Technische Zeichnungen erklärt: Wichtige Einblicke für Ingenieure und Hersteller

Technische Zeichnungen (und der Prozess des Erstellens/Zeichnens) sind ein Mittel zur Informationsübermittlung zwischen Ingenieuren und Herstellern. Technische Zeichnungen ergänzen meist digitale CAD-Dateien und liefern Zusatzinformationen, die nicht allein durch die Teilegeometrie vermittelt werden können.

In der Welt von Prototyping und Fertigung haben wir es typischerweise mit einem bestimmten Untertyp technischer Zeichnungen zu tun: Konstruktionszeichnungen (Engineering Drawings). Diese enthalten Informationen wie Material- und Oberflächenanforderungen, Teiledaten und – am wichtigsten – 2D- und 3D-Ansichten des Teils aus verschiedenen Winkeln, komplett mit Maßen und Toleranzen.

Dieser Leitfaden geht auf die Grundlagen technischer Zeichnungen ein: Warum sie nötig sind, welche Elemente typischerweise enthalten sind, und Tipps zur Erstellung.

Warum wir technische Zeichnungen brauchen

Technische Zeichnungen existieren seit Jahrhunderten, lange vor heutigen digitalen Fertigungstechnologien. Vor Computern waren sie der Hauptreferenzpunkt für Hersteller.

Heute ist es möglich, ein Teil am Computer zu designen, dann eine digitale Datei von demselben Computer an eine Maschine zu senden, die das Teil fertigt – ganz ohne technische Zeichnungen. Dennoch verlangen die meisten hochwichtigen Fertigungsaufträge – sogar bei digitalen Fertigungstechnologien – weiterhin technische Zeichnungen. Warum?

Erstens verifizieren technische Zeichnungen den Inhalt der CAD-Datei und geben Herstellern Vertrauen, dass sie genau das fertigen, was benötigt wird. Eine perfekte Korrelation zwischen CAD und Zeichnung zeigt, dass keine Designfehler vorliegen. Nach Fertigstellung dient die Zeichnung als Referenz bei der Inspektion.

Zweitens liefern technische Zeichnungen viele weitere Informationen, die nicht in der CAD-Datei enthalten sind. Über technische Zeichnungen vermittelte Informationen können umfassen:

• Toleranzen für spezifische Merkmale
• Oberflächenveredelungsanforderungen für spezifische Flächen
• Materialanforderungen für spezifische Komponenten
• Innen- oder Außengewinde

Drittens können technische Zeichnungen eine rechtliche Funktion haben. Sie sind Teil einer Bestellung und damit eines Vertrags: Scheitert der Hersteller an der Lieferung nach Spezifikation, kann der Kunde die technische Zeichnung als Beweis nutzen, dass das Design nicht erfüllt wurde; umgekehrt ist der Hersteller vor Haftung geschützt, solange er der technischen Zeichnung folgt. (Gilt nicht, wenn die CAD-Datei als rechtliches Instrument über der Zeichnung spezifiziert ist.)

Weiterhin bevorzugen Hersteller oft den Erhalt einer technischen Zeichnung neben der digitalen Datei, da sie eine schnelle Einschätzung von Aspekten wie Geometrie, Abmessungen und potenziellen Kosten ermöglicht.

Und schließlich sind technische Zeichnungen der einzige international anerkannte Weg, Fertigungsanweisungen zu kommunizieren – keine Mehrdeutigkeit, keine Verwirrung, nichts, das den Projekterfolg gefährden könnte.

Zusammenfassung:

1. Verifikation
2. Information
3. Rechtliches Instrument
4. Schneller Referenzpunkt
5. International anerkannt

Standards für technische Zeichnungen

Technische und Konstruktionszeichnungen unterliegen mehreren universell anerkannten Standardwerken. Diese geben Richtlinien für die Darstellung, um Kommunikation zwischen verschiedenen Parteien zu erleichtern – auch bei unterschiedlichen Sprachen.

Die Internationale Organisation für Normung (ISO) schreibt ISO 128 für technische Zeichnungen und ISO 8015 für Konstruktionszeichnungen vor. Die American Society of Mechanical Engineers (ASME) stellt eigene Zeichnungsstandards: Y14.5 und Y14.5M.

Laut ISO-Dokument gibt ISO 128 „allgemeine Regeln für die Ausführung technischer Zeichnungen (2D und 3D)“ und ist „anwendbar auf technische Zeichnungen in den Bereichen Maschinenbau, Bauwesen, Architektur und Schiffbau“ einschließlich „sowohl manueller als auch computergestützter technischer Zeichnungen.“

Ansichtstypen und weitere Merkmale technischer Zeichnungen

Eine fertige technische Zeichnung enthält mehrere verschiedene Ansichten des Objekts, damit der Hersteller die Absichten des Ingenieurs leicht interpretieren kann. Eine Konstruktionszeichnung für CNC-Bearbeitung oder Blechbearbeitung enthält typischerweise folgende Ansichten und Merkmale:

• Isometrische Ansichten: Eine isometrische oder bildliche Ansicht zeigt das Objekt um 45° um die Vertikale und 35,264° um die Horizontale gedreht. Zweck: dreidimensionale Ansicht mit Tiefenillusion.
• Orthografische Ansichten: Zweidimensionale Darstellungen des Objekts von vorne, rechts, links, oben, unten, hinten – die Hauptansichten. Die Kombination heißt Mehrseitenprojektion. Meist genügen zwei oder drei orthografische Ansichten für die nötigen Informationen; ein Zeichner nimmt typischerweise das Minimum auf.
• Hilfsansichten (Auxiliary Views): Zusätzliche 2D-Ansichten von Winkeln außerhalb der sechs Hauptansichten.
• Schnittsansichten (Section Views): Zeigen einen Querschnitt des Objekts entlang einer festgelegten Schnittebene. Dienen der Darstellung interner Details und werden meist in Reihe mit einer orthografischen Ansicht platziert.
• Detailansichten (Detail Views): Heben kritische oder komplexe Bereiche einer orthografischen Ansicht hervor.
• Titelblock (Title Block): Enthält Informationen wie Teilname, Firmenname, Teilnummer, Zeichnungsnummer, Materialanforderungen, Oberflächenanforderungen, Farbanforderungen, verwendeter Maßstab, verwendete Standards. Typischerweise unten rechts platziert.
• Anmerkungen (Notes List): Hinweise für den Zeichnungsnutzer – allgemeine Notizen oder Flagnotes – können an den Rändern platziert werden.

Technische Zeichnung schnell erstellen

Dank moderner CAD-Software erfordert die Erstellung einer technischen Zeichnung nicht zwingend einen professionellen Konstrukteur. Dieser Abschnitt bespricht, wie man eine technische Zeichnung mit CAD-Software erstellt – nicht manuelles Zeichnen auf Papier, was Spezialisten vorbehalten bleiben sollte.

Aus dem Modell

Der einfachste Weg: Automatisch aus einem CAD-Design generieren. In SolidWorks z. B. wählt man im Standard-Toolbar „Zeichnung aus Teil/Baugruppe erstellen“, dann ein vordefiniertes Template. Die Software generiert automatisch Ansichten und Merkmale nach Auswahl, und die Zeichnung kann exportiert werden.

Vorteile der Modell-basierten Erstellung: Teile können digital „montiert“ werden, um Passung zu prüfen, und Simulationswerkzeuge können prüfen, ob Teile korrekt funktionieren.

Von Grund auf (From Scratch)

Es ist auch möglich, eine technische Zeichnung von Grund auf mit CAD-Software zu erstellen. Bevorzugt, wenn Sie keine CAD-Erfahrung haben und das Teil noch nicht in CAD erstellt haben. Das ist effektiv wie Zeichnen auf Papier, aber mit digitalen Werkzeugen, die Fehler reduzieren.

Hinweis: Erstellung von Grund auf erlaubt keine digitale Montage oder Simulation.

Unabhängig von der Erstellungsmethode sollten alle technischen Zeichnungen enthalten:

• Geometrien / Ansichten
• Maße
• Toleranzen
• Materialanforderungen
• Oberflächen-/Farbeanforderungen

Was in eine CNC-Bearbeitungs-Zeichnung gehört

Bei der Vorbereitung einer technischen Zeichnung für CNC-Bearbeitung gibt es spezifische Merkmale, die hinzugefügt werden müssen:

Toleranzen für spezifische Bereiche: CNC-Bearbeitung unterscheidet sich von anderen Fertigungsprozessen, da mehrere Werkzeuge für ein einzelnes Teil genutzt werden können. Z. B. beginnt die Bearbeitung mit Schruppen vor Feinfräsen für Details. Daher können Ingenieure unterschiedliche Toleranzen für verschiedene Teilbereiche festlegen, wobei kritische Bereiche langsamer mit feineren Werkzeugen bearbeitet werden.

Bohrungsangaben (Hole Callouts): Bohrungen, einschließlich Senkungen, sind gängige CNC-Merkmale und werden oft in Detailansichten identifiziert.

Gewindespezifikationen: Da Gewinde in Standardgrößen gefertigt werden, ist es hilfreich, jedem Gewinde seine relevante Gewindegröße zuzuweisen, statt Dimensionen in Millimetern.

Was in eine Blechbearbeitungs-Zeichnung gehört

Bei der Vorbereitung einer technischen Zeichnung für Blechbearbeitung:

Materialdicke (Material Gauge): Die Blechdicke ist für Prozesse wie CNC-Bearbeitung irrelevant, aber entscheidend für Blechumformung.

Richtung der Walzrichtung (Grain Direction): Bei z. B. Edelstahlteilen kann es nötig sein, die Walzrichtung in der Zeichnung anzugeben, da diese erhebliche Auswirkungen auf Biegen hat. Biegen mit der Walzrichtung (longitudinal) erfordert weniger Kraft, kann aber Rissbildung am äußeren Biegeradius verursachen; Biegen quer zur Walzrichtung (transversal) erfordert mehr Kraft, schützt aber den äußeren Biegeradius.

Drehmomentanforderungen etc. für Montage: Verschiedene Materialien und Dicken akzeptieren unterschiedliche Drehmomente bei Schraubmontage.

Schweißpositionen: Positionen (und Maße) von Schweißpunkten müssen in der Zeichnung spezifiziert werden.

Maße von Biegungen, Senkungen, Bohrungen: Maße von Merkmalen wie Senkungen sollten spezifiziert werden.

Was in eine Spritzguss-Zeichnung gehört

Bei der Vorbereitung einer technischen Zeichnung für Spritzguss:

Akzeptabler Entformungsschrägwinkel (Acceptable Draft): In vielen Fällen bestimmt der Spritzgusshersteller den minimal erforderlichen Entformungsschrägwinkel zur Erleichterung der Entformung. Wenn der Ingenieur entscheidet, dass bestimmte Merkmale keinen hohen Entformungsschrägwinkel akzeptieren können (wegen Endverwendung des Produkts), sollte dies in einer Anmerkung in der Zeichnung festgelegt werden.

Anguss-, Auswerferstift- & Trennlinien-Positionseinschränkungen: Meist entscheidet der Formenbauer über Anguss- und Stiftplatzierung. Um unpraktische Positionen zu vermeiden, kann die technische Zeichnung unzulässige Positionen festlegen, die finale Entscheidung bleibt beim Formenbauer.

Was in eine Druckguss-Zeichnung gehört

Bei der Vorbereitung einer technischen Zeichnung für Druckguss:

Akzeptabler Entformungsschrägwinkel: Wie beim Spritzguss kann die Guss-Zeichnung Einschränkungen für Entformungsschrägwinkel festlegen.

Anguss- & Trennlinien-Positionseinschränkungen: Wie beim Spritzguss kann die Zeichnung unzulässige Anguss- oder Trennlinienpositionen festlegen, finale Entscheidung beim Gießer.

Mindestwanddicke: Die Zeichnung kann eine spezifische oder Mindestwanddicke zusätzlich zu den gegebenen Maßen festlegen.

Was in eine Kunststoff-/Aluminium-Extrusions-Zeichnung gehört

Bei der Vorbereitung einer technischen Zeichnung für Extrusion:

Rohmaterialgröße (Stock Size): Die benötigte Rohmaterialgröße kann in der Zeichnung angegeben werden. Meist aber nicht nötig.

Walzrichtung (Grain Direction): Wie bei Blechteilen kann die Zeichnung die Walzrichtung eines Metalls festlegen, um sicherzustellen, dass es in einer bestimmten Richtung am stärksten ist.

Freiliegende Flächen (Exposed Surfaces): Eine Extrusions-Zeichnung kann freiliegende Flächen kennzeichnen, die erhöhte Detailgenauigkeit erfordern.

Bohrungsangaben: Bohrungen werden oft in Detailansichten von Extrusions-Zeichnungen identifiziert.

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