ISO 14405

Die DIN EN ISO 14405 ist die seit April 2011international gültige Zeichnungsnorm für Längenmaße. Sie ersetzt die bis dahin geltenden DIN 7167. Der wesentliche Unterschied zur vorangegangenen Norm ist, dass die ISO 14405 nicht nach dem Hüllprinzip, sondern alleine das Unabhängigkeitsprinzip kennt. Soll das Dokument nach einem anderen Tolerierungsgrundsatz gelesen und verstanden werden, muss dieser ausdrücklich vermerkt sein.

ISO 14405

ISO 14405

Ziel der Novelle

Die unterschiedlichen Tolerierungsprinzipien haben international den Austausch von technischen Zeichnungen erschwert. Besonders im Punkt „Toleranzen“ war es häufig missverständlich, welches Verfahren zur Anwendung kam. Dies galt insbesondere dann, wenn mehrere Toleranzen für das gleiche Produkt gelten sollten. Das bis April 2011 angewendete „Hüllprinzip“ war ein nicht tauglicher Versuch, alle Toleranzvorgaben zusammen fassbar zu machen.

Anwendungsgebiete der Messung von Koaxialität

Vor allem im Motorenbau finden sich zahlreiche Wellen, die eine unregelmäßige Kontur besitzen. Dies ist wegen des Anbaus diverser Bauteile oder den multifunktionalen Aufgaben des Bauteils kaum anders umsetzbar. Ein Turbolader besteht beispielsweise aus einer durchgehenden Welle, die aber an beiden Seiten Aufnahmepunkte für das Antriebs- und das Förderrad besitzen muss.

Angesichts der enorm hohen Rotationsgeschwindigkeit, welche in einem Turbolader herrscht, ist eine hochpräzise Koaxialität enorm wichtig. Ein weiteres Bauteil, bei dem die Koaxialität zu 100% stimmen muss, ist die Nockenwelle. Auch sie besteht aus einem monolithischen Drehteil, welches aber durch elliptisch geformte Ausbuchtungen erweitert ist.

Der Drehpunkt dieser Zylinder mit elliptischem Querschnitt, den sogenannten Nocken, muss stets genau auf der gedachten Mittellinie der Drehachse liegen, sonst ist auch hier mit einem baldigen Ausfall des Bauteils zu rechnen.

Das alte Hüllprinzip

Das bis April 2011 geltende „Hüllprinzip“ betrachtet die angegebenen Toleranzen als Grenzen einer Hülle, innerhalb sich das gefertigte Formelement bewegen darf. Dies gilt im Normalfall für jede Toleranzangabe. Problematisch wird es, wenn mehrere Toleranzen für das gleiche Formelement gelten sollen:

Eine Bohrung hat eine Toleranzangabe in Position, Maß und Form. Die Positionstoleranz gibt an, wie weit sich die Bohrung von einem anderen Maßpunkt, beispielsweise einer anderen Bohrung oder einem Rand, entfernt befinden soll. In der Regel sind dazu mindestens zwei Angaben (x und y) notwendig. Zum zweiten muss angegeben sein, wie groß die Bohrung sein soll. Drittens ist die Form der Bohrung (z.b. „Zylindrizität) eine wichtige Angabe für den Hersteller.

Das Hüllprinzip fasst alle drei Vorgaben zusammen und besagt, dass die Hülle den Grenzbereich definiert, innerhalb derer sich alle Toleranzen rund um Position, Maß und Form bewegen dürfen.
Dies kann bei Passungen zu erheblichen Problemen führen, vor allem wenn die zu montierenden Bauteile von verschiedenen Hersteller kommen. Aus diesem Grund wurde die ISO 14405 durchgesetzt.

Unabhängigkeitsprinzip schafft verbesserte Präzision

Es braucht nun nicht viel Phantasie um zu erkennen, dass beispielsweise die Größe einer Bohrung nicht zwingend mit ihrer Form korrelieren muss: Wenn eine Bohrung außerhalb des Maßes aber innerhalb der Toleranz, gleichzeitig aber nicht kreisförmig, sondern elliptisch gefertigt ist, kann dies für Passungen aller Art problematisch werden. Deshalb wurde der Ansatz „Wenn nichts anderes benannt ist, gilt das Hüllprinzip“ aufgegeben und durch „Wenn nichts anderes benannt wird, gilt das Unabhängigkeitsprinzip“ abgelöst.

Das Unabhängigkeitsprinzip betrachtet jede Toleranzangabe isoliert. Die alles umfassende Hülle existiert in dieser Form nicht mehr. Für jede Toleranzangabe muss eine eigener, nur für sie geltender Toleranzbereich festgelegt und in der Fertigung eingehalten werden.

Diese Regelung ist jedoch durch einen entsprechenden Eintrag auf der Zeichnung oder an der Bemaßung des Formelements selbst wieder veränderbar.

Kenntlichmachung der Toleranzangaben am Formelement

Um ein Formelement gemäß ISO 14405 korrekt bemaßen zu können, gibt die Norm eine Reihe an Zuordnungoperatoren an. Die Zuordnungsoperatoren werden in einem oval umrandetem Schriftfeld angegeben und legen die Bedeutung eines Maßes eindeutig fest. Fehlen diese Angaben, gilt gemäß ISO 14405 automatisch das Zweipunktmaß. Das Zweipunktmaß kann auch, zur Unterstreichung seiner Anwendung, extra benannt werden.

Die Zuordnungsoperatoren gemäß ISO 14405 sind:

Zweipunktmaß LP

Beim Zweipunktmaß wird verlangt, dass der Durchmesser einer Bohrung zwei Mal gemessen werden muss. Idealerweise wird der größte und der kleinste Durchmesser der Bohrung ermittelt und geprüft, ob beide Maße noch innerhalb der gewünschten Toleranz liegen. Praktischen Nutzen hat dieses Maß vor allem bei Bohrungen, die nicht linear zur Z-Achse, sondern durch eine zusätzliche Bewegung des Werkzeugs in X- und Y-Achse erforderlich machen. Das Zweipunktmaß ist aufgrund seiner nicht ganz einfachen Umsetzbarkeit in der Kritik, gilt aber nach wie vor.

Gaußelement GG

Der Zuordnungsoperator „Gaußelement“ der ISO 14405 wird auch „Mittleres Maß“ genannt. Das Anwendungsverfahren ist die „Methode der kleinsten Quadrate“ (MKG). Dieses seit 200 Jahren praktizierte Verfahren liefert stets ein eindeutiges Messergebnis mit einer minimalen Messunsicherheit. Besonders bei software-basierten Messungen ist GG besonders gut praktisch umsetzbar.

Pferchelement GX

Das erfasste Element wird einem idealen Element zugeordnet. Dieses Ideal-Element befindet sich in seiner perfekten Geometrie innerhalb der erfassten Geometrie.

Hüllelement GN

Als Gegenstück zum Pferchelement dient das Hüllelelement. Es umfasst in seiner idealen Form die erfasste Geometrie.

Pferchkugelmaß LS

Das Pferchkugelmaß ist gemäß ISO 14405 die räumliche Erweiterung vom Pferchelement. Es ist das örtliche Maß einer Kugeleinpassung. Das Pferchkugelmaß findet hauptsächlich bei der zeichnerischen Erfassung von flexiblen Rohren, Schläuchen und Kugelgelenken Anwendung.

Hüllbedingung E

Die traditionelle Hüllbedingung ist durch die ISO 14405 nicht außer Kraft gesetzt, sondern ihr wird lediglich keine Priorität mehr eingeräumt. Wo sie sinnvoll ist, bleibt sie auch statthaft. Die Hüllbedingung basiert auf dem Zweipunktmaß und besagt, dass sie eine maximal-materielle, unverletzbare Maßhülle um das Formelement umschliessen muss. Ihr häufigster Anwendungsfall ist eine hochwertige Spielpassung.

Jeder beliebige Querschnitt ACS

ACS, „Any Cross Section“ basiert auf dem Gaußelement und überträgt es in die Tiefe einer längeren, zylindrischen Bohrung querschnittsweise entlang einer definierten Maßstrecke. Statt ACS kann gemäß ISO 14405 auch GX mit /0 erweitert werden.

Jeder beliebige Längsschnitt ALS

ALS ist das Gegenstück zu ACS. Das geometrische Element wird gemäß ISO 14405 in seiner Tiefe entlang seiner Querschnitte definiert. Es ist die dreidimensionale Erweiterung vom Zweipunktmaß.

Spezielle Querschnitte SCS

SCS ist eine Spezifizierung von ACS. Anstatt alle beliebigen Querschnitte zu tolerieren, legt SCS definierte Querschnitte fest, in denen die gegebene Toleranz gelten muss. Der Abstand dieser Querschnitte muss in der Bemaßung benannt werden.

Spezielle Längsschnitte SLS

SLS ist eine Spezifizierung von ALS. Anstatt alle beliebigen Längsschnitte zu tolerieren, legt SLS in der ISO 14405 definierte Längsschnitte fest, in denen die gegebene Toleranz gelten muss. SLS wird durch Pfeile und Winkel angegeben.

Längenbeschränkung /xx

Die Längenbeschränkung, markiert durch einen Schrägstrich und einer nachfolgenden Maßangabe, definiert in der ISO 14405 den Abschnitt, innerhalb dessen die Toleranz gilt. Wenn die Längenbeschränkung sich auf einen beliebigen Abschnitt in der Tiefe eines Formelements befindet, also nicht an seinem Rand beginnt oder endet, werden die Winkelklammern zur Definition der Messstrecke verwendet. Die Messpunkte werden gemäß ISO 14405 zusätzlich mit A und B gekennzeichnet.

Messen und auswerten mit der ISO 14405

Die ISO 14405 gibt außerdem Methoden an, die eine statistische Auswertung der angewendeten Toleranzen ermöglichen. Dies ist eine sehr wirkungsvolle Grundlage für die Qualitätskontrolle. Neben der absoluten Toleranz am definiertem Punkt kann so zusätzlich eine Aussage über den allgemeinen Verlauf einer Geometrie getroffen werden. Die Messverfahren sind:

Größter/kleinster Wert SX/SN

Das Formelement wird entlang seiner Tiefe bzw. Länge in Querschnitt oder Längsschnitt untersucht. Der größte bzw. kleinste Wert wird dokumentiert.

Arithmetischer Mittelwert SA

Die aus SX und SN ermittelten Werte können über das arithmetische Mittel zu SA zusammen gefasst werden. Die Toleranz kann sich auf SA reduzieren, so dass größere Abweichungen möglich sind. Dies findet beispielsweise in Strömungssystemen Anwendung. Bei Passungen ist SA jedoch in der Regel nicht anwendbar.

Spannweite SR

Die Spannweite (Statistical Range) untersucht, wie weit die minimalen und maximalen Werte eine Messreihe auseinander liegen.

Spannweitenmitte SD

Die Spannweite legt fest, wie weit ein größter und ein kleinster Wert entlang einer Messwertreihe auseinander liegen dürfen.
Die Spannweitenmitte bezieht die Spannweite auf einen Bereich von drei fest gelegten Querschnitten.

Zuordnungsoperatoren für mehrere Formelemente: x N

Wenn eine Toleranzvorgabe gemäß ISO 14405 für mehr als ein Formelement gelten soll, kann mit einem positivem, ganzzahligen Faktor vor der Bemaßung die Zeichnung vereinfacht werden. Voraussetzung ist, dass die Formelemente gleich in Größe und Form sind und sich lediglich entlang einer Linie (längs, quer, diagonal,) oder einem Rand (kreisförmig, eckig) wiederholen.

Gemeinsame Toleranzzone CT

Wenn eine Gruppe unterschiedlich gestalteter Formelemente mit der gleichen Toleranzvorgabe betrachtet werden sollen, können sie gemäß ISO 14405 zu einer Toleranzzone CT (Common Tolerance) zusammen gefasst werden.

Freier Zustand F

Die F-Bedingung (Free) verlangt eine Messung des gefertigten Teils im ungespannten Zustand. Dies ist vor allem bei flexiblen Materialien wie Gummi etc. angezeigt. Die F-Bedingung kommt deshalb bei Dichtringen häufig zur Anwendung.


Daniel Wilhelm

Daniel Wilhelm

CEO

Ihr 3D-Messtechnik Spezialist für taktile Messtechnik.

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