Fertigungstoleranzen erklärt: Definition, Typen und praktische Anwendungen

Im Maschinenbau legen Toleranzen die zulässige Abweichung von zugewiesenen Dimensionen fest. Die Verwendung von Toleranzen hilft sicherzustellen, dass das Endprodukt problemlos verwendbar ist, besonders wenn es Teil einer größeren Baugruppe ist.

Das Nichtfestlegen einer Toleranz in einem kritischen Bereich kann das Teil gemäß der Designabsicht unbrauchbar machen, da jeder Fertigungsprozess mit einer gewissen Ungenauigkeit einhergeht.

Die Festlegung einer geeigneten Toleranz stellt jedoch sicher, dass das Fertigungsunternehmen weiß, bestimmte Punkte im Produktionsprozess mit mehr Aufmerksamkeit anzugehen. Dies kann der Unterschied zwischen perfekt passenden Teilen und Schrott sein.

Was ist Toleranz im Ingenieurwesen?

Fertigungstoleranz ist die zulässige Variation in Messungen, die vom Basismaß abgeleitet wird.

Toleranzen können auf viele verschiedene Einheiten angewendet werden. Zum Beispiel können Arbeitsbedingungen Toleranzen für Temperatur (°C), Feuchtigkeit (g/m³) etc. haben. Im Maschinenbau sprechen wir hauptsächlich von Toleranzen, die auf lineare, winklige und andere physikalische Dimensionen angewendet werden.

Aber unabhängig von der Einheit gibt eine Toleranz einen akzeptablen Messbereich vom Basispunkt (Nennwert) an. Nehmen wir an, Sie entwerfen ein Sieb, um 3,5 mm Kieselsteine von 2,5 mm Kieselsteinen zu trennen. Sie wollen, dass die kleineren durch die Löcher fallen, während die größeren auf dem Sieb bleiben.

Die größeren Steine variieren in der Größe zwischen 3,3 mm und 3,7 mm. Die kleineren liegen im Bereich 2,3…2,7 mm. Um sicherzustellen, dass nur die kleineren, alle von ihnen, tatsächlich durch die Löcher fallen, während die größeren auf dem Sieb bleiben, können Sie den Nennwert für den Lochdurchmesser auf 2,8 mm festlegen. Gleichzeitig bedeutet Fertigungsgenauigkeit, dass Sie am Ende einige Löcher mit 2,6 mm haben könnten.

Die Hinzufügung einer unteren Grenze von -0 mm und einer oberen Grenze von +0,3 mm garantiert, dass alle Löcher zwischen 2,8 und 3,1 mm im Durchmesser liegen.

Kernaussage

Fertigungstoleranz ist der zulässige Grenzwert oder die Grenzwerte der Variation in:

• einer physikalischen Dimension;
• einem gemessenen Wert oder einer physikalischen Eigenschaft eines Materials, gefertigten Objekts, Systems oder einer Dienstleistung;
• anderen gemessenen Werten (wie Temperatur, Feuchtigkeit etc.);
• im Ingenieurwesen und der Sicherheit, einer physikalischen Distanz oder Raum (Toleranz), wie bei einem LKW, Zug oder Boot unter einer Brücke sowie einem Zug in einem Tunnel (siehe Lichtraumprofil und Fahrzeugumgrenzungsprofil);
• im Maschinenbau der Raum zwischen Bolzen und Mutter oder Bohrung etc.

Dimensionen, Eigenschaften oder Bedingungen können eine gewisse Variation aufweisen, ohne die Funktion von Systemen, Maschinen, Bauwerken etc. signifikant zu beeinträchtigen. Eine Variation über die Toleranz hinaus (z. B. eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur) wird als nicht konform, abgelehnt oder die Toleranz überschreitend bezeichnet.

Überlegungen bei der Festlegung von Toleranzen

Eine primäre Sorge ist die Bestimmung, wie breit die Toleranzen sein dürfen, ohne andere Faktoren oder das Ergebnis eines Prozesses zu beeinflussen. Dies kann durch Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien, Ingenieurwissen und beruflicher Erfahrung erfolgen. Eine experimentelle Untersuchung ist sehr nützlich, um die Auswirkungen von Toleranzen zu untersuchen: Versuchsplanung, formale ingenieurtechnische Bewertungen etc.

Ein guter Satz von Fertigungstoleranzen in einer Spezifikation impliziert nicht automatisch, dass die Einhaltung dieser Toleranzen erreicht wird. Die tatsächliche Produktion jedes Produkts (oder Betrieb jedes Systems) beinhaltet eine inhärente Variation von Eingabe und Ausgabe.

Messfehler und statistische Unsicherheit sind in allen Messungen vorhanden. Bei einer Normalverteilung können die Enden der gemessenen Werte weit über plus und minus drei Standardabweichungen vom Prozessmittelwert hinausragen. Erhebliche Anteile eines (oder beider) Enden könnten über die spezifizierte Toleranz hinausragen.

Die Prozessfähigkeit von Systemen, Materialien und Produkten muss mit den spezifizierten Fertigungstoleranzen kompatibel sein. Prozesskontrollen müssen vorhanden sein, und ein effektives Qualitätsmanagementsystem wie Total Quality Management muss die tatsächliche Produktion innerhalb der gewünschten Toleranzen halten.

Ein Prozessfähigkeitsindex wird verwendet, um das Verhältnis zwischen Toleranzen und tatsächlicher gemessener Produktion anzuzeigen.

Die Wahl der Toleranzen wird auch durch den beabsichtigten statistischen Stichprobenplan und seine Merkmale wie das Akzeptanzqualitätsniveau (AQL) beeinflusst. Dies bezieht sich auf die Frage, ob Toleranzen extrem streng sein müssen (hohes Vertrauen in 100 % Konformität) oder ob ein kleiner Prozentsatz außerhalb der Toleranz manchmal akzeptabel sein kann.

Typen von Toleranzen

Heute gibt es 14 Arten von geometrischen Toleranzen nach Anzahl der Symbole und 15 Arten nach Klassifikation.

Diese sind in Formtoleranz, Lagetoleranz, Ortstoleranz und Lauf-toleranz gruppiert, mit denen alle Formen angegeben werden können.

Folgende drei Arten von Toleranzen werden in Messungen verwendet:

• Einseitige Toleranzen
• Beidseitige Toleranzen
• Zusammengesetzte Toleranzen.

1. Einseitige Toleranzen

Wenn die beiden Grenzmaße nur über dem Nennmaß liegen (wie in der Abbildung gezeigt) oder nur unter dem Nennmaß, dann wird die Toleranz als einseitig bezeichnet.

2. Beidseitige Toleranzen

Wenn die beiden Grenzmaße über und unter dem Nennmaß liegen, dann werden die Toleranzen als beidseitig bezeichnet.

3. Zusammengesetzte Toleranzen

Zusammengesetzte Toleranz wird durch die festgelegten Toleranzen bestimmt, d. h., die Kombination von mehr als einer Art von Toleranzen wird als zusammengesetzte Toleranzen bezeichnet, die verschiedenen Arten von Toleranzen können winklig, lateral etc. sein.

Beispiel: In der Abbildung sind Toleranzen auf Maß l abhängig von Toleranzen von L, h und θ. Diese zusammengesetzte Toleranz auf „l“ ist der kombinierte Effekt dieser drei Toleranzen. Die minimale Toleranz auf „l“ entspricht L-b, θ+α und h+c.

FAQs.

Was ist Fertigungstoleranz?

Fertigungstoleranz ist die zulässige Variation in Messungen, die vom Basismaß abgeleitet wird. Toleranzen können auf viele verschiedene Einheiten angewendet werden.

Was sind die Arten von Toleranzen?

Arten von Toleranzen
1. Einseitige Toleranzen
2. Beidseitige Toleranzen
3. Zusammengesetzte Toleranzen.