ISO-GPS: Tolerierungsgrundsätze9 | 06 | 17

Toleranzen kommt aufgrund ihrer Auswirkungen auf Funktionalität, Fertigungs- und Montagekosten eine große Bedeutung in der Herstellung und Montage von Bauteilen und -gruppen zu. Zudem darf der Qualitätsaspekt nicht vernachlässigt werden: je genauer gearbeitet wird, desto zuverlässiger ist das Bauteil hinsichtlich Montagesicherheit und Lebensdauer. Auf der anderen Seite verteuern „übertriebene“ Toleranzen die Fertigungskosten.

In diesem dritten Teil der ISO-GPS-Reihe möchte ich Ihnen deshalb eine Übersicht zu den Tolerierungsgrundsätzen (Hüllprinzip und Unabhängigkeitsprinzip), der dimensionellen Tolerierung und der Form- und Lagetolerierung geben.

Auch wenn Toleranzen oftmals ein notwendiges Übel darstellen, so ist jedem Kontrukteur klar, dass Werkstücke nicht exakt auf vorgegebene Sollmaße gefertigt werden können. Deshalb legt die Konstruktion zulässige Abweichungen (Toleranzen bzw. Spezifikationen) in technischen Zeichnungen fest. Erst durch die Anwendung von Form- und Lagetoleranzen ist die vollständige und eindeutige Beschreibung eines Werkstücks und seiner Prüfvorgaben möglich.

Das heißt: Aus jeder Zeichnung muss eindeutig hervorgehen nach welchem Tolerierungsgrundsatz die Zeichnung erstellt ist und wonach geprüft werden muss:

Entweder Tolerierung nach DIN 7167:1987 für das Hüllprinzip (zurückgezogen Ende 2011, früher DIN 7184 T1 05.72) oder Tolerierung nach DIN EN ISO 8015 für das Unabhängigkeitsprinzip (geändert 09-2011, früher DIN 2300 11.80) oder aktuell Tolerierung nach DIN EN ISO 14405-1 für das Unabhängigkeitsprinzip (neu 04-2011 / E 2014-01).

Bis Ende 2011 galt für Zeichnungen mit Angaben über DIN-Normen zu Toleranzen und Passungen automatisch die Hüllbedingung, wenn keine anderslautenden Festlegungen wie z.B. ISO 8015 enthalten waren. Diese älteren Zeichnungen sollten Sie beim Überarbeiten durch folgende Angabe auf den aktuellen Stand bringen: „Maße nach ISO 14405“.

Tolerierung nach dem Hüllprinzip (DIN 7167 oder Angaben mit E im Kreis)

• Einzelne Geometrieelemente, wie Zylinderflächen oder gegenüberliegende parallele ebene Flächen dürfen die geometrisch ideale Hülle des „Maximum-Material-Maßes“ nicht durchbrechen.
• Durch die Hüllbedingung werden Parallelitätsabweichungen gegenüberliegender ebener Flächen und Formabweichungen durch die Maßtoleranz begrenzt.
• Die Prüfung erfolgt mit einer Paarungslehre nach dem „Taylorscher Grundsatz“, einem Rundheitsprüfgerät (Formtester) oder einer Koordinatenmessmaschine oder Messmethoden unter Berücksichtigung statistischer Auswertungen mit Fähigkeitsnachweisen für Maß- und Formabweichungen in Kombination.

Das Hüllprinzip (Standard in ASME-Zeichnungen) gilt, wenn eine der folgenden Angaben in der Zeichnung steht:

• Keine Angabe im Schriftfeld bei alten Zeichnungen (bis Dezember 2011)
• DIN 7167 im Schriftfeld bei alten Zeichnungen (wurde im Januar 2012 zurückgezogen)
• ISO 14405 (E) im Schriftfeld
• ISO 14405 im Schriftfeld und Maßangaben mit (E)
• ISO 8015 im Schriftfeld und Maßangaben mit (E)
• ISO 2768-mK-E im Schriftfeld

Hüllbedingung (DIN 7167 oder Angaben mit E im Kreis)

ISO 8015 muss in aktuellen Zeichnungen nicht mehr angegeben werden! Die Inhalte gelten seit 2012 als Standard (default-Definition).

Tolerierung nach dem Unabhängigkeitsprinzip (ISO 8015, ISO 14405-1)

• Maß-, Form- und Lagetoleranzen am selben Geometrieelement dürfen unabhängig voneinander auftreten. Jede Toleranz wird für sich separat geprüft und beurteilt. Sie darf jeweils voll ausgenutzt werden.
• Die Ermittlung der Maßabweichung darf über die Zweipunktmessung erfolgen, die grundsätzlich keine Aussage über Formabweichungen zulässt. Diese ist ggf. zusätzlich zu tolerieren und mit geeigneter Messtechnik separat zu erfassen.

Das Unabhängigkeitsprinzip gilt, wenn mindestens eine der folgenden Angaben in der Zeichnung steht:

• Keine Angabe im Schriftfeld bei neuen Zeichnungen (ab Januar 2012)
• ISO 14405
• ISO 8015 (bei alten und neuen Zeichnungen)
• ISO 2768-mK
• ISO 1101, ISO 1302, ISO 5459, jede beliebige andere GPS-Norm

Beachten Sie: Irgendeine ISO-GPS-Norm oder ein Symbol (Rauhigkeits-, Passungsangabe …) aus einer ISO-GPS-Norm rufen das gesamte ISO-GPS-System auf und damit gilt als Standard-Tolerierungsgrundsatz das Unabhängigkeitsprinzip.

Unabhängigkeitsprinzip (DIN EN ISO 8015 und DIN EN ISO 14405-1)

• Angaben im Schriftfeld „ISO 8015“ ¹⁾ oder „ISO 14405“ ohne E im Kreis
• Die Maßtoleranz enthält nur Maßabweichungen
• Die Zylinderformabweichung ist anzugeben und darf zusätzlich zum Höchstmaß vorhanden sein
• Das wirksame Maß MMVL kann größer werden als das Höchstmaß ∅ 40,00 mm

1) ISO 8015 muss in aktuellen Zeichnungen nicht mehr angegeben werden! Die Inhalte gelten seit 2012 als Standard (default-Definition).

Dimensionelle Tolerierung nach DIN EN ISO 14405

Seit April 2011 ist DIN EN ISO 14405 die gültige Zeichnungsnorm für Längenmaße und ersetzt somit DIN 7167. ISO 14405 geht nicht nach dem Hüllprinzip, sondern kennt alleine das Unabhängigkeitsprinzip. Abweichungen von diesem Grundsatz müssen im Dokument ausdrücklich vermerkt sein. Im Folgenden stelle ich Ihnen die Norm hinsichtlich der dimensionellen Tolerierung genauer vor.

DIN EN ISO 14405-1, -2, -3

DIN EN ISO 14405-1 legt Eintragungsregeln für Größenmaße fest. Größenmaße sind die Maße von in sich geschlossenen Geometrieelementen wie:

• Durchmesser von Zylindern
• Durchmesser von Kugeln
• Abstand gegenüberliegender paralleler Flächen z.B. Breiten von Nuten und Federn

DIN EN ISO 14405-2 legt Eintragungsregeln für Nicht-Größenmaße fest. Nicht-Größenmaße sind z.B.:

• Lineare oder winklige Mittenabstände
• Stufenmaße
• Radien
• Maße zur Bestimmung von Profilformen

E DIN EN ISO 14405-3 legt Eintragungsregeln für Winkelgrößenmaße fest.

DIN EN ISO 14405-1: Modifikationssymbole mit Beschreibung für Längenmaße

1) Rangordnungsmaße können als Ergänzung zu berechneten Teilbereichsmaßen, globalen Teilbereichsmaßen oder örtlichen Maßen verwendet werden.

DIN EN ISO 14405-1: Allgemeine Spezifikations-Modifikationssymbole für Maße

DIN EN ISO 14405-1: Beispiel: Welle

Änderungen im Norm-Entwurf der ISO 14405:2014-01

Gegenüber DIN EN ISO 14405-1:2011-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

1. Der Anwendungsbereich wurde erweitert
2. Sie legt den Default-Spezifikationsoperator des Größenmaßes fest und definiert eine Anzahl von speziellen Spezifikationsoperatoren für Größenmaßelemente, das heißt „Zylinder“, „zwei parallele gegenüberliegende Ebenen“, „Kugel“, „Kreis“ oder „zwei parallele gegenüberliegende Geraden“
3. Komplementäre Zeichnungsangaben wurden unter Abschnitt 8 aufgenommen
4. Im Anhang D wurde die Datenauswertung mit Rangordnungssymbolen aufgenommen
5. Im Anhang E wurde der grundlegende Typ von Größenmaßmerkmalen aufgenommen
6. Die Anpassung der Terminologie
7. Das Dokument wurde redaktionell überarbeitet

E DIN EN ISO 14405-3:2013-08 – Modifikationssymbole mit Beschreibung für Winkelgrößenmaße

1) Das Rangordnungswinkelgrößenmaß kann zusätzlich zum berechneten Teilbereich-Winkelgrößenmaß oder globalen Teilbereich-Winkelgrößenmaß oder örtlichen Winkelgrößenmaß verwendet werden.

E DIN EN ISO 14405-3:2013-08 – Allgemeine Spezifikations-, Modifikationssymbole für Winkelgrößenmaße

DIN EN ISO 1101 – Tolerierung von Form, Richtung, Ort und Lauf

DIN EN ISO 1101 enthält grundlegende Informationen für die geometrische Tolerierung von Werkstücken. Hierzu zählen Definitionen der Form-und Lagetoleranzen, Symbole und Zeichnungsangaben als auch Erklärungen der Toleranzen wie Geradheit, Zylinderform oder Parallelität. An dieser Stelle möchte Ihnen nun neben dem Bezugssystem nach DIN EN ISO 5459:2013 die neuen Eintragungsregeln und Symbole vorstellen und auf die Linienprofiltoleranz eingehen.

Bezüge und Bezugssysteme nach DIN EN ISO 5459:2013

Die Basis für die Bemaßung der Lagetolerierungen von geometrischen Elementen und für deren Prüfung (Ausrichtung) ist der Bezug bzw. das Bezugssystem. In der Norm DIN EN ISO 5459:2013-05 (GPS) – Geometrische Tolerierung – Bezüge und Bezugssysteme sind die geltenden Regeln enthalten.

• Tolerierung (Eintragungsregeln) von 2D- und 3D-Zeichnungen
• Neue Symbole für Bezugsstellenangaben
• Neue Modifizierersysmbole
• Neue Eintragungsregeln für gemeinsame Bezüge

Bezüge und Bezugssysteme nach DIN EN ISO 5459:2013

Gegenüber DIN EN ISO 5459:2013-05 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

1. Dokument wurde an den aktuellen Stand der GPS-Technik angepasst
2. Anhang I wurde an ISO 14638:2015 angepasst
3. Dokument wurde redaktionell angepasst
4. Assoziationskriterien für Bezugselemente

Neue Eintragungsregeln und Symbole in der ISO 1101:2014

Die bekannten Symbole für die Toleranzarten Form-, Richtungs- Orts und Lauftoleranzen haben sich nicht geändert. Es wurden neue Symbole zur Eintragung von Toleranzen in 2D- und 3D-Modellen eingeführt.

• 3D-Eintragungsregeln
• Anzeiger zur Orientierung der Toleranzzone
• Symbol zur Kennzeichnung abgeleiteter Geometrieelemente (A)
• Eintragung eingeschränkter Geltungsbereiche
• Eintragung der Toleranz für zusammengesetzte Geometrieelemente (UF)
• Eintragung kontinuierlich zunehmender Toleranzzone
• Eintragung ungleichmäßig verteilter Toleranzzone (UZ)
• geänderte Eintragung für projizierte Toleranzzonen (P)

Weitere Symbole und Spezifikationselemente sind hier grafisch dargestellt:

Änderungen im Norm-Entwurf der ISO 1101:2015-07

Gegenüber DIN EN ISO 1101:2014-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• Es wurden Werkzeuge zur Festlegung der Filterung des tolerierten Geometrieelements ergänzt
• Es wurden Werkzeuge zur Tolerierung assoziierter Geometrieelemente ergänzt
• Es wurden Werkzeuge zur Tolerierung von Formeigenschaften ergänzt, indem die Assoziation von Bezugselementen und der tolerierte Parameter festgelegt werden;
• Es wurden Werkzeuge zur Festlegung der Nebenbedingungen für die Toleranzzone ergänzt
• Die Regeln für Toleranzen, bei denen die Modifikatoren „rundum“ oder „vollflächig“ angewendet werden, wurden erläutert
• Im Falle von Rundheitstoleranzen für Kegel ist die Richtung der Toleranzzone nun stets anzugeben, um eine Ausnahme von der allgemeinen Regel, dass Toleranzen für integrale Geometrieelemente senkrecht zur Oberfläche gelten, zu vermeiden
• Das „von-bis“-Symbol wird ersetzt durch das „zwischen“-Symbol ersetzt

Tolerierung von Nicht-Größenmaßen nach DIN EN ISO 14405-2

Beispiel zu Mittenabständen und Stufenmaß

ISO 1101  / ISO 1660 – Linienprofiltoleranz

Linienprofiltoleranz mit Sammlungs-Anzeiger als „rundum“ tolerierte Geometrieelemente und SZ-Angabe

Durch die Angabe „SZ“ werden die Toleranzzonen für einen Satz von Geometrieelementen, die durch das „rundum-Symbol“ identifiziert sind, unabhängig voneinander betrachtet. Die Toleranzzonen stehen in keiner Beziehung zueinander. Die jeweiligen Linien sind unabhängig voneinander toleriert.

Linienprofiltoleranz mit Sammlungs-Anzeiger als „rundum kombinierte“ Toleranzzone und CZ-Angabe

Durch die Angabe „CZ“ werden die Toleranzzonen für einen Satz von Geometrieelementen, die durch das „rundum-Symbol“ identifiziert sind, kombiniert. Die Außenkanten sind dabei scharfkantig. Toleriert sind alle Linienzüge innerhalb der kombinierten Toleranzzone.

Linienprofiltoleranz mit Sammlungs-Anzeiger als „rundum zusammengesetztes“ Geometrieelement mit UF-Angabe

Durch die Angabe „UF“ werden die zusammengesetzten Geometrieelemente als ein Geometrieelement betrachtet, die durch das „rundum-Symbol“ zusammengefasst werden. Die Außenkanten sind dabei abgerundet. Toleriert sind alle Linienzüge auf der zusammengesetzten Fläche.

Anwendungsbeispiel für den Orientierungsebenenindikator

Wird ein abgeleitetes Geometrieelement aus zwei Richtungen mit jeweils zwei parallelen Ebenen begrenzt, muss die jeweilige Richtung durch die Angabe eines Orientierungsebenenindikators angegeben werden.

Als DGQ-Messtechniker lernen Sie den Umgang mit diesen Normen in dem Lehrgang „Längenprüftechnik I: Längenprüftechnik I: Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – Form- und Lagetoleranzen“ sowie in unserem neuen, zweitägigen Seminar „GPS für Entwickler und Konstrukteure“.

Die Inhalte dieses Blogs sind einem Vortrag entnommen, den Manfred Weidemann anlässlich eines Kundenforums der DGQ auf der Control 2017 gehalten hat. Das Ziel war, die Teilnehmenden für die Bedeutung der ISO-GPS-Normen zu sensibilisieren.

Manfred Weidemann ist DGQ-Trainer und Geschäftsführer von Quality Office. Quality Office betreut seit über 25 Jahren kleine und mittelständische Unternehmen in den Bereichen Qualitätsmanagement, Prozessoptimierung, Zeichnungsprüfung und Längenprüftechnik/Fertigungsmesstechnik.

Über den Autor: Marco Rasper

Marco Rasper ist Produktmanager bei der DGQ Weiterbildung. Seit 2014 verantwortet er die Lehrgangsblöcke Qualitätssicherung und Fertigungsmesstechnik sowie Seminare rund um dieses Thema. Ihm ist es wichtig, seine Kunden für ihre Tätigkeit oder für ihre Karriere fit zu machen. Und freut sich, wenn seine Teilnehmer seine Trainings als Erlebnis einstufen. Außerdem treffen Sie ihn regelmäßig bei den Messen Control und METAV auf dem Stand der DGQ an. Marco Rasper ist Diplom-Pädagoge mit den Schwerpunkten Personalentwicklung und Erwachsenenbildung.