Toleranzen für Presspassung, Übergangspassung und Spielpassung

Beginnen Sie bei der Funktion, nicht bei einer Tabelle

Zwei Leseregeln machen den Rest dieser Seite brauchbar. Der Buchstabe einer Toleranzklasse legt fest, wo das Toleranzfeld relativ zum Nennmaß liegt. Die Zahl, der IT-Grad, legt fest, wie breit dieses Feld ist. Für die meisten Klassen sind das getrennte Entscheidungen, und diese Trennung macht das System so kompakt. Allgemeingültig ist sie nicht. Einige wenige Klassen sind über den Grad selbst definiert, und mehrere Buchstaben tragen eine Korrektur, die ebenfalls vom Grad abhängt. Diese Lagen müssen Sie aus der Tabelle ablesen, statt sie herzuleiten.

Großbuchstaben stehen für Innenmaße, die die Norm Bohrungen nennt. Kleinbuchstaben stehen für Außenmaße, die sie Wellen nennt. Eine Passung ist immer ein Paar und wird mit der Bohrung zuerst geschrieben, etwa H7/g6. Die Schreibweise ist keine Dekoration. Sie sagt Ihnen, welchen Partner des Paares Sie vor sich haben, und derselbe Buchstabe beschreibt als Groß- und als Kleinbuchstabe nicht dasselbe Feld. Was die Schreibweise nicht sagt, ist, auf welcher Seite des Nennmaßes das Feld liegt. Das ergibt sich aus dem Buchstaben, und bei mehreren Buchstaben verschiebt es sich zusätzlich mit dem Grad.

Fast alles andere folgt aus zwei Tatsachen. Eine H-Bohrung ist nie kleiner als das Nennmaß. Eine h-Welle ist nie größer. Wer diese beiden festhält, kann sich durch sehr viele Passungen denken, ohne einen einzigen Wert nachzuschlagen.

Was die Norm nicht leistet, ist Ihnen zu sagen, ob die Verbindung funktioniert. Sie hat keine Meinung zu Ihrer Last, Ihrer Temperatur, Ihrem Schmierstoff, Ihrem Montageverfahren oder dazu, wie oft das Ganze demontiert werden muss. Die Wahl der Passung ist Ingenieursarbeit. Die Toleranzangabe ist nur die Form, in der Sie die Antwort aufschreiben.

Eine Passung wählen, Schritt für Schritt

Arbeiten Sie diese Liste der Reihe nach ab. Die frühen Fragen schließen den größten Teil der Möglichkeiten aus, und erst in der letzten taucht ein Buchstabe auf.

1. Fragen Sie, wofür die Verbindung da ist. Es gibt vier Antworten. Sie erlaubt eine Relativbewegung. Sie positioniert Teile, während etwas anderes die Last trägt. Sie überträgt Last durch Reibung über die Passung selbst. Oder sie nimmt ein zugekauftes Präzisionsbauteil auf.
2. Wenn sie ein zugekauftes Bauteil aufnimmt, halten Sie an und öffnen Sie den Katalog dieses Bauteils. Wälzlager, Dichtungen, Buchsen und Führungswagen von Linearführungen haben alle eigene Passungsempfehlungen, und diese haben Vorrang vor dem allgemeinen System.
3. Wenn sie sich bewegt, bemessen Sie das Spiel aus dem Schmierfilm, der unterschiedlichen Wärmedehnung, der Formabweichung beider Teile, der zu erwartenden Verschmutzung und dem Verschleiß, mit dem Sie leben können. Spiel ist ein konstruiertes Maß, kein Rest.
4. Wenn sie nur positioniert, klären Sie, was die Last tatsächlich trägt. Eine Passfeder, eine Keilwelle, Schrauben oder ein Flansch bedeuten, dass die Passung nur die Konzentrizität halten muss. Das ist das Gebiet der Übergangspassung, höchstens eines leichten Übermaßes.
5. Wenn die Passung der einzige Lastpfad ist, bemessen Sie den Fugendruck und prüfen Sie die Tangentialspannung im Außenteil. Sie führen eine Festigkeitsrechnung durch und wählen keinen Buchstaben von einer Liste.
6. Fragen Sie, wie und wo die Verbindung wieder gelöst wird. Nie, in einer Werkstatt mit Presse oder im Feld um zwei Uhr nachts mit dem, was im Transporter liegt. Das sind drei verschiedene Passungen.
7. Prüfen Sie die übergreifenden Einflüsse, bevor Sie sich festlegen. Betriebstemperatur, Drehzahl, unterschiedliche Werkstoffe, galvanische Überzüge und Beschichtungen können jeweils eine korrekte Toleranzangabe zunichtemachen.
8. Wählen Sie erst jetzt die Klassen. Legen Sie die Bohrung einen IT-Grad gröber fest als die Welle, sofern Sie keinen Grund dagegen haben, denn eine Bohrung ist bei gleichem Fertigungsaufwand schwerer maßhaltig zu fertigen als eine Welle.

Wenn sie sich bewegen muss: was das Spiel bestimmt

Spiel ist ein Funktionsmaß und sollte bewusst ermittelt werden. Addieren Sie den nötigen Schmierfilm, das unterschiedliche Wachstum beider Teile bei Betriebstemperatur, die zulässige Formabweichung jedes Teils, den Schmutz, mit dem Sie rechnen, und den Verschleiß, den Sie hinnehmen, bevor die Verbindung Ausschuss ist. Diese Summe ist Ihr Mindestspiel. Die Klasse wird so gewählt, dass sie es abdeckt, nicht umgekehrt.

Manche Fälle liefern die Antwort über ihre eigene Physik. Ein hydrodynamisches Gleitlager läuft auf einem Schmierfilm, dessen Dicke, Verlustleistung und Stabilität sich alle aus dem Spiel ergeben. Bei zu viel Spiel bricht der Film bei niedriger Drehzahl zusammen. Bei zu wenig bekommen Sie Wärme und dann ein Fressen. Das ist eine Lagerberechnung, und sie liefert ein Zielspiel, für das Sie dann eine passende Klasse suchen.

Die Leckage durch einen Ringspalt reagiert extrem empfindlich auf die Spaltweite. Das Spiel eines Ventilschiebers oder eines Plungers wird durch die zulässige Leckage bestimmt, und kleine Änderungen des Spalts bewirken große Änderungen des Durchflusses. Alles, was heiß, schmutzig oder ungeschmiert läuft, braucht mehr Spiel als dieselbe Verbindung, die sauber und kühl läuft.

Wenn sie nur positionieren muss: Übergangspassungen und was sie nicht versprechen

Bei einer Übergangspassung überlappen sich die Toleranzfelder von Bohrung und Welle. Ein bestimmtes Paar kann mit kleinem Spiel oder kleinem Übermaß herauskommen, je nachdem, wo jedes Teil in seinem eigenen Feld gelandet ist. Das ist die Definition, und sie hat eine Folge, die die meisten Erklärungen auslassen.

Eine Übergangspassung hat kein Ergebnis. Sie hat eine Verteilung. Und diese Verteilung teilt sich nicht gleichmäßig auf die beiden Ergebnisse auf, auch wenn man stillschweigend davon ausgeht. Wo sie landet, hängt davon ab, wo Ihre beiden Prozesse innerhalb ihrer Felder tatsächlich laufen, und Prozesse sitzen nicht in der Mitte. Eine Reibahle erzeugt Bohrungen, die mit zunehmendem Werkzeugverschleiß durch das Feld wandern. Zerspaner legen Wellen routinemäßig an das obere Ende und Bohrungen an das untere, weil eine zu große Welle oder eine zu kleine Bohrung nachgearbeitet werden kann, während das Gegenteil Ausschuss ist. Bei einer Passung im System Einheitsbohrung wirken beide Tendenzen in dieselbe Richtung, zum Übermaß hin.

Die Montageplanung muss deshalb für beide Ergebnisse funktionieren. Wenn der Prozess mit einer losen Paarung nicht zurechtkommt oder die Funktion auf Halt angewiesen ist, ist eine Übergangspassung die falsche Wahl, egal wie gut der Mittelwert aussieht. Setzen Sie sie dort ein, wo Sie eine genaue konzentrische Lage mit sehr wenig radialem Spiel wollen und wo etwas anderes die Last trägt.

Wenn die Passung der Lastpfad ist: Übermaß, und warum mehr nicht sicherer ist

Eine Übermaßpassung hält durch Reibung. Das Übermaß weitet die Nabe und staucht die Welle, diese elastische Rückfederung erzeugt einen Fugendruck an der Fügefläche, und die Haltekraft ist dieser Druck mal die Fugenfläche mal der Reibungskoeffizient. Alles Weitere folgt aus diesem Satz.

Zwei Skalierungsregeln sollten Sie im Kopf behalten, und beide haben denselben Ursprung. Die Reibungskraft ist Fugendruck mal Fugenfläche mal Reibungskoeffizient, und die Fugenfläche wächst mit dem Durchmesser und mit der Fugenlänge. Die axiale Haltekraft wächst also mit beiden. Das übertragbare Drehmoment wächst mit demselben Produkt und bekommt noch einen weiteren Faktor Durchmesser dazu, weil diese Reibungskraft an einem Hebelarm wirkt. Bei gleichem Fugendruck verdoppelt ein doppelter Durchmesser ungefähr die axiale Haltekraft und vervierfacht ungefähr das übertragbare Drehmoment.

Nun zum Grund, warum mehr Übermaß nicht sicherer ist. Der Fugendruck, der die Welle hält, setzt auch die Nabenbohrung unter Zug, und bei einer Nabe mit freier Außenfläche ist die Tangentialzugspannung an der Bohrung bei jeder Wandstärke größer als der Fugendruck, der sie erzeugt. Wer das Übermaß erhöht, steigert eine Spannung, die ohnehin schon die höchste im Bauteil ist. Dünnwandige Naben trifft das am härtesten, denn bei dünner Wand reagiert der Fugendruck stark auf das Wandstärkenverhältnis und bei dicker Wand nur schwach. Eine dünne Nabe gibt Ihnen wenig Halt für viel Spannung.

Die Oberflächengüte nimmt Ihnen unbemerkt einen Teil des Übermaßes weg. Beim Einpressen werden die Rauheitsspitzen beider Oberflächen eingeebnet, sodass das wirksame Übermaß nach dem Fügen kleiner ist als das vorher gemessene. Der Verlust hängt von der Oberfläche beider Teile ab und skaliert nicht mit dem Durchmesser. Eine kleine Übermaßpassung reagiert deshalb anteilig viel empfindlicher auf die Oberflächengüte als eine große. Ein Schrumpf- oder Dehnverband umgeht das Problem, weil die Oberflächen beim Fügen nicht unter Druck aufeinander gleiten. Er liefert deshalb bei gleichem Nennübermaß mehr Haltekraft als ein kalt gefügter Längspressverband.

Zwei weitere Dinge erwischen viele. Wird eine dünnwandige Buchse in ein Gehäuse gepresst, schließt sich ihre Bohrung. Im Grenzfall der dünnen Wand bewegt sich die Wand als Ganzes nach innen, statt sich zusammenzudrücken, und der Bohrungsdurchmesser verkleinert sich fast um das volle Durchmesserübermaß. Die Bohrung vor dem Einpressen auf Fertigmaß zu bearbeiten ist deshalb ein Fehler, üblich ist die Fertigbearbeitung nach dem Fügen. Und zwei Baugruppen, die beide derselben Toleranzangabe entsprechen, können sehr unterschiedliche Einpresskräfte brauchen, weil die Teile des einen Paares an den einen Enden ihrer Felder liegen können und die des anderen an den entgegengesetzten. Eine Einpresskraftgrenze, die an einem einzelnen Muster festgelegt wurde, ist keine Prozessüberwachung.

Wenn sie ein Lager aufnimmt: Der Katalog entscheidet, nicht das Passungssystem

Schlagen Sie im Katalog des Lagerherstellers für diese Teilenummer nach und übernehmen Sie, was dort steht. Das ist keine Ehrerbietung um ihrer selbst willen. Bohrungen und Außendurchmesser von Wälzlagern sind nach der Wälzlagernorm toleriert, für Radiallager ISO 492, und nicht nach dem allgemeinen Passungssystem, und beide liegen unterhalb des Nennmaßes. Eine Wellenklasse, die gegen eine gewöhnliche Bohrung einen leichten Übergang ergibt, erzeugt gegen eine Lagerbohrung daher echtes Übermaß. Wer hier aus dem allgemeinen System herleitet, bekommt eine festere Passung als beabsichtigt.

Die Entscheidungslogik hinter dem Katalog lohnt sich zu kennen, denn die Tabellen lassen sie unausgesprochen. Die maßgebliche Frage ist, welcher Ring Umfangslast trägt. Ein Ring trägt Umfangslast, wenn die Richtung der aufgebrachten Last über seinen Umfang wandert. Das ist nicht dasselbe, wie wenn sich der Ring selbst dreht, und aus der Verwechslung der beiden entstehen die meisten Fehler. Der Ring mit Umfangslast ist derjenige, der das Übermaß braucht.

Spielen Sie es durch. Bei einer drehenden Welle unter einer raumfesten Last, dem gewöhnlichen Fall bei Getriebe oder Motor, trägt der Innenring die Umfangslast und bekommt das Übermaß. Bei einer stehenden Welle in einem drehenden Gehäuse, etwa einer Radnabe, trägt sie der Außenring. Und bei einem unwuchtigen Rotor, bei dem die Unwucht die Last dominiert und ihre Richtung mit der Welle umläuft, kehrt sich die Antwort gegenüber dem gewöhnlichen Fall um, und der Außenring trägt die Umfangslast. Echte Rotoren tragen auch raumfeste Lasten, prüfen Sie also, welche tatsächlich überwiegt, bevor Sie etwas umkehren.

Liegen Sie falsch, wandert der Ring. Unter Umfangslast verformt sich der Ring an der belasteten Stelle, diese Stelle läuft um den Sitz herum, und der Ring wälzt sich sehr langsam relativ zu seinem Sitz ab. Das Symptom ist Passungsrost, also rotbrauner Oxidabrieb rund um den Sitz, und fortschreitender Verschleiß, der den Sitz aufweitet und das Problem verschlimmert. Keine axiale Klemmung behebt das Wandern.

Die andere Hälfte der Lagerentscheidung: Ein Ring, der mit Übermaß gefügt wird, wird dabei verformt, und das verringert die radiale Lagerluft. Passungswahl und Lagerluftklasse müssen gemeinsam entschieden werden. Eine Passung, die ohne Blick auf die Lagerluftklasse gewählt wurde, kann das Lager gegen sich selbst vorspannen, was die Betriebstemperatur erhöht und die Lebensdauer verkürzt. Das ist die handfesteste Form des Irrtums, mehr sei sicherer.

Wenn sie eine Vorrichtung positioniert: Passstifte sind ein anderes Problem

Passstiftpassungen werden fast überall wie ein Lagersitzproblem behandelt, und das sind sie nicht. Ein Lagersitz überträgt Last und wird nie gelöst. Ein Passstift sorgt für eine wiederholgenaue Lage und muss meist gelöst werden können. Dieser Unterschied bestimmt alles.

Üblich ist ein Übermaß im einen Teil und eine Positionierpassung im anderen, damit sich die Baugruppe trennen und wieder genau an derselben Stelle zusammensetzen lässt. Wer in beide Teile presst, kann sie nicht ohne Beschädigung trennen und hat außerdem erzwungen, dass die beiden Bohrungslagen entweder perfekt übereinstimmen oder gegeneinander arbeiten.

Zwei runde Stifte in zwei runden Bohrungen überbestimmen die Baugruppe. Der Mittenabstand im einen Teil muss exakt dem Mittenabstand im anderen entsprechen, und das liefert kein Prozess. Die übliche Lösung ist, den zweiten Stift entlang der Verbindungslinie der beiden Bohrungen freizustellen, etwa als abgeflachten Stift. So sperrt er die Verdrehung, ohne auch den Mittenabstand festlegen zu wollen.

Zwei praktische Punkte, die echtes Geld kosten. Sacklochbohrungen für Passstifte brauchen eine Entlüftung, denn eingeschlossene Luft verhindert, dass der Stift ganz sitzt, und eingeschlossene Flüssigkeit kann das Teil sprengen. Und Bohrungen, die vor dem Härten gerieben wurden, verändern beim Härten sowohl Maß als auch Lage. Deshalb werden gehärtete Platten nach der Wärmebehandlung koordinatengeschliffen oder drahterodiert, statt vorher gerieben zu werden.

Die gewählte Toleranzangabe lesen

Der IT-Grad drückt eine Stufe der Fertigungsgenauigkeit aus, keine physische Breite. Zwei Merkmale mit gleichem Grad und unterschiedlicher Größe sind ungefähr gleich schwer herzustellen, haben aber nicht dieselbe zulässige Abweichung. Die zulässige Breite wächst mit der Größe, weil Durchbiegung, Wärmedehnung, Messunsicherheit, Werkzeugverschleiß und Spannverformung alle mit der Größe wachsen, aber sie wächst weniger als proportional. Die doppelte Größe bedeutet nicht die doppelte Toleranz.

Das System ist gestuft, nicht stetig. Die Maße sind in Nennmaßbereiche eingeteilt, und innerhalb eines Bereichs gilt eine einzige Breite. Die zulässige Abweichung ist also innerhalb einer Stufe konstant und springt an der Grenze. Wer ein Nennmaß über eine Stufengrenze schiebt, ändert die Toleranz, ohne sonst etwas an der Zeichnung zu ändern. Das sollte man wissen, und es wird fast nie gelehrt.

Die Buchstaben liegen in Bändern. Gegen eine H-Bohrung ergeben die Wellenbuchstaben bis einschließlich h Spiel, wobei das konstruierte Spiel mit jedem Schritt im Alphabet kleiner wird. h ist die Grenze und die engste Welle, die noch kein Übermaß erzeugen kann. Um js, j, k, m und n herum sind Sie im Gebiet der Übergangspassung. Ab p aufwärts sind Sie im Übermaß. Behandeln Sie diese Bänder als Landkarte und nicht als Regel, denn der Punkt, an dem Übergang in Übermaß umschlägt, verschiebt sich sowohl mit dem Nennmaß als auch mit den Graden.

Dieser letzte Punkt verallgemeinert sich zur nützlichsten Korrektur bei diesem Thema überhaupt. Die Passungsart ist eine Eigenschaft des Klassenpaares, nicht des Wellenbuchstabens allein. Derselbe Wellenbuchstabe ergibt gegen eine Bohrungsklasse eine Übergangspassung und gegen eine andere etwas anderes, weil andere Grade andere Feldbreiten bedeuten und damit ändern, ob sich die Felder überhaupt überlappen. Wer Ihnen sagt, ein bestimmter Buchstabe sei ein Übergangsbuchstabe, ohne die Bohrungsklasse und beide Grade zu nennen, rät.

• H7/h6 ist eine Spielpassung, keine Übergangspassung. Eine H-Bohrung liegt nie unter dem Nennmaß und eine h-Welle nie darüber, sodass sich die Felder unabhängig von den Graden nicht überlappen können. Ihr Mindestspiel ist null, und eine Passung mit dem Mindestspiel null ist trotzdem eine Spielpassung. Das ist die häufigste Fehleinordnung in veröffentlichten Erklärungen.
• Die beschreibenden Namen wie Gleitsitz, enger Laufsitz, Übergangssitz zur Positionierung oder mittlerer Treibsitz stammen aus der Handbuchpraxis und den Empfehlungen für bevorzugte metrische Passungen, nicht aus dem Text der Passungsnorm selbst. Sie sind nützliches Vokabular. Definitionen, die Sie zitieren können, sind sie nicht.
• Eine Bohrung, die einen Grad gröber ist als die Welle, ist Konvention, kein Gesetz. Gleiche Grade für beide Partner sind völlig zulässig. Sie kosten nur mehr für dasselbe Ergebnis.

Temperatur, Drehzahl und Beschichtungen verschieben die Passung, nachdem Sie sie festgelegt haben

Eine Maßtoleranz ist eine Aussage über das Teil bei der Referenztemperatur von zwanzig Grad Celsius, festgelegt in DIN EN ISO 1, und bei keiner anderen Temperatur. In diesem Abschnitt geht es um alles, was zwischen dieser Aussage und einer Maschine geschieht, die in einem echten Gebäude läuft.

Zwei Teile aus demselben Werkstoff bei derselben gleichmäßigen Temperatur behalten die Passung in dem Sinn, auf den es ankommt. Jedes Maß skaliert mit demselben Faktor, das Übermaß skaliert mit, und deshalb bleibt der Fugendruck unverändert. Der absolute Spalt verschiebt sich ein wenig. Der Charakter der Passung nicht. Unterschiedliche Werkstoffe haben diesen Schutz nicht. Eine Stahlwelle in einem Aluminiumgehäuse verliert Übermaß, wenn sich die Baugruppe erwärmt, weil sich Aluminium stärker ausdehnt als Stahl. Das muss bei Betriebstemperatur geprüft werden und nicht auf der Werkbank. Schlimmer noch: Wiederholte Temperaturwechsel können eine Übermaßpassung aus unterschiedlichen Werkstoffen nach und nach lockern, weil die Teile bei jedem Zyklus ein wenig rutschen und nicht vollständig zurückkehren.

Die Drehzahl wirkt auf anderem Weg genauso. Eine umlaufende Nabe weitet sich radial proportional zum Quadrat ihrer Winkelgeschwindigkeit, und diese Aufweitung frisst das Übermaß, das Sie im Stillstand haben. Eine Passung, die im Stillstand stimmt, kann bei Betriebsdrehzahl grenzwertig sein.

Denken Sie schließlich daran, dass die Oberflächenbehandlung nach der Zerspanung stattfindet. Galvanisieren und Harteloxieren verändern die Fertigmaße. Eine beschichtete Welle ist am Ende größer als bearbeitet, eine beschichtete Bohrung kleiner. Legen Sie fest, an welcher Stelle im Prozess das Maß gilt, sonst gibt es später Streit darüber.

Beide Teile lagen in der Spezifikation und ließen sich trotzdem nicht fügen

Hier geht es von der Konstruktion in die Prüfung, und genau hier lässt Sie die Zweipunktmessung unbemerkt im Stich.

Die erste Ursache ist die Regel, unter der Ihre Zeichnung steht. Im ISO-System gilt standardmäßig das Unabhängigkeitsprinzip, festgelegt in der Ausgabe 2011 der DIN EN ISO 8015. Maß und Form sind danach unabhängige Anforderungen, sofern nicht ausdrücklich die Hüllbedingung angegeben ist. Ältere Zeichnungen tragen diese Voreinstellung möglicherweise nicht, prüfen Sie also, worauf das Schriftfeld verweist. Nach ASME Y14.5 verlangt Regel 1 für ein reguläres Größenmaßelement eine vollkommene Form im Maximum-Material-Zustand, wobei die zulässige Formabweichung wächst, je weiter sich das Element von diesem Zustand entfernt. Gleiche Nennzeichnung, andere Bedeutung. Ein vollständig konformes ISO-Teil kann eine Formabweichung aufweisen, die ein entsprechendes ASME-Teil nicht haben dürfte.

Die zweite Ursache ist die Gleichdickform. Eine Bohrung mit ungerader Bogenzahl, klassisch ein Dreibogen-Gleichdick, kann mit jedem Zweipunktmessgerät in jeder Richtung einen konstanten Durchmesser zeigen und trotzdem einen Lehrdorn dieses Durchmessers nicht aufnehmen. Das Teil besteht jede Prüfung mit der Messschraube, die Sie sich ausdenken können, und lässt sich nicht fügen. Gleichdicke mit ungerader Bogenzahl entstehen typischerweise beim spitzenlosen Schleifen und beim Spannen im Dreibackenfutter, sie sind also nichts Exotisches.

Die Passung prüfen: was jede Art von Prüfung tatsächlich belegt

Es gibt zwei Arten von Prüfung, und sie liefern unterschiedliche Nachweise. Lehrende, also attributive Prüfungen liefern eine Entscheidung und keine Zahl. Messende, also variable Prüfungen liefern eine Zahl. Welche Sie verwenden, bestimmt, was Sie später erkennen können, und deshalb ist diese Entscheidung größer, als sie aussieht.

Grenzlehren sind der attributive Fall. Nach dem Taylorschen Grundsatz prüft die Gutseite (GO) das Maximum-Material-Grenzmaß über die volle Länge und die volle Form des Merkmals und bewertet damit Maß und Form zusammen, während die Ausschussseite (NO-GO) das Minimum-Material-Grenzmaß an einzelnen Querschnitten mit praktisch zweipunktförmiger Berührung prüft. Deshalb liegt eine Bohrung, die einen Gutlehrdorn aufnimmt, nicht bloß im Maß, sondern auf ihrer ganzen Länge im Maß, einschließlich jeder Krümmung, Konizität oder Gleichdickform. Beachten Sie, dass das der Grundsatz ist und keine Beschreibung jeder Lehre im Regal. Echte Ausschusslehrdorne und Ausschusslehrringe sind oft als Vollformlehren ausgeführt statt als die Zweipunktprüfung, die der Grundsatz verlangt. Sie können deshalb durch Formabweichungen blockiert werden und ein Teil durchlassen, das eine echte Zweipunktprüfung erwischt hätte.

Der variable Fall folgt einer Stufenleiter der Fähigkeit. Bei groben Graden sind Handmessgeräte völlig in Ordnung. Im mittleren Bereich erledigen Messschrauben, Innenfeinmessgeräte mit Messuhr und Grenzlehren die Aufgabe, und hier liegt der größte Teil der Werkstattpraxis. Bei feinen Graden wird alles vergleichend. Ein Innenmessgerät oder ein pneumatisches Messgerät misst keine Bohrung, es misst den Unterschied zwischen dieser Bohrung und einem Einstellnormal. Die gesamte Genauigkeit der Prüfung stammt also von einem Einstellring oder einem Stapel Parallelendmaße. Bei den feinsten Graden brauchen Sie einen klimatisierten Raum, durchtemperierte Teile und ein echtes Unsicherheitsbudget, und ohne das können Sie den Grad nicht ehrlich prüfen, egal welches Messgerät Sie kaufen.

Die pneumatische Messung verdient eine Erwähnung, weil Qualitätsverantwortliche oft nicht wissen, dass es sie als Option gibt. Sie ist berührungslos, verschleißt das Teil also nicht, sie ist schnell genug für die Serie, und sie funktioniert gut in engen Bohrungen. Der Preis dafür: Sie misst vergleichend in einem schmalen Bereich um ein Einstellnormal, sie braucht für jedes Maß ein eigenes Einstellnormal, und sie reagiert auf die Oberflächenbeschaffenheit ebenso wie auf das Maß.

Seien Sie bei einem Koordinatenmessgerät vorsichtig damit, was die Spezifikation bedeutet. Ein Wert für die Grenze der zulässigen Messabweichung (MPE) aus einer Annahmeprüfung nach DIN EN ISO 10360 ist eine Maschinenspezifikation, ermittelt unter festgelegten Prüfbedingungen. Er ist nicht die aufgabenspezifische Unsicherheit Ihrer Messung. Diese zu ermitteln erfordert den Vergleich mit kalibrierten Werkstücken, also das Verfahren nach DIN EN ISO 15530-3.

• Gutlehren verschleißen in die Richtung, in der sie mehr annehmen. Ein Gutlehrdorn wird kleiner und lässt zu kleine Bohrungen durch. Ein Gutlehrring wird größer und lässt zu große Wellen durch. Beide Verschleißarten versagen in Richtung einer falschen Annahme, und das ist die gefährliche Richtung.
• Eine attributive Lehre liefert keinen Messwert, deshalb kann nichts in Ihren Daten je Teil zeigen, dass die Lehre gedriftet ist. Auf Prozessebene gibt es ein indirektes Signal, weil der Verschleiß den Ausschussanteil in eine vorhersagbare Richtung verschiebt. Diesen Anteil in einer Regelkarte zu führen oder zurückgewiesene Teile mit einem messenden Gerät nachzuprüfen, kann einen Verdacht wecken. Das Signal kommt aber verspätet, lässt sich leicht mit einer echten Prozessänderung verwechseln und sagt Ihnen nie, welche Teile betroffen waren. Der direkte Nachweis ist die Kalibrieraufzeichnung.
• Herstelltoleranz und Abnutzungszugabe von Grenzlehren werden üblicherweise als Anteile der Werkstücktoleranz festgelegt. Derselbe physische Verschleiß verbraucht die Zugabe deshalb bei einer Lehre für ein Merkmal mit feinem Grad schneller als bei einer Lehre für ein grobes Merkmal.

Was die Messunsicherheit mit der Entscheidung über Annahme oder Rückweisung macht

Hier liegt der Wendepunkt. Wird der Grad enger, schrumpft die Toleranz, während die Unsicherheit Ihres Messprozesses genau dort bleibt, wo sie war. Das Verhältnis zwischen beiden sinkt also allein deshalb, weil jemand die Zeichnung geändert hat. Ab einem bestimmten Punkt ist das Prüfmittel nicht mehr fähig, die Entscheidung zu treffen, die die Zeichnung von ihm verlangt, und in der Messung selbst ist davon nichts zu sehen.

Die Kennzahl, die das abbildet, ist das Prüfunsicherheitsverhältnis (TUR). Es setzt die Toleranz des zu beurteilenden Merkmals, als halbe Breite, ins Verhältnis zur erweiterten Messunsicherheit des Messprozesses, so wie Sie ihn tatsächlich durchführen. Beim Nenner liegen die meisten falsch. Er muss das Einstellnormal enthalten, das Vergleichsmessgerät, die Auflösung, die Wiederholpräzision, die Vergleichspräzision zwischen Bedienern, thermische Einflüsse und das Werkstück selbst. Wer stattdessen die Datenblattgenauigkeit des Messgeräts einsetzt, erhält ein Test Accuracy Ratio (TAR), eine andere und schmeichelhaftere Zahl.

Seien Sie bei den Konventionen genau, woher sie stammen. Das vertraute Verhältnis vier zu eins stammt aus der Kalibrierpraxis des US-Militärs und wurde in ANSI/NCSL Z540.3 als ein Weg übernommen, die dortige Grenze für das Risiko einer falschen Annahme einzuhalten. Die ältere Zehnerregel der Lehrenprüfung kam zuerst, und das militärische Verhältnis war eine bewusste Lockerung dieser Regel aus Kostengründen. Die Herstelltoleranz, die bei der Fertigung von Grenzlehren gilt, und die prozentualen Schwellen der AIAG für Gage R&R drücken dieselbe Grundidee noch einmal aus, mit anderen Verhältnissen und für andere Zwecke. Sie sind also verwandt und nicht unabhängig. Austauschbar sind sie trotzdem nicht, und wer eine davon anführt, um eine Anforderung zu erfüllen, die gegen eine andere formuliert ist, verliert diese Diskussion im Audit.

ISO/IEC 17025 legt überhaupt kein numerisches Verhältnis fest. Sie verlangt, dass eine Entscheidungsregel dokumentiert und einheitlich angewendet wird. Die Standardregel in DIN EN ISO 14253-1, der GPS-Norm zu Entscheidungsregeln, zieht die Messunsicherheit vom Spezifikationsbereich ab. Die Konformität gilt dann nur innerhalb eines verengten Übereinstimmungsbereichs als nachgewiesen, wobei der Lieferant die Konformität nachweist und der Kunde die Nichtkonformität. Wenn Ihre Annahmepraxis nie schriftlich festgehalten wurde, haben Sie bisher nicht nach dieser Standardregel gearbeitet.

Eine letzte Falle, weil sie so häufig ist. Eine Studie zur Wiederhol- und Vergleichspräzision eines Prüfmittels, also eine Gage-R&R-Studie, schätzt nur die Präzision. Sie enthält nicht die Unsicherheit des Einstellnormals und erkennt keine systematische Abweichung. Ein Messgerät kann eine Gage-R&R-Studie bequem bestehen und trotzdem ein Prüfunsicherheitsverhältnis haben, das zu schlecht ist, um die Toleranz zu beurteilen, auf die Sie es ansetzen.

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Die Fehler, die am meisten kosten

• Eine Passung von einer Liste nehmen, weil sie ungefähr richtig aussieht, statt zu klären, was die Verbindung leisten muss.
• Einen Lagersitz aus dem allgemeinen Passungssystem herleiten statt aus dem Lagerkatalog, was mehr Übermaß ergibt als beabsichtigt.
• Eine Übergangspassung so behandeln, als würde sie etwa in der Hälfte der Fälle Spiel ergeben. Sie landet dort, wo Ihre Prozesse laufen, und beide üblichen Bearbeitungstendenzen wirken in dieselbe Richtung.
• Zur Sicherheit Übermaß hinzufügen, obwohl die Tangentialspannung an der Nabenbohrung schon höher ist als der Fugendruck, den Sie erhöhen wollen.
• Eine Lagerpassung wählen, ohne gleichzeitig die Lagerluftklasse festzulegen.
• Eine Passung für eine Verbindung vorschreiben, bei der eine Passfeder oder Schrauben die Last tragen und nur Konzentrizität gebraucht wird.
• Ignorieren, an welcher Stelle im Prozess das Maß gilt, und dann feststellen, dass der galvanische Überzug es verschoben hat.
• Einen Grad auf der Zeichnung verschärfen, ohne zu fragen, ob das Prüfmittel in der Fertigung ihn noch beurteilen kann.
• Annehmen, eine bestandene Gage-R&R-Studie bedeute, dass die Messung für die Toleranz gut genug ist.

Warum auf dieser Seite keine Toleranzwerte stehen und wo Sie sie bekommen

Die Tabellen für Grenzmaße und Passungen sind in ISO 286-1 und ISO 286-2 veröffentlicht, in Deutschland als DIN EN ISO 286-1 und DIN EN ISO 286-2. Das sind urheberrechtlich geschützte Dokumente, die die ISO und nationale Normungsorganisationen verkaufen. Wir sind nicht berechtigt, sie nachzudrucken, und wir werden es nicht tun. Das gilt für einen Rechner, der dieselben Werte ausgibt, genauso wie für eine Tabelle, und deshalb finden Sie hier auch keinen solchen Rechner.

Es gibt einen zweiten Grund, und er ist für Sie der wichtigere. Maßgeblich ist die veröffentlichte Tabelle. Werte, die aus den Toleranzformeln berechnet werden, treffen die veröffentlichten nicht zuverlässig. Eine Seite, die sie stillschweigend berechnet, bietet Ihnen also etwas an, das maßgeblich aussieht und es nicht ist. Wenn eine Zahl auf eine Zeichnung kommt, sollte sie aus der Quelle stammen.

Beziehen Sie die Werte deshalb aus einer lizenzierten Ausgabe. Kaufen Sie die beiden Teile der Norm bei der ISO oder Ihrer nationalen Normungsorganisation, nutzen Sie ein lizenziertes technisches Tabellenbuch oder die Tabellen, die in Ihr CAD- oder PLM-System integriert sind, sofern Ihre Lizenz sie umfasst. Jede dieser Quellen liefert Ihnen eine Zahl, die Sie in einem Streit mit einem Lieferanten verteidigen können. Eine beliebige Tabelle aus dem Internet nicht.

Wo Axiospec ins Spiel kommt

Axiospec wählt keine Passungen aus und enthält keine Toleranztabellen. Es ist eine Software für das Kalibriermanagement, und alles oben Gesagte ist kostenloser Referenzinhalt, für den Sie kein Konto brauchen.

Die Verbindung ist das Prüfmittel. Erinnern Sie sich an die beiden Tatsachen aus dem Abschnitt zur Prüfung. Eine Grenzlehre verschleißt in die Richtung, in der sie mehr annimmt, und eine Grenzlehre liefert überhaupt keinen Messwert. Zusammengenommen heißt das: Keine noch so große Menge an Fertigungsdaten kann Ihnen sagen, dass ein Gutlehrdorn verschlissen ist. Die Kalibrieraufzeichnung ist der einzige Mechanismus, der das erkennen kann, und je feiner der Grad, desto weniger Verschleiß genügt, damit es darauf ankommt.

Um diese Seite kümmert sich Axiospec. Kalibrierstatus für jedes Prüfmittel, Messwerte vor und nach der Justierung bei jedem Ereignis und Messunsicherheitsbudgets je Messgerät, die in ein Prüfunsicherheitsverhältnis einfließen, sodass Sie sehen, welche Toleranzen Ihre Prüfmittel tatsächlich beurteilen dürfen.

Hier zahlt sich der Messwert vor der Justierung aus. Wenn ein Lehrdorn außerhalb der Toleranz aus der Kalibrierung zurückkommt, lautet die Frage nicht, was mit der Lehre geschehen soll. Sie lautet, welche Teile Sie seit der letzten Kalibrierung damit freigegeben haben und ob welche davon ausgeliefert wurden. Das ist eine Frage an die Aufzeichnungen, und sie lässt sich nur beantworten, wenn die Aufzeichnungen ordentlich geführt wurden, bevor irgendjemand wusste, dass man sie brauchen würde.

• Rechner für das Messunsicherheitsbudget
• Messwerte vor und nach der Justierung
• Kalibrierung und Verifizierung im Vergleich