Form- und Lagetoleranzen

Von einem Motor, der zuverlässig arbeitet, über die präzise Funktionsweise einer Uhr bis hin zur strukturellen Integrität einer massiven Brücke: Die Einsatzgebiete von Form- und Lagetoleranzen sind vielfältig und begegnen uns häufig, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Sie sind die unsichtbaren, aber entscheidenden Faktoren, die sicherstellen, dass die Produkte und Strukturen um uns herum nicht nur funktionieren, sondern auch die Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen.

Inhaltsverzeichnis

Ihre Anfrage

Bemaßung der Form- und Lagetoleranzen bei einem Bauteil
© Carl Zeiss GOM Metrology GmbH

Was versteht man unter Form- und Lagetoleranzen?

Form- und Lagetoleranzen sind spezifische Arten von geometrischen Toleranzen in der technischen Fertigung. Sie legen fest, in welchem Ausmaß die Form und Position eines gefertigten Teils von den idealen Maßen und der Ausrichtung, die in den technischen Zeichnungen spezifiziert wurden, abweichen dürfen.

Es handelt sich dabei also um geometrische Produktspezifikationen, die festlegen, wie weit Form- und Lagebeziehung abweichen dürfen, um noch funktional zu sein. Sie sind wichtige Aspekte für die geometrischen Dimensionierung und Tolerierung. Form- und Lagetoleranzen gewährleisten Präzision in der Herstellung von Bauteilen und deren korrektes Zusammenspiel in Baugruppen. Für die Qualität und Funktionalität gefertigter Produkte sind sie dadurch unerlässlich.

Warum ist es so wichtig, die Form- und Lagertoleranz zu kennen?

Form- und Lagetoleranzen sind die zentralen Maßstäbe zur Bewertung der geometrischen Präzision von Bauteilen. Denn im Fertigungsprozess kann es zu Abweichungen von der Sollform und -lage kommen, durch die Funktion und Austauschbarkeit ganzer Baugruppen beeinträchtigt werden können. Diese unvermeidbaren Abweichungen sind tolerierbar, solange sie innerhalb der Grenzen liegen, die durch Form- und Lagetoleranzen festgelegt werden.

Die Abweichungen können aus verschiedenen Gründen während des Fertigungsprozesses entstehen. Mögliche Ursachen sind unter anderem Fertigungsfehler, Zerspankraft, Maschinenschwingungen oder auch Temperaturunterschiede. Die Kenntnisse über Form- und Lagetoleranzen sind also wesentlich für die Standardisierung in der Fertigungsindustrie.

Messung und Auswertung
Form- und Lagetoleranzen bei Quality Analysis

 

Die moderne industrielle Fertigung verlangt nach stetig höherer Produktionsgeschwindigkeit, weshalb eine schnelle Messung und Validierung von Bauteiltoleranzen immer wichtiger wird. Bei Quality Analysis bieten wir Ihnen dafür rasche und zuverlässige, geometrische Maßprüfungen an. Mittels taktiler und optischer Messtechnik sowie industrieller Computertomographie messen wir hochpräzise Form- und Lagetoleranzen, Geometrien, Hinterschnitte und Freiformflächen von Kleinst- bis Großbauteilen.

  • Messung mittels taktiler und optischer Messtechnik und industrieller Computertomographie
  • Taktile und optische Maßprüfung von Form- und Lagetoleranzen
  • Flächenvergleiche (Soll-Ist-Vergleich/Ist-Ist-Vergleich) zur Feststellung von Formabweichungen
  • Hochpräzise Messung von Form- und Lagetoleranzen von Kleinst- bis Großbauteilen
  • Vermessung von Hinterschnitt und Geometrien im Bauteil
  • Schnelle und präzise Analyse Ihrer 3D-Daten mit der Software GOM Inspect Pro

Form- und Lagetoleranz und ihre Beziehung zur Maßtoleranz

Bemaßter Plan mit Form- und Lagetoleranzen
© Carl Zeiss GOM Metrology GmbH

Maßtoleranz, Formtoleranz und Lagetoleranz sind drei wesentliche Komponenten der Dimensionierung und Tolerierung von Produkten. Zusammengenommen gewährleisten sie die Präzision und Funktionalität von gefertigten Bauteilen.

Die Maßtoleranz (Größentoleranz) bezieht sich auf die zulässigen Abweichungen von den Abmessungen eines Bauteils. Diese Toleranzen definieren, wie groß oder klein ein Bauteil im Vergleich zu den angegebenen Maßen sein darf. Maßtoleranzen sind also auch grundlegend für die Passgenauigkeit von Bauteilen und haben direkte Auswirkungen auf ihre Austauschbarkeit.

Formtoleranz hingegen bestimmt die zulässigen Abweichungen in der Form eines Bauteils von der idealen Geometrie. Sie umfasst Aspekte wie Rundheit, Geradheit, Ebenheit, Linienform und Zylindrizität. Formtoleranzen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass ein Bauteil seine funktionale Rolle innerhalb einer Baugruppe erfüllen kann, unabhängig von den Abmessungen.

Wie genau die Position eines Bauteils oder eines Merkmals relativ zu anderen Teilen oder Referenzpunkten sein muss, definiert die Lagetoleranz. Das beinhaltet etwa Toleranzen für Position, Koaxialität, Ausrichtung, Parallelität und Winkligkeit. Lagetoleranzen sind kritisch für die korrekte Montage und das Zusammenspiel von Bauteilen in einer Baugruppe.

Der Zusammenhang der Toleranzarten

Um die Qualität und Funktionsfähigkeit von Bauteilen sicherzustellen, ist es wichtig, die Toleranzarten gemeinsam zu betrachten. Während Maßtoleranzen grundlegende Abmessungen festlegen, sorgen Form- und Lagetoleranzen dafür, dass die Teile korrekt funktionieren, wenn sie innerhalb der Maßtoleranzen liegen.

Allerdings besteht kein Zusammenhang, wenn es um ihre Festlegung geht. Es gilt das Unabhängigkeitsprinzip, denn sie legen verschiedene Spezifikationsaspekte fest – das Erfüllen einer Toleranz bedeutet nicht, dass die anderen erfüllt wurden. Beispielsweise kann ein Bauteil innerhalb seiner Maßtoleranzen liegen, aber ohne angemessene Form- und Lagetoleranzen könnte es dennoch funktionsunfähig sein, da es möglicherweise nicht richtig in das Gesamtgefüge passt oder nicht die erforderliche strukturelle Integrität aufweist.

Für die Maßtoleranz und die Form- und Lagetoleranzen bedarf es verschiedener Messgeräte. Während für die Maßtoleranz ein Messschieber oder eine Mikrometerschraube, die zwischen zwei Punkten gemessen wird, zum Einsatz kommt, werden für die Messung von Form- und Lagetoleranzen spezialisierte Messinstrumente eingesetzt.

Messung und Angabe von Form- und Lagetoleranzen

Es gibt verschiedene Methoden, um sicherzustellen, um Form- und Lagetoleranzen zu messen und so sicherzustellen, dass Bauteile die Anforderungen für Präzision und Qualität erfüllen.

Die taktile Messung

Die taktile Messung mittels 3D-Koordinatenmessgerät überzeugt durch ihre Genauigkeit. Hier wird per Tastkugel das Bauteil Punkt für Punkt abgetastet. Die getasteten Punkte werden dabei zur Auswertung der Form und Lage des Bauteils genutzt, einschließlich der Bestimmung von Position, Flächenform und anderen geometrischen Eigenschaften. Die taktile Messung ermöglicht so höchste Genauigkeit im tausendstel Millimeter Bereich. Dadurch ist sie ideal für die Prüfung von Werkstücken, bei denen nur geringste Toleranzen akzeptabel sind. Im Vergleich zur Messung mittels Computertomographie ermöglicht die taktile Methode außerdem das Messen in Zwangslage und die Messung großer oder sehr schwerer Objekte.

Die optische Messung

Neben der taktilen Messung mit einem 3D-Koordinatenmessgerät gibt es weitere fortschrittliche Methoden zur Erfassung von Form- und Lagetoleranzen. Optische Messsysteme, etwa Laser-Scanner, sind ideal, um Oberflächen von Bauteilen schnell und berührungslos zu erfassen. Deshalb eignet sich diese Methode besonders für komplexe Geometrien und empfindliche Materialien, da sie das Bauteil während der Messung nicht physisch beeinflusst.

Industrielle Computertomographie

Form und Lage kann außerdem effektiv mittels Computertomographie (CT) gemessen werden. Dieses Verfahren ist ideal, um komplexe Bauteile aus flexiblen oder reflektierenden Materialien zu vermessen und – im Gegensatz zur optischen Messtechnik – so auch innenliegende Geometrien zu erfassen. Die industrielle Computertomographie ermöglicht es also, Bauteile sowohl innen als auch außen zu vermessen, und das ganz zerstörungsfrei.

Analyse und Auswertung

Zur Auswertung der Messdaten kann spezielle Software zum Einsatz kommen, wie die GOM Inspect Pro, die die Datenauswertung nach der Messung mit einem optischen Messgerät oder einem Computertomographen übernimmt. Die Software ermöglicht es, die Form- und Lagetolerierung zu inspizieren und zu visualisieren, Prüfungen zu erzeugen und Ausrichtungsmethoden und Bezugssysteme anzuwenden. So können etwa Flächenformen, Rundheiten und Konzentrizitäten ausgewertet und visualisiert werden.

Die Ergebnisse werden in der Regel in einem Messprotokoll dokumentiert und häufig in technischen Zeichnungen oder CAD-Modellen zusammen mit den Toleranzangaben dargestellt. Diese Integration ermöglicht eine klare und präzise Darstellung der Spezifikationen und Anforderungen.

Die Dokumentation spielt eine entscheidende Rolle in der Qualitätssicherung und fungiert als Nachweis dafür, dass die Bauteile den spezifizierten Toleranzen entsprechen. Eine VDA-gerechte Protokollierung kann zusätzlich zur Einhaltung bestimmter Standards in der Automobilindustrie beitragen. VDA-Normen legen fest, wie Messergebnisse zu dokumentieren sind, um eine einheitliche und normkonforme Berichterstattung zu gewährleisten. Eine solche Protokollierung erleichtert nicht nur die Qualitätssicherung, sondern dient auch als rechtlicher Nachweis für die Einhaltung spezifizierter Toleranzen.

Technische Zeichnungen und die Angabe der Toleranzen

Zeichnungseinträge und Symbole nach Norm ISO 1101

Technische Zeichnungen ein essenzielles Werkzeug, um die Konstruktion und Fertigung von Bauteilen zu planen und zu steuern. Die Angabe von Toleranzen auf diesen Zeichnungen erfolgt dabei durch Zeichnungseinträge und Symbole, die nach Norm ISO 1101 geregelt werden.

Form- und Lagertoleranzen werden typischerweise in einem Toleranzrahmen auf den Zeichnungen angegeben, der die gesamte Breite der Toleranzzone definiert. Auf technischen Zeichnungen können sie symmetrisch oder asymmetrisch angegeben werden. Diese Toleranzangaben, standardisiert durch spezifische Symbole und Notationen, bieten präzise Anweisungen für Ingenieure und Techniker, um die geforderte Genauigkeit bei der Herstellung und Prüfung von Bauteilen sicherzustellen.

Durch Bezugspfeile wird der Toleranzrahmen mit dem tolerierten Element verbunden. Die Position der Pfeilspitze bestimmt dabei, ob die Fläche oder die Mittelebene gemeint ist.

Durch die Beachtung dieser Toleranzangaben wird gewährleistet, dass die gefertigten Teile den vorgegebenen Standards entsprechen und somit höchsten Qualitätsansprüchen genügen.

Ihr Ansprechpartner

Sascha Falter

Vertrieb

+49 7022 2796-733
s.falter@qa-group.com

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