ist die zulässige Abweichung von einer geraden Linie über eine bestimmte Länge oder Fläche. Sie wird verwendet, um zu definieren, wie stark ein Merkmal eines Teils von einer perfekten Geradlinigkeit abweichen darf.

Beispiel für Linearität: In einer bestimmten Ebene müssen die zu prüfenden Liniensegmente zwischen zwei parallelen Linien in einem Abstand von 0,1 mm liegen.

Ebenheit

Die Ebenheit ist eine geometrische Bedingung, die die Abweichung einer Oberfläche von einer idealen Ebene definiert. Sie ist ein Maß dafür, wie stark die Oberfläche von der idealen Ebenheit abweicht, und stellt somit die Homogenität einer Oberfläche über ihre gesamte Fläche dar.

Beispiel für Ebenheit: Diese Fläche muss zwischen zwei parallelen Ebenen liegen, die nur 0,3 mm voneinander entfernt sind.

Rundheit

Rundheit, auch Rundheit genannt, ist die geometrische Bedingung, die das Ausmaß definiert, in dem die Form eines Merkmals, z. B. eines Zylinders, eines Lochs oder einer Kugel, in einem bestimmten Querschnitt von einem perfekten Kreis abweicht.

Beispiel für Rundheit: Der Außenumfang eines senkrecht geschnittenen Wellenquerschnitts muss zwischen zwei konzentrischen Kreisen liegen, die nur 0,1 mm voneinander entfernt sind und auf derselben Ebene liegen.

Zylindrizität

Zylindrizität ist eine geometrische Bedingung, die das Ausmaß misst, in dem die Form eines zylindrischen Merkmals mit der eines idealen Zylinders übereinstimmt. Sie misst die Gleichmäßigkeit der Oberfläche sowohl entlang der Länge als auch des Umfangs des Zylinders.

Beispiel für Zylindrizität: Die Zielebene muss sich zwischen zwei koaxialen Zylindern befinden, die nur 0,1 mm voneinander entfernt sind.

Profil der Linie

Das Profil einer Linie ist die Bedingung, die erforderlich ist, um die perfekte Form einer Kurve beliebiger Form auf einer vorgeschriebenen Ebene eines Teils beizubehalten. Profiltoleranz einer Linie Die zulässige Abweichung der tatsächlichen Konturlinie einer nicht kreisförmigen Kurve.

Beispiel für die Profiltoleranz einer Linie: Das projizierte Profil auf einem beliebigen Querschnitt parallel zur Projektionsebene muss zwischen den beiden Hüllkurven liegen, die durch einen Kreis mit einem Durchmesser von 0,03 mm gebildet werden, der auf der Linie zentriert ist, die ein theoretisch genaues Profil aufweist.

Profil des Flugzeugs

Das Profil einer Ebene ist die Bedingung für die Beibehaltung der idealen Form einer gekrümmten Oberfläche an einem bestimmten Teil. Die Profiltoleranz einer Ebene ist die zulässige Abweichung der tatsächlichen Konturlinie einer nicht kreisförmig gekrümmten Fläche von der idealen Konturfläche.

Beispiel für die Profiltoleranz einer Ebene: Die Zielebene sollte zwischen zwei Umhüllungsebenen liegen, die durch eine Kugel mit einem Durchmesser von 0,1 mm gebildet werden, deren Mittelpunkt auf der Ebene mit dem theoretisch perfekten Profil liegt.

Parallelität

Parallelität ist die zulässige Abweichung eines Merkmals (z. B. einer Fläche, Achse oder Linie) in Bezug auf die Parallelität zu einem bestimmten Bezugspunkt (z. B. einer Bezugsebene, -achse oder -linie). Während es so aussieht, als ob die Ebenheit erneut diskutiert wurde, beinhaltet die Parallelität einen Bezugspunkt (Bezugsebene oder -linie).

Beispiel für Parallelität: Die durch den Anzeigepfeil gekennzeichnete Ebene muss parallel zur Bezugsebene A verlaufen und zwischen zwei Ebenen liegen, die in Richtung der Anzeigepfeile nur 0,05 mm voneinander entfernt sind.

Rechtwinkligkeit

Rechtwinkligkeit ist eine geometrische Bedingung, die das Ausmaß bewertet, in dem ein Merkmal, z. B. eine Fläche, eine Achse oder eine Linie, im rechten Winkel (90°) zu einem Bezugsmerkmal, z. B. einer Ebene oder Achse, ausgerichtet ist.

Beispiel für Rechtwinkligkeit: Die durch den Richtungspfeil dargestellte Ebene muss sich zwischen zwei parallelen Ebenen befinden, die senkrecht zur Bezugsebene A liegen und einen Durchmesser von 0,03 mm haben.

Angularität

Die Winkligkeit ist eine geometrische Bedingung, die angibt, inwieweit ein Merkmal, z. B. eine Fläche, Linie oder Achse, in einem bestimmten Winkel, der nicht 90° (Rechtwinkligkeit) oder 0° (Parallelität) beträgt, in Bezug auf einen Bezugspunkt ausgerichtet ist.

Beispiel für Winkligkeit: Die durch den Anzeigepfeil angegebene Ebene muss theoretisch genau um 45 Grad zur Bezugsebene A geneigt sein und zwischen zwei parallelen Ebenen liegen, die in Richtung der Anzeigepfeile nur 0,3 mm voneinander entfernt sind.

Position

Die Position wird verwendet, um die genaue Position eines Punktes, einer Linie oder einer Fläche einer Komponente relativ zu einer Referenz zu bestimmen.

Beispiel für eine Position: Die Der Mittelpunkt des durch den Anzeigepfeil dargestellten Kreises muss innerhalb eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,1 mm liegen.

Koaxialität

Die Koaxialität stellt sicher, dass die Achse eines zylindrischen Merkmals, wie z. B. einer Welle, eines Lochs oder eines Rohrs, genau mit der Achse eines Bezugspunkts übereinstimmt.

Beispiel für Koaxialität: Die Achse des angegebenen Zylinders muss innerhalb eines Zylinders liegen, der die Bezugsachse A als Achse hat und einen Durchmesser von 0,03 mm aufweist.

Symmetrie

Die Symmetrie misst die Gleichmäßigkeit, mit der ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen um eine zentrale Bezugsachse, eine Ebene oder einen Punkt verteilt ist.

Beispiel für Symmetrie: Die markierte Mittelebene muss zwischen zwei parallelen Ebenen liegen, die symmetrisch zur Bezugsmittelebene A sind und einen Abstand von 0,05 mm zueinander haben.

Auslauf

Der Rundlauf misst die Gesamtabweichung der Oberfläche eines Elements, wenn es sich um eine Bezugsachse dreht. Es gibt zwei Arten von Rundlauf: Rundlauf und Gesamtrundlauf.

Rundlaufgenauigkeit: Dies ist ein Maß dafür, wie stark sich die Oberfläche eines rotierenden Teils in einem bestimmten Querschnitt oder einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse verändert.

Gesamtauslauf: Hierbei handelt es sich um die Messung der Abweichung, die auf der gesamten Oberfläche eines rotierenden Bauteils entlang seiner Längsachse besteht. Sie kombiniert die Auswirkungen der Rundlaufabweichung mit denen, die durch Unregelmäßigkeiten der Geradheit oder des Konus verursacht werden.

Passform-Toleranz

Passungen sind die Beziehungen zwischen dem Toleranzfeld der Paarung von Bohrungen und Wellen mit demselben Grundmaß. Wir können auch sagen, dass die Passungen das Spiel zwischen der Paarung von Bohrung und Welle sind. Das Spiel kann sowohl positiv als auch negativ sein. Die Größe des Spiels bestimmt, ob sich die beiden gepaarten Teile unabhängig voneinander bewegen oder drehen können, oder ob sie vorübergehend oder dauerhaft miteinander verbunden sind.

Es gibt drei Arten von Passungen: Spielpassung, Übergangspassung und Presspassung(Presssitz).

Freier Sitz: Das Toleranzfeld der Bohrung liegt über dem der Welle, das heißt, die Bohrung ist größer als die Welle.

Presspassung: Das Toleranzfeld der Bohrung liegt unterhalb desjenigen der Welle, d.h. die Welle ist größer als die Bohrung.

Übergangspassung: Die Toleranzfelder von Bohrung und Welle überschneiden sich. Jedes Paar von Bohrungen und Wellen kann eine Spiel- oder Presspassung erreichen.

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Schlussfolgerung

Die technischen Toleranzen spielen bei der Konstruktion und Fertigung eine wichtige Rolle, denn es sollen nur qualitativ hochwertige Teile hergestellt werden. Es müssen Teile hergestellt werden, die mit der richtigen Präzision zusammengebaut werden können und auch nach gewissen Abweichungen, die bei jeder Herstellung auftreten, einwandfrei funktionieren. Toleranzen tragen zur Produktkonsistenz und Zuverlässigkeit bei, indem sie die zulässigen Abweichungen in Größe und Form festlegen. Das Verständnis der verschiedenen Arten von Toleranzen - Dimensionen, Geometrie und Passung - ist für einen Ingenieur oder Hersteller sehr wichtig, damit er in der Lage ist, angesichts der funktionalen Anforderungen des Endprodukts die richtigen Toleranzwerte für die verschiedenen Komponenten festzulegen. Ganz gleich, ob es um die Präzision von Luft- und Raumfahrtkomponenten oder die Passgenauigkeit von Automobilteilen geht, die Beherrschung der Anwendung von Toleranzen ist ein wesentlicher Bestandteil einer kompetenten Konstruktion und einer hervorragenden Fertigung.