Toleranzen und Lehren

144 Pages·1948·8.814 MB·German

by  Dr.-Ing. Paul Leinweber (auth.)

TOLERANZEN
UND
LEHREN
VON
DR.-ING. PAUL LEIN'VEBER
FUNFTE AUFLAGE
MIT 147 ABBILDUNGEN 1M TEXT
SPRINGER-VERLAG
BERLIN/GOTTINGEN /HEIDELBER G
1948
ISBN- 13:978-3-540-01334-1 e-ISBN- 13:978-3-642-92522-1
DOl: 10_1007/978-3-642-92522-1
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IN BERLIN, GOTTINGEN, HEIDELBERG.
Vorwort.
Die Fertigung eines technischen Erzeugnisses ill Reihen oder Massen
erfordert umfangreiche Vorbereitungen im Betriebe. Der Bestand an
Werkzeugmaschinen muB iiberpriift, Vo'rrichtungen, Werkzeuge und
Lehren miissen rechtzeitig bereitgestellt werden. Die Voraussetzungen
fiir die reibungslose Abwicklung dieser Arbeiten sind eine werkstatt
gerechte Konstruktion und eine werkstattreife Zeichnung fiir jedes Ein
zelteil. B~reits beim ersten Entwurf miissen diese Fragen ebenso sorg
faltig durchgedacht werden wie das sichere Zusammenarbeiten alIer Ein
zelteile oder die Wahlgeeigneter Werkstoffe. VerliWt man sich allzusehr
auf eine nachtragliche Durcharbeitung fiir die Mengenfertigung, so
lassen sich haufig nicht mehr aIle Wiinsche der Werkstatt befriedigen.
ohne die Brauchbarkeit zu gefahrden. oder der Entwurf muB in wesent
lichen Punkten umgestoBen werden.
Um den Forderungen der Mengenfertigung gerecht werden zu konnen.
muB vom Konstrukteur die Kenntnis der Werkzeugmaschinen und Fer
tigungsverfahren verlangt werden, er muB iiber Vorrichtungen und Werk.
zeuge Bescheid wissen; femer muB er die Mittel zum Priifen der halb
fertigen und fertigen Einzelteile, Baugruppen und Gerate kennen. Diesem
Fachgebiet der Lehren und dem damit zusammenhangenden der Toleran
zen stehen viele Konstrukteure mit Scheu oder Abneigung gegeniiber.
Der Zweck der vorliegenden Arbeit 1st, zu zeigen, daB diese Gefiihle
unberechtigt sind, und gerade soviel Wissenswertes mitzuteilen, als fiir
den Entwurf einer meBtechnisch richtigen Konstruktion und die An
fertigung einer zweckmaBig bemaBten und tolerierten Werkstattzeich
nung notwendig erschien. Es ist nicht heabsichtigt, eine "Anleitung zurn
Entwerfen von Sonderlehren" zu geben; hierfiir sind Bucher nicht ge
eignet, sondem allein praktische Erfahrung und Chung und alIenfalls
"Richtlinien". Die wichtigsten Regeln fiir den Entwurf von Sonder
lehren sind in knapper Form zusammengestellt. Zweifellos wird auch die
Aufgabe des Lehrenkonstrukteurs erhiichtert. wenn der Geratkonstruk
teur sich von dem MeBgeran fUr einen bestimmten Zweck eine ungefahre
Vorstellung machen konnte und dementsprechend bei seiner Arbeit vor
gegangen ist. Es ist wohl kein Zufall: Wenn der Entwurf einer Lehre be
sondere Schwierigkeiten macht, zeigt oft die Geratkonstruktion bei nahe.
rem Zusehen Mangel, die nicht nur lehrentechnischer Art sind.
Der Betriebsmann und der Revisor finden Hinweise fUr die Anwen.
dung der Lehren und fiir die Beurteilung der MeEverfahren und MeE·
ergebnisse.
IV Vorwort
Der Anhang, der liber'den angedeuteten Rahmen hinausgeht, soIl zu
weiterer Beschaftigung mit Toleranzen und Lehren und zum selbstan
digen Nachdenken liber dieses Fachgebiet anregen.
Seit dem Erscheinen der ersten Auflage im Jahre 1937 und auch nach
dem Krlegsende hat die sinnv olle Anwendung der MeBtechnik in der
Werkstatt an Bedeutung zugenommen. Die vorliegende fiin£te Auflage
wurde wie die vorhergehenden liberarbeitet, ohne daB am Gesamtau£bau
Wesentliches geandert zu werden brauchte.
Zu groBem Dank fiihle ich mich Herrn Prof. Dr.-lug. K i e n z 1 e
verpflichtet. Er hat mir in langjahriger Zusammenarbeit eine Fiille
wertvoller Gedanken und Anregungen vermittelt, die mir bei der Ab
fassung des Buches zustatten karuen. Danken ruuB ich auch Herrn
Prof. Dr. Be r n d t, Dresden, Herm Obering. C. B ii t t'n e r, Jena,
und einer Reihe von lngenieuren aus der Praxis fUr ihre Anregungen
und Verbesserungsvorschlage.
Be r lin, im August 1946
Oer Verfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Sette
1. Grundlagen . • . 1
1. Gestaltung und Fertigung, I
2. MaBeinheiten . 2
a) LangenmaBe 2
b) WinkelmaBe 4
3. Benennungen 4
a) MaB- und Toleranzwesen 4
b) Passungswesen 5
II. . Toleranzen _ • _ •• 7
1. MaBeintragung . . . 7
2. Arten der Toleranzen 12
3. Schreibweise der MaBtoleranzen 13
a) ZahlenmaBige Angabe ... . 13
b) Kurzzeichen ....... . 16
4. Welche MaBe sind zu tolerieren? . IS
5. GroBe der Toleranzen . 23
6. Toleranzuntersuchungen 24
a) Erster Hauptsatz 24
b) Zweiter Hauptsatz . 25
c) Wahrscheinlichkeit flit' die Grenzfelder 26
d) Beispiele flir rechnerische Toleranzuntersuchungen. 28
e) tiberbestimmung von Toleranzen und Ubertolerierung . 32
f) Ermittlung von Toleranzen durch Versuche . 33
7. Formtoleranzen • 35
8. Oberflachengiite. . 39
III. Lehren . . . . . • 40
1. Messen und Priifen 40
2. FestmaB- und IstmaB-Lehren . 41
3. Wie wird gem essen ? • . • • 42
a) Strichmessung . . . . . . . . 43
b) Strichmessung mit Ubersetzung . 47
Hebel - Keil - Schraube - Zahnrader - Feder - Wasserwaage
- Druckluft - Lupe und Mikroskop - Lichtstrahl - Projektion
- Elektrizitat
c) VergJeichsmessung ohne tibersetzung 56
Verfahren - Parallel-EndmaBe
d) Vergleichsmessung mit trbersetzung 60
VI Inhaltsverzeiohnis
Sette
4. Eesondere MeBverfahren • 61
a) Flachpassungen 61
b) TiefenmaBe 63
0) Kegel .. 67
d) Gewinde 72
e) Winkel . 75
f) Formen . 76
g) Symmetr;en 78
h) Keilwellen und Kerbverzahnungen 80
i) Verzahnungen 81
5. MeBunsioherheit 84
6. MeBgefiihl . . • 87
7. Ausfiihrung der Lehren 90
a) Werkstoffe 90
b) Oberflachengiite 93
c) PaBstifte 94
d) Sohutziiberziige 94
e) Beschriftung 94
8. Allgemeine Richtlinien fiir den Entwurf von Lehren 94
a) Fertigung . . . . • • 95
b) Warmebehandlung • . 98
0) Vermessung der Lehre . 99
d) Handhabung 100
e) Lebensdauer . . . . . 103
f) Inst30ndhaltung und Nach30rbeit . 104
9. Lehrenarten 105
10. Messen groBer Stiickzahlen . 108
a) Stichprobenweise Priifung 108
b) Priifen von Hand . . . . HI
c) Halbselbsttatige und selbsttatige Priifung III
IV. Anhang: Ausgewahlte Abschnitte aus dem Lehrenb30u 114
1. Hebelii.bertragungen ...•.. 114
2. Lochmittenabstande. . . . . . . 119
a) Tolerierung der Geratzeiohnung . 119
b) Lehren .•• 124
Sohrifttum 129
Stich wortverzeichnis 132
I. Grlindlagen.
1. Gestaltung und Fertigung.
Fiir Reihen- oder Massenfertigung sind im wesentlichen folgende Be
trieb seinrichtungen notig:
Fertigungsmittel:
VVerkzeugmaschinen,
Vorrichtungen,
VVerkzeuge,
Priifmittel:
Lehrenl.
Die VVerkzeugmaschine gibt Art und Richtung der Bewegung fiir die
spanlose oder spangebende Verformung des VVerkstiickes; die Vorrich
tung halt das VVerkstiick wahrend des Arbeitsganges fest; das VVerkzeug
vollzieht die Verformung. Maschine, Vorrichtung und VVerkzeug ermog
lichen in ihrem Zusammenwirken, vermoge der Eigenart ihrer Konstruk
tion, eine bestimmte Arbeitsgenauigkeit., die mit der Lehre nachgepriift
wird.
Ein Geratteil2 ist entweder ein einfacher geometrischer Korper, der
von ebenen oder gekriimmten Flachen begrenzt wird (VViirfel, Rechtkant,
Pyramide, Zylinder, Kegel, Kugel), oder ein aus einer Summe solcher
geometrischer Korper bestehendes Gebilde. Die Form des so gestalteten
Teiles wird durch die ihm zugedachte Funkt.ion und Festigkeit sowie
durch die Riicksicht auf die Fertigung mittels handelsiibl\cher oder ge
brauchlicher und zweckmaBiger Maschinen und VVerkzeuge bestimmt.
Am einfachsten zu erzeugen sind die drehende und die hin-und hergehende Be
wegung. Je nachdem, welche Bewegungsart Werkst.iick und Werkzeug gleichzeitig
ausfiihren, entstehen Ebenen odeI' Drehkorper; Ebenen beim Robeln, Fla:chschlei
fen, Walren- und Stirnfrasen; Drehung des Werkstiickes bei gleichzeitiger gerad
liuiger Bewegung des Werkzeuges erzeugt eine zylindrische, kegelige oder ebene
Flache oder ein Gewinde (Drehbank); Drehung des Werkstiickes hei gleichzeitiger
kreisformiger Bewegung des Werkzeuges erzeugt eine Tonnenform oder eine Kugel;
1 "Lehren" sind ausschlieBlich MeJ3gerat. Die vielfach noch angewandte Be
nennung "Bohrlehre" solIte durch "Bohrvorrichtung" ersetzt werden, im Gegen
satz zur "Lochabstandlehre".
2 Als GerM werden im folgenden aIle Erzeugnisse des Maschinenbaues, der Fein
werktechnik und der Elektrotechnik bezeichnet: technische Ge brauchsgegenstande,
Maschinen, Apparate, Fahrzeuge, Uhren usw.
Leinweber. Toleranzen, 5.Aufl. 1
2 Grundlagen.
drehendes und gleichzeitig vorgeschobenes Werkzeug bei stillstehendem WerkstiicL
erzeugt einen Hohlzylinder, eine Bohrung oder auch mittels eines Hohlsenkers eineD
VoHzylinder, einen Zapfen (Bohrmaschine, Bohrwerk).
Durch die Anwendung von Getrieben lassen sich auch verwickeltereFormen er.
zeugen, doch lohnen sich solche Einrichtungen wegen der beschrankten Anwendungs
m6glichkeit nur in Sonderfallen.
Ferner ist e8 moglich, verwickelte Formen in die Werkzeuge zu verlegen: Form.
stahle, Raumwerkzeuge, Formfraser, Werkzeuge fiir spanlose Formung. Beim Abo
walzen dreheu sich Werkstiick und Formwerkzeug (Schneidrad beim Walzhobeln
oder Walzfraser) gleichzeitig und das Werkzeug walzt dabei die Form auf das Werk·
stiick abo Beim Kopieren wird ein Kopierstiick, das die gewiinschte Form enthii.lt,
zur Fiihrung des Werkzeuges benntzt. Die verwickelte Form erfordert in diesen
Fallen nur am Werkzeug besonders hohe Kosten und diese verteilen sich auf alle
mit dem Werkzeug gefertigten Werkstiicke. Doch darf dabei nicht iibersehen
werden, daB die einfachen und maschinenmaBig herstellbaren Formen die bilJigsten
nnd genauesten und oft auch dauerhaftesten Werkzeuge herzustelIen gestatten.
Ahnlich Hegen die Verhaltnisse bei Lehren. Zudem sind fiir Welle und Bohrung
die Lehren genormt oder handelsiiblich, fiir den Abstand zweier Ebenen sind die
MeBverfahren langst erpro bt. Diese einfachen FaIle erfordern folglich keine oder nur
sehr einfache konstruktive Vorbereitungen fiir die Beschaffung der Lehren.
Pie yom Konstrukteur entworfene Form jedes Einzelteiles wird in
einer Zeichnung in verschiedenen Ansichten und Schnitten nach den Ge.
setzen der Parallelprojektion dargestellt. Nach der Teilzeichnung, dem
Ausdrucksmittel des Konstrukteurs, fertigt die Werkstatt, nach der
ZusammensteUungszeichnung baut sie zusammen.
Die Zeichnung zeigt die Form und die GroSe des dargestellten Gegen.
standes. Der GroBenangabe der einzelnen geometrischen Gebilde dieneD
die MaBe.
2. MaBeinhetten.
FUr die MaBangabe auf einer Zeichnung sind zwei MaBeinheiten er·
forderlich :
fiir LangenmaBe (zu denen auch Durchmesser und Halbmesser zu
rechnen sind) und
fiir WinkelmaBe.
a) LangenmaUe. Die Einheit fiir LangenmaBe ist das Millimeter (mm).
Der lQOO. Teil eines Millimeters ist das Mikron (p, sprich my oder mii)"
also I "" = 0,001 mm.
Das Millimeter ist der 1000. Teil des Pariser VrmaBstabes, der am 26. September
l889 als Vrmeter erklart wurde. Seit dieser Zeit hat sich herausgestellt, daB ein Bol
cher VrmaBstab manche Nachteile besitzt.
Es hat sich vor allem gezeigt, daB er den in neuzeitlich eingerichteten Laborato
rien erreichbaren Genauigkeiten nicht melir geniigt. Bei Vergleichsmessungen mit
dem Vrmeter konnen in der Bestimmung der Temperatur und des Warmeausdeh.
nungsbeiwertes auch heute noch Fehler enthalten sein, die MeBfehler in der GroBen
ordnung von 0,5", zur Folge haben. Ferner wurden al1mahliche Ungenanderungen
von der gleich~n GroBenordnung beobachtet, deren Vrsachen noch nicht ganz er·
forscht sind.
Es ist ferner ein groBer Nachteil des UrmaBes. daB es nur einmal vorhanden ist
MaJ3einheiten. 3
und auch seine Nachbildungen in jedem Lande nur in einer einzigen Ausfiihrung
bestehen. Folglich konnen die UrmaBe einer Werkstatt erst auf einem groBen Um·
wege von dem Urmeter abgeleitet werden. Die regeJmiiBige Nachpriifung erfolgt
auf dem gleichen Umwege und ist mit viel Aufwand verkniipft, sie kann daher nur
selten vorgellommen werden. Jeder Umweg bedeutet eine Fehlerquelle und die
Fehler aller Vergleichsmessungen, die vom Urmeter zum WerkstatturmaB·Satz
fiihren, konnen sich addieren.
Dem Werkstatt·Techniker mogen derart kJeine Fehler bedeutungslos erscheinen,
doch wird man zugeben miissen, daB an ein UrmaB, auch an ein WerkstatturmaB,
groBtmogliche Anforderungen zu atellen sind. Werden aIle Teile in der gleichen
Werkstatt gefertigt, so ist es gleichgiiltig, ob die MaBeinheit dieser Werkstatt richtig
ist oder nioht, wenn sie nur standig gleichbleibt. Werden jedoch Teile oder auch
Lehren von auBerhalb bezogen, so bringt jede Abweichung von der MaBeinheit die
Gefahr, daB die Teile nicht zueinander passen; die MeBunsicherheit, die ohnehin
vorhanden ist, wird vergroBert, und, urn mit Sicherheit austauschbare Werkstiicke
zu erhalten, muB die Fertigungstoleranz der Werkstiicke infolge der groBerenMeB
unsicherheit eingeschriinkt werden. Von den ohnehin schon oft sehr kleinen
Werkstiicktoleranzen wird sich keine Werkstatt ohne Not auch nur ein kleines
Stiickchen abziehen lassen wollen.
Die weite Verbreitung der MeBkunde und ihr tiefes Eindringen in die Fertigung
erfordern ein UrmaB, das unveranderlich und in jedem entsprechend eingerichteten
Laboratorium verfiigbar ist. Ein solches UrmaB glaubt man in der LichtwelIen
Hinge gefunden zu haben und hat daher ffir das (internationale) ISA.Passungs.
system festgelegt:
"Die Spektrallinie ,Cadmium rot' hat (unter bestimmten, im einzelnen genau
festgelegten physikalischenBedingungen) eine Wellenlange von 643,84696' ID-9m",
d. s. ,....., 0,64 ",.
Die LangenmaBe sind in der Werkstatt in Lehren enthalten, die bei
Temperaturschwankungen maBlichen Veranderungen unterliegen. Mit
Rucksicht auf die verschiedenen Ausdehnungsbeiwerte der Metalle war
es notwendig, eine bestimmte Temperatur anzugeben, bei der die Lehren
das vorgeschriebene MaB aufweisen. Sie ist in DIN 102 mit 20° C
festgesetzt. Diese Festlegung ist fur das ISA.Passungssystem ubet
nommen worden. Wird bei anderen Temperaturen gemessen, so mussen
die Unterschiede der Ausdehnungsbeiwerte berucksichtigt werden. Da
mit groBe Werkstticke beim Messen die gleiche Temperatur haben wie
die Lehren, mussen beide langere Zeit im gleichen Raum bei gleich
bleibender Temperatur gelagert werden. Hierzu sind bis zu 24 Stun
den notig.
Ber 500 mm hat 1° Temperaturunterschied zwischen Lehre und Werkstiick
bereits einen MeBfehler von etwa 6", zur Folge. Teile aus Werkstoffen, die einen
anderen Warmeausdehnungsbeiwert haben, als der Lehrenwerkstoff, miissen bei
20° gemessen werden, denn ein Messingteil von 100 mm Lange ist bei 25° um 3,5 fI
lii.nger als die bei 20° genau gleich groBe Lehre, ein Aluminiumteil ist urn beinahe
6",langer.
AIle MaBangaben bezi .. hen sich auf die MeBkraft Null. Bei sehr genauen Mes·
sungen, die unter einer von Null verschiedenen MeBkraft ausgefiihrt werden, muB
auf die MeBkraft Null umgerechnet werden. Bei Vergleichsmessungen unter gleichen
Bedingungen eriibrigt sich diese Rechnung.
1*
4 Grundlagen.
b) Winkelmalle. Die Einheit fiir WinkelmaBe ist der Bogengrad der
360o-Teilung. Daneben sind fiir WinkelmaBe Verhiiltniszahlen gebrauch
Hch; durch die Angabe "Kegel 1 :50" wird ausgedriickt, daB sich der
Kegel auf 50 mm Lange, in del' Achsrichtung gemessen, um 1 mm ver
jiingt, die "Neigung 1: 10" entspricht einem Winkel von arc tg 0,1 (Bogen-
360
maB) oder 2n' arc tg 0,1 (Bogengrade).
3. Benennungen.
Damit im folgenden keine MiBverstandnisse entstehen, seien die wich
tigsten Begriffe des Toleranz- und Passungswesens festgelegt, soweit
Pl'eBPf!ssiJng
go=~;
ooer
1!1/lW
WeUe WeUe
Abb. 1. Benann'!lngen.
nicht deren Erlauterung an spaterer Stelle im Zusammenhang zweck
maBiger erschien 1.
Zur Veranschaulichung dient Abb. 1, welche die gebrauchliche Darstellung von
Toleranzen zeigt, bei der die Toleranzfelder vergroJ3ert gezeichnet sind.
a) Mall- und Toleranzwesen. Als MaB wird der Zahlenwert fiir die
GroBe eines Korpers, z. B. fiir eine Lange, Breite, Hohe, Tiefe, Dicke,
Weite, einen Abstand, Halbmesser, Winkel usf. in MaBeinheiten be
zeichnet.
Das IstmaB ist das an einem bestimmten Werkstiick durch Messen
gefundene (und folglich stets mit einer MeBunsicherheit behaftete) MaB.
Ein bestimmtes in einer Zeichnung oder Beschreibung vorgeschriebenes
MaB kann mathematisch genau weder gefertigt noch gemessen werden;
deshalb werden meist zwei
GrenzmaBe angegeben, zwischen denen (die GrenzmaBe selbst ein
geschlossen) das IstmaB des "\Verkstiickes belie big liegen darf.
Das GroBtmaB ist das groBere der beiden GrenzmaBe,
1 Man vergleiche auch das Normblatt DIN 7182, Blatt 1.