ISO 5459:2024 - Bezüge und Bezugssysteme

Wichtige Änderungen, Ergänzungen sowie neue Tolerierungsmöglichkeiten von ISO 5459:2024 sind:

1. Die Zielfunktion für die Assoziation bei der Bildung eines Einzelbezugs wurde für nominell ebene Flächen auf L₂ („Gauss“) mit äußerer Materialbedingung geändert (Default-Operator [GE], bislang [CE]). Um die funktionalen Anforderungen bei der Bezugsbildung besser zu simulieren und die Re­produzierbarkeit der Messergebnisse zu verbessern, wird für nominal ebene Flächen als Einzelbezug zusätzlich ein standardmäßiges morphologisches Hüllfilter [EM] festgelegt. Diese Änderungen soll­ten ab sofort in der Qualitätssicherung bekannt sein und – falls nicht anderweitig vereinbart – ent­sprechend umgesetzt (verifiziert) werden.
2. Mit Einführung von ISO 5459:2024 besteht die Möglichkeit des Aufbaus eines Bezugskoordinaten­systems (Regeln und Symbolik), welches sich an den Situationselementen der assoziierten Flächen eines dem Bezugskoordinatensystem zugrunde liegenden (vollständigen) Bezugssystems orientiert. Somit ist es nunmehr möglich, einzelne Freiheitsgrade (translatorische längs und rotatorische um die je­weiligen definierten Koordinatenachsen) der Referenzgeometrieelemente (tolerierten Nenngeo­metrieelemente) freizugeben. Mit diesen „Werkzeugen“ werden neue Tolerierungsmöglichkeiten eröffnet und zwar dahingehend, dass nunmehr funktionale Anforderungen beschrieben werden können, die alleine durch pauschale Freigabe der translatorischen Freiheitsgrade oder durch ge­zielte Auswahl von Situationselementen der assoziierten Flächen bislang nicht beschrieben werden konnten (siehe Abbildung). Falls ein mehrdeutiges Bezugssystem (primärer und/oder sekundärer Bezug kann dem/den nachfolgenden Bezügen translatorische Freiheitsgrade blockieren) einem Bezugskoordinatensystem zugrunde liegt, müssen - analog der Tolerierung geometrischer Objekte der komplexen Symmetrieklasse - Freiheitsgrade reduziert werden. Dies kann bereits bei denjenigen Bezügen erfolgen, die selbst zur Festlegung des Bezugskoordinatensystems verwenden werden, da die Koordinatenrichtungen von der Mehrdeutigkeit des Bezugssystems unberührt bleiben. In unseren Vertiefungsseminaren werden wir Ihnen anhand konkreter praktischer Bei­spiele die korrekte Anwendung aufzeigen.
3. Situationselemente können nunmehr mit der in ISO 5459:2024 zur Verfügung gestellten Symbolik explizit in der Technischen Produktdokumentation visualisiert und dem jeweiligen Bezug zugeord­net werden. Dies ist im Sinne der Vermei­dung von Fehlinterpretationen immer dann empfehlens­wert, falls zur Beschreibung funktionaler Anforderungen Freiheitsgrade über das gezielte Auswählen einzelner Situationselemente (Modifi­katoren [PT], [SL], [PT]) reduziert werden müssen (Situations­elemente sind in der Regel nicht intrin­sisch festgelegt). Auch die Symbolik zur visuellen Darstellung von Situationselementen ist nunmehr in Übereinstimmung mit ISO 128-2 in ISO 5459:2024 explizit festgelegt.
4. ISO 5459:2024 enthält explizite Syntaxregeln für die Reihenfolge der Festlegung von Modifikatoren im Bezugsfeld des Toleranzindikators. Dies war in ISO 5459:2011 nicht eindeutig geregelt.
5. ISO 5459:2024 bietet die Möglichkeit der indirekten Angabe eines Bezugssystems. Dies vereinfacht gegebenenfalls nicht nur die Produktspezifikation (da der Toleranzindikator nur noch ein Bezugsfeld beinhaltet), sondern erlaubt auch Bezugssysteme zu „verschachteln“, d. h. Bezugssysteme in andere Bezugssysteme zu integrieren, falls dort noch nicht alle nicht-redundanten Freiheitsgrade der Refe­renzgeometrieelemente bereits blockiert wurden. Dadurch können Funktionsanforderungen in GPS-Operatoren „übersetzt“ und Aufgaben gelöst werden, welche mit ISO 5459:2011 (zurückgezo­gen) bislang nicht lösbar waren.
6. In Zusammenhang mit der Kennzeichnung von Bezugselementen erlaubt es die Bezugssymbolik in ISO 5459:2024 nunmehr im angrenzenden Anzeigebereich des Bezugssymbols zusätzliche Festlegungen zu treffen (z. B. Fest­legung von Teilbereichen für die Bezugsbildung). Dies war auch bereits mit der zurückgezogenen ISO 5459:2011 möglich, dort aber nicht explizit beschrieben.
7. Falls vom standardmäßigen Assoziationskriterium für die assoziierten Flächen in Zusammenhang mit der Bezugsbildung abgewichen werden soll, werden in ISO 5459:2024 in Übereinstimmung mit ISO 4351 Modifikatoren (Spezifikationselemente) für die Zielfunktion sowie für die Materialbedingung bzw. den Materialversatz zur Verfügung gestellt. Bei der Anwendung muss allerdings zwingend da­rauf geachtet werden, dass keine Widersprüche erzeugt werden (z. B. [SF][CO] bei der Bildung eines Bezugs aus einem nominell zylindrischen, linearen Größenmaßelement).
8. ISO 5459:2024 bietet die Möglichkeit, der indirekten Angabe eines Bezugssystems (Symbol „DS“ im dritten Feld des Toleranzindikators, gegebenenfalls ergänzt durch eine Ziffer). Diese vereinfachte Schreibweise erlaubt es nunmehr, Bezugssysteme zu „verschachteln“, d. h. aus einzelnen Bezugssystemen ein neues Bezugssystem aufzubauen ohne die Nutzung von mehr als drei Bezugsfeldern. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass bei den für den Aufbau eines neuen Bezugssystems verwendeten Bezugssystemen die Freiheitsgrade soweit reduziert sind, dass der sekundäre bzw. tertiäre Bezug des neuen Bezugssystems (nicht redundante) Freiheitsgrade blockieren kann, welche durch den/die vorausgehenden Bezug/Bezüge nicht blockiert wurden.
9. Mitunter soll bei der Bezugsbildung vom standardmäßigen Spezifikationsoperator abgewichen und ein zeichnungsspezifischer Spezifikationsoperator für Bezüge festgelegt werden. Ein zeichnungsspe­zifischer Spezifikationsoperator für Bezüge kann in oder in der Nähe des Zeichnungsschriftkopfes durch die Angabe „DS ISO 5459“, gefolgt von einer Information zur Filterung und zum Assoziations­kriterium erfolgen. Soll - soweit kein individueller Spezifikationsoperator im Bezugsfeld des Toleran­zindika­tors nach dem Bezugsbuchstaben festgelegt ist - beispielsweise als zeichnungsspezifischer Spezifikationsoperator für Bezüge ein morphologisches Filter (Opening-Filter) unter Anwendung ei­ner Kugel mit einem Durchmes­ser von 0,9 mm als strukturierendes Element und als Assoziationskri­terium eine Volumenminimierung mit einem Versatz entsprechend einem Materialanteil von 75% zur Anwendung kommen, dann lautet die Angabe:  DS ISO 5459[CB0,9-][KM75%].
10. Wird ein Bezug aus einem linearen Größenmaßelement oder aus einem Winkelgrößenmaßelement gebildet, dann kann die Nebenbedingung des Größenmaßes des Assoziationskriteriums variabel (va­riables lineares Größenmaßelement oder variables Winkelgrößenmaßelement) oder fest (festes li­neares Größenmaßelement oder festes Winkelgrößenmaßelement) sein. In der zurückgezogenen ISO 5459:2011 war für lineare Größenmaße bekanntermaßen das lineare Größenmaß stets variabel (in der Regel S_min- bzw. S_max-Funktion), in Zusammenhang mit Winkelgrößenmaßelementen war das lineare Größenmaß bei der Assoziation idealer Flächen zur Bildung des Bezugs hingegen stets fest und zwar unabhängig von der Spezifikation in der Technischen Produktdokumentation. Gemäß ISO 5459:2024 ist der „Größenmaßstatus“ (fest oder variabel) nunmehr abhängig von der Spezi­fika­tion des Größenmaßes in der Technischen Produktdokumentation, falls keine Modifikato­ren ([SV] oder [SF]) dem Bezugsbuchstaben im Toleranzindikator nachgestellt sin
11. Das li­neare Größenmaß bzw. das Winkelgrößenmaß ist als variabel zu betrachten, falls das Bezugs­symbol mit einer Maßlinie in Zusammenhang
    - mit einem Nenngrößenmaß ergänzt durch ein Grenzabmaß (alternativ einem ISO-Tole­ranzcode für lineare Größenmaße) oder
    - mit einem Nenngrößenmaß ohne Tole­ranz, jedoch indirekt über eine Allgemeintole­ranz­norm
    verknüpft ist.
    
    Das lineare Größenmaß bzw. das Winkelgrö­ßenmaß ist als fest zu betrachten, falls das Bezugssym­bol
    -   mit einer Maßlinie in Zusammenhang mit ei­nem expliziten theore­tisch exakten Maß (TED-Maß) oder
    -   mit einer Maßlinie ohne Zahlenwert für die Dimension aber mit Verweis auf einen CAD-Datensatz (implizites TED-Maß)
    verknüpft ist.
    
    Bei linearen Größenmaßelementen ist dabei zu beachten, dass bei der Assoziation mit einem festen linearen Größenmaß keine Materialbe­din­gung zur Anwendung kommen darf, da ansonsten ein Wi­derspruch entstehen würde. Ferner ist zu beachten, dass eine explizite Maßangabe Vorrang vor einer impliziten Maßspe­zifikation (Verweis auf den CAD-Datensatz) hat. 
    
    Damit die Verwirrung für den Anwender vollends komplett ist, gilt ferner: Ist das Bezugssymbol mit einer Maßlinie in Zu­sammenhang mit einem Hilfsmaß (Maß in runden Klammern) oder gänzlich ohne Maßangabe (auch kein Verweis auf einen CAD-Datensatz) ver­knüpft, dann ist das das Größenmaß bei linearen Grö­ßenmaßelementen als variabel, bei Winkelgrö­ßenmaßelementen hingegen als fest zu betrachten.

Die oben genannten Regelungen für den "Größenmaßstatus" eines Größenmaßelements sind für die Tolerierungspraxis in der Regel unbrauchbar und soll­ten zwischen den Vertragspartnern gegebenenfalls außer Kraft gesetzt werden, da:

• in Zusammenhang mit der zunehmend Modellbasierten Produktdefinition (MBD) finden sich heute in nahezu jeder Produktspezifikation, welche ein Produkt geometrisch und vollständig beschreiben,Ver­weise auf die Existenz eines CAD-Datensatzes (und damit indirekte TED-Maße). Daher besteht für Bezugselemente vielfach nicht mehr die Notwen­dig­keit, ein Nenn­größenmaß mit Toleranz festzulegen. Für Größenmaßele­mente ist somit jedoch das Größenmaß als fest zu betrachten. Damit nähert zumindest für lineare Grö­ßenmaßelemente das Assozia­tionskri­terium die funktionale Realität nur unzureichend an. In Konsequenz besteht für diese Fälle die Notwendigkeit den Modifi­kator [SV] dem Be­zugs­buchstaben im Toleranzindikator nachzustellen,
• Anwendungsfälle denkbar sind, bei denen das Größenmaß eines Größenmaßelements sowohl durch ein explizites TED-Maß (beispielweise in Zusammenhang mit einer Flächenprofiltoleranz) und zusätzlich aufgrund funktionaler Anforderungen durch ein Nenngrößenmaß mit direkter o­der indirekter To­leranz toleriert wird. In diesem Fall entsteht ein Widerspruch in der Spezifika­tion,
• Bezüge i. d. R. ein ideales von außen angrenzendes Nachbarbauteil simulieren sollen. Wird ein Bezug aus einem linearen Grö­ßenmaßelement mit festem Größenmaß für das assoziierte Geo­metrieelement gebildet, dann kommt keine Materialbedingung zur Anwendung. Dieser häufig vorkommenden Fall ent­spricht nicht dem funktionalen Zweck der Bezugsbildung.

Die Änderungen und Ergänzungen sowie die neuen Regeln in ISO 5459:2024 sind mitunter komplex, teilweise widersprüchlich und haben nicht unerhebliche Auswirkungen insbesondere auf die Praxis der Rich­tungs- und Ortstolerierung. Wir werden daher in unseren offenen Vertie­fungsseminaren auf diese Änderungen, deren Konsequenzen und den praktischen Umgang mit ISO 5459:2024 einge­hen und Ihnen praktikable Möglichkeiten zur Umsetzung am realen Produkt aufzeigen.

1. Besteht ein Bezugssystem aus mindestens zwei Bezügen, welche gleichermaßen translatorische Freiheitsgrade blockieren können, dann ist das Bezugssystem i. d. R. mehrdeutig. Die Herstellung der Eindeutigkeit kann für eine Reihe funktionaler Anforderungen durch einen Modifikator erfolgen, welcher beim Aufbau eines Bezugssystems eine Nebenbedingung des Ortes berücksichtigt (zwischen den assoziierten Flächen werden alle translatorischen Freiheitsgrade blockiert). Dieser Modifikator ist in ISO 5459 allerdings bislang nicht definiert (z. B. [DF]-Modifikator in zurückgezogener ISO/DIS 5459.2:2017).
2. Beim Aufbau eines gemeinsamen Bezugs ist es möglich, die linearen Maße zwischen den Situationselementen der assoziierten Fläche als veränderlich zu definieren, d. h. bei der simultanen Assoziation der theoretisch exakten Flächen werden nur Nebenbedingungen der Richtung berücksichtigt ([DV]-Modifikator). Solange die assoziierten Flächen zur sphärischen, ebenen oder zylindrischen Symmetrieklasse gehören, ist keine Differenzierung bei der Anwendung des genannten Modifikators erforderlich. Werden jedoch gemeinsame Bezüge beispielsweise aus assoziierten Flächen der rotationssymmetrischen (Kegel) oder prismatischen (Keile) Symmetrieklasse gebildet, dann werden durch den [DV]-Modifikator alle translatorischen Freiheitsgrade freigegeben. Aus funktionaler Sicht ist es aber meist nur notwendig, einzelne translatorische Freiheitsgrade (z. B. zwischen den Situationselementen „Punkt“ zweier Kegel) freizugeben. Hierfür existieren in ISO 5459:2024 keine entsprechenden „Werkzeuge“.
3. Einige funktionale Anforderungen können nur durch Reduktion von Freiheitsgraden beschrieben werden. Die pauschale Freigabe aller translatorischer Freiheitsgrade [><] oder die Reduktion von Freiheitsgraden durch Auswahl einzelner Situationselemente ([PT], [SL] oder [PL]) genügt häufig nicht, die funktionalen Anforderungen exakt zu beschreiben. Da in ISO 5459:2024 zwischenzeitlich Bezugskoordinatensysteme (Syntax und Symbolik) definiert sind, liegt es nahe, diese Koordinatensysteme auch dafür zu nutzen, individuelle Freiheitsgrade freizugeben (oder zu blockieren). Entsprechende Modifikatoren existieren derzeit in ISO 5459:2024 nicht.
4. Mitunter ist es erforderlich, dass ein Bezug innerhalb eines Bezugssystems nur dafür verwendet wird, Nebenbedingungen der Richtung für die nachfolgenden Bezüge nicht jedoch Nebenbedingungen der Richtung bzw. des Ortes für das Referenzgeometrieelement festzulegen. Dies kann beispielweise dann der Fall sein, falls ein Bezugselement in einem Bezugssystem aus funktionalen Gründen eigentlich als primärer Bezug genutzt werden soll, aber seine räumliche Ausdehnung in Relation zum Ort des Referenzgeometrieelements zu klein ist, um einen im Sinne der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse „stabilen“ Bezug zu bilden. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, einen Bezug, abgeleitet aus einem geeigneten Bezugselement voranzustellen, welcher zwar Nebenbedingungen der Richtung für die nachfolgenden Bezüge, jedoch keine Nebenbedingungen der Richtung bzw. des Ortes für das Referenzgeometrieelement festlegt.
5. Wird beim Aufbau eines Bezugssystems ein erster (primärer) Bezug festgelegt, dann dürfen nur dann weitere Bezüge spezifiziert werden, falls diese noch nicht eingeschränkte (nicht redundante Freiheitsgrade) der Referenzgeometrieelemente einschränken können. ISO 5459:2024 (wie auch die Vorgängernormen) sieht jedoch nur maximal drei Bezugsfelder vor. Es sind allerdings funktionale Anwendungen denkbar, bei denen nach Festlegung des tertiären Bezugs noch immer Freiheitsgrade einzuschränken sind, insbesondere, falls bei den Bezügen des Bezugssystems Freiheitgrade mit Hilfe von Modifikatoren reduziert wurden. Das Regelwerk bietet hierfür keine geeignete Syntax (z. B. Spezifikation eines quartären Bezugs).
6. Als standardmäßiges Assoziationskriterium werden in ISO 5459:2024 für einen komplexen Bezug die intrinsischen Maße als feststehend betrachtet und eine äußere Materialbedingung festgelegt. Die Norm differenziert hierbei aber nicht zwischen geöffneten und geschlossenen Geometrieelementen. Während diese Festlegung für geöffnete Geometrieelemente (feste intrinsische Maße und äußere Materialbedingung) erfüllt werden kann, führt sie für geschlossene Geometrien jedoch grundsätzlich zu einem Widerspruch. Ein Geometrieelement gilt als geschlossen, falls sich die Normalenvektoren der assoziierten Fläche in mindestens einem Fall gegenüberstehen, d. h. im mathematischen Sinn existiert keine Ebene für welche alle Normalenvektoren in denselben durch die Ebene erzeugten Halbraum zeigen. Um diesen Widerspruch zu beseitigen, muss dem Bezugsbuchstaben ein Modifikator ergänzt werden, welche die Materialbedingung außer Kraft setzt. Die standardmäßige Zielfunktion kann dabei erhalten bleiben (z. B. [CM]).

In unseren offenen Vertie­fungsseminaren aber auch in unseren kundenspezifischen Trainings, werden wir Ihnen einfache Möglichkeiten aufzeigen, die genannten Aufgabenstellungen zu lösen und somit funktionale Anforderungen mit nur geringer Funktionsmehrdeutigkeit zu beschreiben.