Walter Jorden Wolfgang Schütte Form- und Lagetoleranzen Handbuch für Studium und Praxis 7., neu bearbeitete Auflage
Jorden/Schütte Form- und Lagetoleranzen
WalterJorden /Wolfgang Schütte Form- und Lagetoleranzen Handbuch für Studium und Praxis 7., neu bearbeitete Auflage Mit 181 Bildern, 17 Tabellen, 195 Leitregeln und zahlreichen Praxisbeispielen
Univ.-Prof. (em.) Dr.-Ing. WalterJorden UniversitätPaderborn ehem.leiterdes Laboratoriumsfür Konstruktionslehre Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schütte Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn Leiter des Laborsfür Produktentwicklung und Konstruktionslehre Bibliografische Informationder Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. ISBN 978-3-446-43080-8 E-Book-ISBN 978-3-446-43199-7 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. 2012 Carl Hanser Verlag München www.hanser-fachbuch.de Lektorat: Jochen Horn Herstellung: Katrin Wulst Satz: Beltz Bad LangensalzaGmbH, Bad Langensalza Druckund Bindung: FriedrichPustetKG, Regensburg Printed in Germany
Vorwort Als 1978 ein Betrieb an mich herantrat mit der Bitte, seine Mitarbeiter inder Form- und Lagetolerierung zu schulen, daahnte ich nicht, wohinein ich geriet. Über drei Jahrzehnte lang wurde dieses Gebiet zu einem Schwerpunkt meiner Tätigkeiten. Jetzt hat mein langjähriger Mitarbeiter Wolfgang Schütte als Koautor die Verantwortung für dieses Buch übernommen. Ich unterstütze ihn dabei aber weiter nach Kräften. Damit ändert sich das Wörtchen ich in wir ; die Substanz des Buches bleibt jedoch erhalten. Nach wie vor liegt das Grundproblem darin, Werkstücke hinreichend vollständig und eindeutig zu beschreiben. Mit Maßen und Maßtoleranzen allein ist das nicht möglich. Diese Tatsache ist häufig ebenso unbekannt wie ihre Folgen. Auch heute noch sind viele Zeichnungen aufgrund unzureichender Form- und Lagetolerierung unvollständig und somit als Grundlage für Fertigung undqualitätsprüfung unbrauchbar. Das vorliegende Buch bietet Ingenieuren, Technikern und Zeichnern, Auszubildenden, Studierenden und Lehrenden eine systematische Einführung und fundierte Hilfen. Ohne die wissenschaftliche Exaktheit zu verlassen, haben wir Theorie und Formeln auf ein notwendiges Mindestmaß beschränkt, um das Buch anschaulich, verständlich und übersichtlich zu halten. Kap. 1 enthält die wesentlichen Grundlagen; an seinem Beginn finden Sie, wie bei allen Hauptkapiteln, weitere Hinweise zum Inhalt. In Kap. 2 werden die verschiedenen Toleranzarten und ihre Anwendung betrachtet einschließlich der Bildung von Bezugssystemen, auf denen die Lagetolerierung aufbaut. Kap. 3 beschäftigt sich mit Allgemeintoleranzen, die für alle nicht einzeln tolerierten Elemente gelten, vorwiegend unter dem Gesichtspunkt der Form- und Lagetolerierung. Kap. 4 beleuchtet die teilweise recht unübersichtlichen Verknüpfungen zwischen mehreren Toleranzen und Toleranzarten; wesentlich sind hier die Nutzung der Toleranzstatistik ohne großen mathematischen Aufwand und die für die Praxis wichtige Maximum-Material-Bedingung. Zusammenfassend bietet Kap. 5 Vorgehensweisen, Leitregeln und Beispiele für die praktische Anwendung der Form- und Lagetolerierung; dabei werden die Kosten und die betriebliche Zusammenarbeit einbezogen. Damit Ihnen das Lesen und Blättern auch ein wenig Spaß macht, haben wir uns um einen trotz präziser Ausdrucksweise lockeren Sprachstil bemüht, verwenden das Wörtchen wir für unsere persönlichen Ansichten, setzen über jeden Absatz eine Absatzüberschrift und bieten Ihnen (eingeklammert)zahlreiche Querverweise an. Wie die vorangegangenen Auflagen, so wurde auch diese Auflage berichtigt und verbessert. Vor allem berücksichtigt sie den neuesten Stand der Normung, insbesondere das Normenwerk der geometrischen Produktspezifikation (GPS). Hofbieber und Anröchte, im März 2012 WalterJorden und Wolfgang Schütte
Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen des Tolerierens... 9 1.1 Problemebei der technischendarstellungvon Bauteilen... 9 1.2 Einflussgrößen auf die Toleranzfestlegung... 13 1.2.1 Gestaltabweichungenund ihregrenzen... 13 1.2.2 Aufgabenund Bedingungenfür Toleranzen... 16 1.3 Maßtoleranzen und Passungen... 19 1.3.1 Maßbegriffe... 19 1.3.2 Besondere Maßarten... 22 1.3.3 ISO-Maßtoleranzsystem... 28 1.3.4 Passungen... 32 1.4 Tolerierungsgrundsatz... 35 1.4.1 Einführung... 35 1.4.2 Unabhängigkeitsprinzip... 37 1.4.3 Hüllbedingung beim Unabhängigkeitsprinzip... 41 1.4.4 Hüllprinzip als Tolerierungsgrundsatz... 45 1.4.5 Anwendung der Tolerierungsgrundsätze... 53 1.5 Aufbau der Form- und Lagetolerierung... 56 1.5.1 Grundbegriffe... 56 1.5.2 Formtolerierung am Beispiel geradekante... 58 1.5.3 Lagetolerierung am Beispiel parallelekanten... 59 1.5.4 Zusammenhang zwischen Maß- und Lagetolerierung... 63 1.6 Zeichnungseintragung... 64 1.6.1 Toleriertes Element... 64 1.6.2 Bezugselement... 72 2 Toleranzarten und Bezüge... 77 2.1 Überblick... 77 2.2 Formtoleranzen... 79 2.2.1 Übersicht... 79 2.2.2 Geradheit... 81 2.2.3 Ebenheit... 86 2.2.4 Rundheit(Kreisform)... 88 2.2.5 Zylindrizität (Zylinderform)... 91 2.3 Bezüge und Bezugssysteme... 93 2.3.1 Grundlagen und Übersicht... 93
Inhaltsverzeichnis 7 2.3.2 Bezüge aus wirklichen Geraden oder Ebenen... 94 2.3.3 Achsen oder Mittelebenenals Bezüge... 98 2.3.4 Bezugssysteme... 108 2.4 Profiltoleranzen... 118 2.4.1 Übersicht... 118 2.4.2 Linienprofil... 119 2.4.3 Flächenprofil... 122 2.5 Richtungstoleranzen... 124 2.5.1 Übersicht... 124 2.5.2 Parallelität... 126 2.5.3 Rechtwinkligkeit... 133 2.5.4 Neigung... 133 2.6 Ortstoleranzen... 136 2.6.1 Übersicht... 136 2.6.2 Position... 138 2.6.3 Koaxialität und Konzentrizität... 144 2.6.4 Symmetrie... 147 2.7 Lauftoleranzen... 150 2.7.1 Übersicht... 150 2.7.2 Einfacher Lauf... 151 2.7.3 Gesamtlauf... 156 3 Allgemeintoleranzen... 159 3.1 Grundlagen... 159 3.2 Allgemeintoleranzennach ISO 2768... 163 3.2.1 Übersicht... 163 3.2.2 Maß- und Winkeltoleranzen... 164 3.2.3 Form- undlagetoleranzen... 166 3.3 Allgemeintoleranzenfür verschiedene Fertigungsverfahren... 174 3.3.1 Übersicht und Lücken... 174 3.3.2 Einzelne Fertigungsverfahren... 176 3.3.3 Ermittlung von Rohteilnennmaßen... 181 3.3.4 Allgemeintolerierung mit Profiltoleranzen... 184 4 Toleranzverknüpfungen... 187 4.1 Übersicht... 187 4.2 Maßketten... 188 4.2.1 Arithmetische Tolerierung... 188 4.2.2 Grundlagen des statistischen Tolerierens... 191 4.2.3 Vorgehensweise zum überschlägigen statistischen Tolerieren... 196
8 Inhaltsverzeichnis 4.3 Form- und Lagetoleranzen in Maßketten... 201 4.3.1 Einführung... 201 4.3.2 Grenzgestalten von Geometrieelementen... 204 4.3.3 Beispiele für die Verkettung von Grenzgestalten... 212 4.4 Maximum-Material-Bedingung... 218 4.4.1 Einführung... 218 4.4.2 Eingrenzung der Anwendung... 221 4.4.3 Vorgehensweise zur Toleranzuntersuchung... 223 4.4.4 Festlegung von Funktionslehren... 227 4.5 Minimum-Material-Bedingung... 237 4.5.1 Einführung... 237 4.5.2 Anwendung... 239 4.6 Verknüpfung mit Oberflächenkennwerten... 241 5 Praktische Anwendung der Tolerierung... 244 5.1 Vorgehensweisenzur Form-und Lagetolerierung... 244 5.1.1 Intrepretation von eingetragenentoleranzen... 244 5.1.2 Methodik zur Form- und Lagetolerierung... 247 5.2 Toleranzen und Kosten... 252 5.2.1 Übersicht... 252 5.2.2 Kostensprünge... 254 5.3 Leitregeln zumtoleranzgerechten Gestalten... 258 5.3.1 Zum Aufbau von Bemaßung und Tolerierung... 258 5.3.2 Zur Wirtschaftlichkeit der Tolerierung... 265 5.3.3 Zum Qualitätsmanagement... 274 5.4 Anwendungsbeispiele aus der Praxis... 277 5.4.1 Werkstückemit relativ einfachernenngeometrie... 278 5.4.2 Beispiele für komplizierter geformtewerkstücke... 286 6 Anhang... 296 6.1 Unterschiede derasme-normung gegenüber ISO... 296 6.2 Verzeichnisse... 303 6.2.1 Zeichenund Abkürzungen... 303 6.2.2 Literaturverzeichnis... 304 6.2.3 Stichwortregister... 306