Grundlagen von Maßtoleranzen und der Passungsauswahl

Maßtoleranzen spielen eine entscheidende Rolle in der mechanischen Konstruktion und beeinflussen direkt die Funktionalität und Qualität von Maschinen, Geräten und anderen mechanischen Produkten. In der mechanischen Konstruktion beziehen sich Toleranzen auf die erlaubten Abweichungen von den idealen Maßen eines Bauteils oder einer Baugruppe. Es gibt verschiedene Passungssysteme, wie z.B. die Einheitsbohrung und Einheitswelle. Für weitere Informationen zu Toleranzklassen sehen Sie auch unseren Blog-Artikel „Toleranzklassen nach ISO 22081 und DIN ISO 2768“.

Warum sind Maßtoleranzen wichtig?

Im Fertigungsprozess ist es nahezu unmöglich, Bauteile zu 100% präzise ohne Abweichungen herzustellen. Gerade auch in der Massenproduktion wird es immer wieder minimale Abweichungen geben. Würde man diese Abweichungen nicht berücksichtigen, wären Bauteile nicht mehr miteinander kompatibel. Maßtoleranzen dienen dazu, diese Abweichungen schon vorab mit einzuberechnen, so dass Bauteile je nach gewünschter Passungsart zusammenpassen. Sie bilden die Grundlage für die genaue Festlegung der erlaubten Abweichungen von den nominellen Maßen eines Objekts. Durch Maßtoleranzen werden folgende Aspekte beeinflusst:

• Funktionalität und Passgenauigkeit: Nur mit korrekt definierten Toleranzen kann sichergestellt werden, dass Bauteile ineinander passen und nicht zu eng oder locker sitzen. Ein falscher Sitz kann die Funktion erheblich beeinträchtigen.
• Montage- und Fertigungsprozesse: Beim Herstellungsprozess kann es bei großen Stückzahlen zu Schwankungen kommen, die aber durch Toleranzen an Gewichtung verlieren.
• Kosten: Je genauer Bauteile gefertigt werden, desto teurer wird auch die Produktion. Durch Toleranzen können die Kosten gering gehalten werden, da eine unnötig hohe Präzision in den meisten Fällen nicht nötig ist.

Verschiedene Normen definieren z.B. Allgemeintoleranzen (DIN ISO 2768-1, ISO 22081) oder verschiedene Tolerierungsgrundsätze (DIN ISO 8015).

Geeignete Passungsauswahl

Die richtige Passungsauswahl ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Bauteile und Baugruppen ordnungsgemäß funktionieren. Es gibt drei Arten von Passungen:

• Spielpassung: Ist eine lose Passung, Bewegung zwischen den Bauteilen ist erwünscht.
• Übermaßpassung: Ein Bauteil ist größer als das andere Bauteil. Eine Presspassung sorgt für eine feste Verbindung.
• Übergangspassung: Ist eine Mischung aus Spielpassung und Übermaßpassung, bei der ein gewisser Spielraum bleibt, das Fügen der Bauteile aber auch leichten Kraftaufwand benötigen kann.

Bei der Auswahl sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

• Funktionale Anforderungen, z.B. Welche Art von Bewegung, Kraftübertragung oder Momenten ist erforderlich?
• Gewünschte Genauigkeit und Präzision, wobei auch die Kosten, die eine präzise Fertigung mit sich bringt, berücksichtigt werden sollten. Ein gutes Gleichgewicht ist das Ziel.
• Materialien, z.B. sollte der Wärmeausdehnungskoeffizient der Materialien berücksichtigt werden.
• Umgebungsbedingungen, z.B. Temperatur und Feuchtigkeit.
• Montage und Demontage, z.B. für Komponenten, die oft demontiert werden müssen. Eine zu fest sitzende Übermaßpassung würde sich dafür nicht eignen.
• Normen und Standards, die ggf. für einige Branchen bindend sind und Einfluss auf die Qualität der hergestellten Bauteile nehmen.

Bei MISUMI finden Sie eine Übersicht über weitere Grundlagen der Passungswahl. In nachfolgender Tabelle werden verschiedene Maßtoleranzen und Passungsarten miteinander verglichen und Anwendungsbeispiele gezeigt:

Einheitsbohrung und Einheitswelle

Die Einheitsbohrung ist ein Passungssystem mit ISO-Toleranzen im Maschinenbau. Die Bohrung, die zu einer bestimmten Passung gehört, wird einheitlich gefertigt, während die entsprechende Toleranz in die Welle verschoben wird. Bei der Einheitswelle wiederum wird die Toleranz in die Bohrung verschoben und die Welle einheitlich gefertigt. Einheitsbohrungen sind üblicher, da es in der Regel einfacher und kostengünstiger ist, eine Bohrung zu standardisieren.

Passungen berechnen

Für die Berechnung von Passungen geben die Benennungen von Einheitsbohrung und Einheitswelle wichtige Hinweise. Einheitsbohrungen und Einheitswellen werden gemäß internationalen Normen und Standards gekennzeichnet. Die Kennzeichnungen gewährleisten eine einheitliche und präzise Kommunikation über die spezifischen Abmessungen und Toleranzen von Bohrungen und Wellen in der Fertigungsindustrie.

• [1] H-Bohrung
• [3] Nulllinie
• [4] Nennmaß
• [5] Spielpassung
• [6] Übergangspassung
• [7] Presspassung / Übermaßpassung

Einheitsbohrungen werden z.B. in einer Kombination aus Großbuchstaben und Zahl sowie einem Durchmesser (auch Nennmaß) beschrieben, z.B. Ø 50 H9.

• [2] h-welle
• [3] Nulllinie
• [4] Nennmaß
• [5] Spielpassung
• [6] Übergangspassung
• [7] Presspassung / Übermaßpassung

Einheitswellen mit einer Kombination aus Kleinbuchstaben, Zahl und Durchmesser z.B. Ø 50 h9. H9 wird dabei als Toleranzklasse bezeichnet, der Buchstabe ist das Grundabmaß und die Zahl der Toleranzgrad.

Anhand dessen lässt sich eine Bohrung oder Welle auch einer Grundtoleranz nach ISO 286-1 zuordnen. Es gibt die Grundtoleranzen IT1-IT17. Im genannten Beispiel würde man H9 und h9 der Grundtoleranz IT9 zuordnen. In entsprechenden Tabellen lässt sich daraufhin das obere und untere Grenzmaß ablesen. Mit den Grenzmaßen kann dann das Höchst- und Mindestmaß der Bohrung wie folgt berechnet werden:

• Höchstmaß G _oB = Nennmaß + oberes Grenzmaß
• Mindestmaß G _ub = Nennmaß + unteres Grenzmaß

Das Höchstmaß und Mindestmaß beschreibt den Bereich, innerhalb dessen die tatsächlichen Abmessungen einer Bohrung oder Welle liegen können, um noch akzeptabel zu sein.

Häufig verwendete Einheitsbohrungen und Einheitswellen

Die folgenden Tabellen geben einen Überblick über häufig verwendete Einheitsbohrungen und Einheitswellen und ihren Passungen.