Maßtoleranzen nach ISO 286: der vollständige Leitfaden

Jedes Teil eines Möbels zum Selbstaufbau kommt aus einem anderen Werk, oft aus einem anderen Land, und beim Zusammenbau passt trotzdem alles. Das ist kein Glück: es ist das Ergebnis einer genauen Sprache, mit der die Konstruktion der Fertigung sagt, wie weit sie abweichen darf. Diese Sprache heißt Maßtoleranz.

Das Wort kommt vom lateinischen tolerare, ertragen. Toleranzen sind die Abweichungen, die wir hinzunehmen bereit sind, ohne die Funktion des Teils zu verlieren. Sie sind keine Fehler: sie sind bewusste Konstruktionsentscheidungen, und sie sind die Übersetzung einer funktionalen Anforderung in eine messbare und prüfbare Vorgabe.

Dieser Leitfaden beginnt bei den Grundlagen, geht das gesamte System ISO 286 durch, rechnet fünf Beispiele Schritt für Schritt vor und schließt mit den Normen, den Fertigungsverfahren und den Fehlern, die man nicht machen sollte.

1. Warum es Toleranzen gibt

Ein einziger Gedanke trägt alles Übrige: das exakte Teil gibt es nicht. Temperaturschwankungen, Werkzeugverschleiß, Maschinenschwingungen, das Geschick des Bedieners — alles bringt Abweichungen hinein. Man kann nur einen Bereich der Annehmbarkeit festlegen, in den das Istmaß fallen muss, damit das Teil seine Funktion erfüllt.

Nehmen Sie eine Welle, die sich in einer Bohrung drehen soll. Steht auf der Zeichnung für beide ⌀50, und die Werkstatt liefert eine Welle mit 50,004 und eine Bohrung mit 49,998, dann passt die Welle nicht hinein. Niemand hat einen Fehler gemacht: beide Teile liegen so nahe an 50, wie man es vernünftigerweise verlangen kann. Der Fehler steckt in der Zeichnung, die nie gesagt hat, auf welcher Seite von 50 es darauf ankam.

Der Zielkonflikt ist immer derselbe. Enge Toleranzen bringen Genauigkeit, aber teurere Bearbeitung: genauere Maschinen, mehr Schnitte, strengere Prüfungen, mehr Ausschuss. Weite Toleranzen bringen schnelle und günstige Fertigung, mit dem Risiko, Passungen und Funktion zu gefährden. Der gute Konstrukteur verlangt nicht die höchstmögliche Genauigkeit, sondern die notwendige Genauigkeit.

2. Das nötigste Vokabular

Eine Konvention, die man sofort lernen sollte, weil sie im technischen Zeichnen überall gilt: Großbuchstaben für Bohrungen, Kleinbuchstaben für Wellen. Wo H7 steht, geht es um eine Bohrung; wo h6 steht, um eine Welle.

3. Wie Toleranzen in der Zeichnung erscheinen

3.1 Ausgeschriebene Abmaße

Die Abmaße unmittelbar neben dem Maß eingetragen:

Das ist die direkteste und eindeutigste Art, richtig für einzelne Maße oder für alles, was zu keiner genormten Passung gehört. Beachten Sie den unsymmetrischen Fall: +0,025/0 heißt, dass das Teil größer werden darf, aber nie unter das Nennmaß fallen. Das ist keine Rundungsbequemlichkeit — es heißt in der Regel, dass dort etwas hineinpassen muss.

3.2 ISO-Toleranzklassen

Für Passmaße wird das verschlüsselte System verwendet: ⌀50H7 für eine Bohrung, ⌀50g6 für eine Welle. Der Buchstabe sagt, wo das Toleranzfeld gegenüber der Nulllinie liegt; die Zahl sagt, wie breit es ist.

3.3 Allgemeintoleranzen

Abmaße an jedes einzelne Maß zu schreiben würde die Zeichnung überladen, bis sie unlesbar wird. Für unkritische Maße wird die Allgemeinklasse einmalig im Schriftfeld aufgerufen: Allgemeintoleranzen: ISO 2768-m. Jedes Maß ohne eigene Toleranz folgt dann automatisch dieser Klasse.

In der täglichen Praxis: ISO-Klassen für funktionale Passungen, ausgeschriebene Abmaße für Sondermaße, Allgemeintoleranzen für alles andere.

4. Das System ISO 286

Das System wird durch ISO 286-1 festgelegt, die Grundlagen, Begriffe und Abmaße regelt, und durch ISO 286-2, die die Wertetabellen enthält. Es besteht aus zwei Bestandteilen: dem Toleranzgrad und der Lage des Toleranzfeldes.

4.1 Die IT-Grade: wie breit das Feld ist

Es sind achtzehn, von IT01 bis IT18. Je niedriger die Zahl, desto enger die Toleranz. Ein Grad ist keine feste Millimeterzahl: er wird mit der Größe breiter, denn zehn Mikrometer an einem Bolzen von 5 mm und an einer Bohrung von 500 mm zu halten ist nicht dieselbe Arbeit.

Werte in Mikrometern: 1 µm = 0,001 mm. Die Grade IT01 bis IT4 fehlen hier, weil sie zu Lehren und Messmitteln gehören und nicht zu Teilen des allgemeinen Maschinenbaus; die Grade oberhalb IT12 betreffen rohe Verfahren und stehen vollständig in ISO 286-2.

4.2 Die Lagen: wo das Feld liegt

Die Buchstaben legen das Toleranzfeld gegenüber der Nulllinie fest.

Beachten Sie, dass Bohrungen und Wellen sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen: bei einer Welle nehmen die Buchstaben vor h Material weg und schaffen Spiel; bei einer Bohrung schaffen die Buchstaben vor H Platz und bewirken dasselbe. Es ist symmetrisch, verwirrt aber beim ersten Mal.

4.3 Die Grundabmaße

Für jede Lage gibt die Norm ein einziges Abmaß an, das auf der Seite der Nulllinie; das andere ergibt sich aus dem IT-Grad. Für die Buchstaben a bis h ist der tabellierte Wert das obere Abmaß es, und das untere folgt durch Abziehen des IT. Ab k ist der tabellierte Wert das untere Abmaß ei, und das obere folgt durch Addieren des IT.

Werte für Wellen, in Mikrometern. Für Bohrungen gelten dieselben Zahlen mit umgekehrtem Vorzeichen und dem entsprechenden Großbuchstaben, ausgenommen die Lagen J, K, M und N bei den feineren Graden, für die ISO 286-2 eine Korrektur einführt: die müssen aus der Tabelle gelesen und nicht im Kopf hergeleitet werden. Oberhalb von 50 mm unterteilen einige Lagen die Durchmesserbereiche noch weiter — etwa bei 65 und bei 100 mm — deshalb schlägt man ab dort in der Norm nach, statt zu extrapolieren.

4.4 Einheitsbohrung oder Einheitswelle

Im System der Einheitsbohrung bleibt die Bohrung fest in der Lage H, und die Passung wird durch Verschieben der Welle geändert: H7/g6, H7/k6, H7/p6. Im System der Einheitswelle wird die Welle auf h festgelegt und die Bohrung verschoben: F8/h7, K7/h6, P7/h6.

Das erste wird in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle verwendet, und der Grund ist wirtschaftlich. Eine Bohrung entsteht mit einer Reibahle oder einer Räumnadel eines bestimmten Maßes, und ihre Toleranz zu ändern heißt, ein neues Werkzeug zu kaufen; eine Welle lässt sich mit dem vorhandenen Werkzeug auf jeden Durchmesser drehen. Die Einheitswelle lohnt sich, wenn dieselbe durchgehende Welle in mehrere unterschiedliche Bohrungen passen muss: dann hält man sie fest und verschiebt die Bohrungen.

5. Die drei Passungsarten

Aus dem Zusammenspiel von Bohrung und Welle ergibt sich eine von drei Situationen.

• Spielpassung. Die Welle ist immer kleiner als die Bohrung: die Teile bewegen sich frei. H7/g6, H8/f7, H9/d9.
• Übergangspassung. Je nachdem, wo jedes Teil liegt, ergibt sich leichtes Spiel oder leichtes Übermaß: genaue Lage bei möglichem Zerlegen. H7/js6, H7/k6, H7/n6.
• Presspassung. Die Welle ist immer größer als die Bohrung: Fügen mit Presse oder Wärme, dauerhafte Verbindung. H7/p6, H7/s6, H7/u6.

6. Fünf gerechnete Beispiele

Beispiel 1 — Spielpassung: ⌀50 H7/g6

Ein Kolben, der in einem Zylinder gleitet: es braucht genug Spiel für den Ölfilm. Durchmesser 50, also Bereich über 30 bis 50.

1. Bohrung H7. Aus der Tabelle IT7 = 25 µm. Die Lage H erzwingt EI = 0, also ES = +0,025 mm. Bohrung von 50,000 bis 50,025 mm.
2. Welle g6. IT6 = 16 µm; die Lage g ergibt es = −9 µm, also ei = −9 − 16 = −25 µm. Welle von 49,975 bis 49,991 mm.
3. Mindestspiel = kleinste Bohrung − größte Welle = 50,000 − 49,991 = 0,009 mm.
   Höchstspiel = größte Bohrung − kleinste Welle = 50,025 − 49,975 = 0,050 mm.

Das Spiel bleibt durchweg positiv, zwischen neun und fünfzig Mikrometern: jedes nach dieser Zeichnung gefertigte Teil gleitet, keines klemmt und keines schlägt.

Beispiel 2 — Übergangspassung: ⌀25 H7/k6

Ein Lagersitz: genaue Zentrierung, aber lösbar. Durchmesser 25, Bereich über 18 bis 30.

1. Bohrung H7. IT7 = 21 µm, EI = 0, ES = +0,021 mm. Bohrung von 25,000 bis 25,021 mm.
2. Welle k6. IT6 = 13 µm; k ergibt ei = +2 µm, also es = +2 + 13 = +15 µm. Welle von 25,002 bis 25,015 mm.
3. Ungünstigster Fall in die eine Richtung: kleinste Bohrung mit größter Welle, Übermaß von 0,015 mm.
   Ungünstigster Fall in die andere: größte Bohrung mit kleinster Welle, Spiel von 0,019 mm.

Sie wissen vorher nicht, welchen der beiden Fälle Sie bekommen — daher der Name. Das Lager sitzt genau und lässt sich mit einem Abzieher demontieren.

Beispiel 3 — Presspassung: ⌀40 H7/s6

Ein Zahnkranz, auf eine Welle geschrumpft: eine dauerhafte Verbindung. Durchmesser 40, Bereich über 30 bis 50.

1. Bohrung H7. IT7 = 25 µm. Bohrung von 40,000 bis 40,025 mm.
2. Welle s6. IT6 = 16 µm; s ergibt ei = +43 µm, also es = +43 + 16 = +59 µm. Welle von 40,043 bis 40,059 mm.
3. Mindestübermaß = kleinste Welle − größte Bohrung = 40,043 − 40,025 = 0,018 mm.
   Höchstübermaß = größte Welle − kleinste Bohrung = 40,059 − 40,000 = 0,059 mm.

Die Welle ist immer größer als die Bohrung: es braucht eine Presse, oder der Kranz wird erwärmt, aufgeschoben und abkühlen gelassen. Achten Sie auf die Reihenfolge der Begriffe: das Mindestübermaß entsteht aus der für das Fügen günstigsten Kombination — kleine Welle in großer Bohrung — und nicht aus der betragsmäßig größeren Zahl.

Beispiel 4 — Ausgeschriebene Abmaße: 65 +0,04 / −0,02

Ein funktionales Maß, das zu keiner genormten Passung gehört, etwa ein Absatz.

1. Größtmaß = 65 + 0,04 = 65,04 mm; Kleinstmaß = 65 − 0,02 = 64,98 mm.
2. Toleranzfeld = ES − EI = 0,04 − (−0,02) = 0,06 mm, also 60 µm.

Im Bereich 50÷80 liegt dieser Wert zwischen IT8 (46 µm) und IT9 (74 µm): das Maß ist also weiter als IT8 und enger als IT9. Das ist Dreharbeit ohne besondere Schwierigkeit.

Beispiel 5 — Einheitswelle: ⌀30 F8/h7

Dieselbe durchgehende Welle, die in mehrere unterschiedliche Bohrungen passen muss. Durchmesser 30: Achtung, er fällt in den Bereich über 18 bis 30.

1. Welle h7. IT7 = 21 µm; h ergibt es = 0, also ei = −0,021 mm. Welle von 29,979 bis 30,000 mm.
2. Bohrung F8. IT8 = 33 µm; die Lage F ergibt EI = +20 µm, also ES = +20 + 33 = +53 µm. Bohrung von 30,020 bis 30,053 mm.
3. Mindestspiel = 30,020 − 30,000 = 0,020 mm.
   Höchstspiel = 30,053 − 29,979 = 0,074 mm.

Die Welle ist der Bezug, und die Bohrung liefert das Spiel. Um dieselbe Welle mit einem anderen Bauteil zu paaren, ändert man einfach die Lage der Bohrung: G8, H8 und so fort.

7. Die Allgemeintoleranzen nach ISO 2768

Für unkritische Maße legt ISO 2768-1 vier Genauigkeitsklassen fest, die einmalig im Schriftfeld aufgerufen werden.

7.1 Längenmaße

7.2 Winkelmaße

7.3 Allgemeine Form- und Lagetoleranzen

ISO 2768-2 deckt die Geometrie mit den Klassen H, K und L ab. Geradheit und Ebenheit hängen von der Länge des Elements ab; sie sind kein einzelner Wert:

Auch Rechtwinkligkeit und Symmetrie hängen von der Länge des Schenkels ab; der Rundlauf dagegen ist ein einziger Wert je Klasse: 0,1 für H, 0,2 für K und 0,5 für L.

Wahl der Klasse: f für den Feinmaschinenbau, m für den allgemeinen Maschinenbau — in der großen Mehrzahl der Fälle die richtige Antwort — c für Stahlbau und Blech, v für Rohteile und Gussstücke. Eine Zeichnung mit ISO 2768-mK hat Maße und Geometrie in sechs Zeichen abgedeckt.

Rückwärts gelesen steckt darin die Disziplin, die die Norm eigentlich lehrt: trägt ein Maß eine eigene Toleranz, dann weil etwas davon abhängt. Eine Zeichnung, in der jedes Maß einzeln toleriert ist, ist die Zeichnung von jemandem, der nicht entschieden hatte, worauf es ankommt.

8. Der normative Rahmen

9. Welche Genauigkeit jedes Verfahren liefert

Jedes Verfahren erreicht einen kennzeichnenden Bereich von IT-Graden. Ihn zu kennen ist der einzige Weg, um realistische Toleranzen vorzugeben.

Daher die Frage, die man sich stellen sollte, bevor man eine Toleranz schreibt: welches Verfahren wird die Werkstatt einsetzen? IT5 an einem Sandgussteil zu verlangen heißt, das Unmögliche zu verlangen; IT12 an eine Präzisionswelle zu schreiben heißt, das Schleifen zu verschenken, das ohnehin gemacht wird.

10. Häufige Fehler

• Alles «sicherheitshalber» eng tolerieren. Der mit Abstand teuerste Fehler. Jeder IT-Grad kann den Preis des Teils verdoppeln oder verdreifachen, und an Maßen ohne Funktion ist dieses Geld verloren.
• Den falschen Durchmesserbereich lesen. ⌀30 steht in «über 18 bis 30». Ein Fehler, der keine Spur hinterlässt: er liefert glaubwürdige Zahlen.
• Hilfsmaße tolerieren. Maße in Klammern sind Information: eine Toleranz darauf schafft nur Widersprüche zu den echten Maßen.
• Dasselbe Element zweimal bemaßen. Aus zwei Richtungen kann das Teil das eine Maß einhalten und das andere verletzen, und keines von beiden ist für sich genommen falsch.
• Maßketten bilden. Toleranzen addieren sich: vier Maße hintereinander mit ±0,1 können die letzte Fläche 0,4 mm vom Nennmaß entfernt liegen lassen. Wenn die Kette zählt, bemaßt man von einem einzigen Bezug aus.
• Toleranzen vorgeben, die niemand messen kann. Hat die Werkstatt kein Messmittel dafür, existiert die Toleranz nicht: sie existiert nur auf dem Papier.
• Eine Passungskurzzeichen an ein Element schreiben, das zu nichts passt. H7 an einer Durchgangsbohrung für eine M8-Schraube ist keine Präzision: es sind Kosten ohne Zweck.

11. Kurz gefasst

• Geben Sie die notwendige Genauigkeit vor, nicht die höchstmögliche.
• Verwenden Sie die Einheitsbohrung, wo es geht: sie ist wirtschaftlicher.
• Verlassen Sie sich bei unkritischen Maßen auf die Allgemeintoleranz im Schriftfeld.
• Prüfen Sie immer, ob die Toleranz mit den vorhandenen Messmitteln überhaupt messbar ist.
• Berücksichtigen Sie die Aufsummierung in Maßketten.
• Merken Sie sich die Konvention: Großbuchstaben für Bohrungen, Kleinbuchstaben für Wellen.
• Prüfen Sie bei fremden Zeichnungen, ob ISO oder ASME gilt.

Toleranzen ähneln den Verkehrsregeln: sie sehen aus, als schränkten sie die Freiheit ein, und in Wahrheit machen sie sie erst möglich. Ohne sie ginge jedes Teil seinen eigenen Weg und keine Baugruppe hielte zusammen.

12. Auf ein Blatt bringen

Lesen bringt einen nur bis zu einem gewissen Punkt. Nehmen Sie ein Blatt aus dem Archiv mit einer Welle und einer Aufnahme, entscheiden Sie selbst, welche Maße funktional sind, wählen Sie für diese Passungen und für alles Übrige eine Allgemeinklasse, und schreiben Sie es in die Zeichnung. Dann ändern Sie Ihre Meinung zu einer Passung und sehen Sie, wie weit die Folgen reichen.

Dieser letzte Schritt ist der, der etwas beibringt. Eine Toleranz ist nie die Eigenschaft eines einzelnen Elements: sie ist eine Aussage über eine Beziehung, und in den Beziehungen werden Zeichnungen interessant.

Der nächste Beitrag der Reihe wird die Form- und Lagetolerierung nach ISO 1101 behandeln: was geschieht, wenn das Maß allein nicht mehr ausreicht, um zu beschreiben, was ein Teil leisten soll.