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Bei der "praktischen" Anwendung der in den einschlägigen internationalen (ISO-GPS) Normen zur Verfügung gestellten Werkzeuge treten in der Regel eine Vielzahl an Fragen auf. Diese beginnen beim Verständnis des Normeninhaltes und gehen über die "richtige" Interpretation von Zeichnungs­eintragungen bis zur Lösung konstruktiver Aufgabenstellungen. Weitere Fragen ergeben sich bei der Abbildung der neuen geometrischen Werkzeuge in CAD-Programmen, der wirtschaftlichen messtech­nischen Umsetzung sowie der flächendeckenden betrieblichen Einführung dieses komplexen Normensys­tems.

Unsere langjährige Erfahrung zeigt jedoch auch, dass die damit verbundenen Fragestellungen trotz der großen Diversität hinsichtlich konstruktiven Anforderungen, Bauteilgrößen oder eingesetzten Werkstoffen häufig nahezu identisch sind.

Wir möchten Ihnen mit diesem Diskussionsforum eine Plattform zur Verfügung stellen, Ihre Fragen und „Tolerierungsprobleme“ zu diskutieren. Möglicherweise finden Sie auch in den bereits bearbeiteten Forenbeiträgen die Antwort auf eine Ihrer Fragestellungen.

Wir hoffen, dass dieses Diskussionsforum einen regen Erfahrungsaustausch initiiert und zu einer schnellen Beantwortung Ihrer Fragen führt. Hier können Sie sich für das Forum registrieren.

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Bezugsbildung - Gemeinsamer Bezug zweier diagonaler Passungen

Hallo,

meine Kollegen und mich beschäftigt folgende Problemstellung.

Um eine passende Montage unserer Teile zu gewährleisten, werden oft Zylinderstifte zur Positionierung zweier Teile verwendet. Um einen möglichst geringen "Zeigereffekt" zu bekommen, werden die Stifte oft möglichst weit auseinander und somit diagonal zur eigentlichen Teileausrichtung gesetzt. (siehe Bild)

Nun stellt sich die Frage, welche abgeleiteten Geometrieelemente ich erhalte, wenn ich die Stifte zur Bezugsbildung verwende.

Nach meiner Interpretation eines gemeinsamen Bezugs, sollte ich doch zwei sich kreuzende Ebenen erhalten, welche ausgemittelt zu den Bohrungen sitzen.
Zu diesen Ebenen, sollte ich dann auch eine Position oder Parallelität setzen können.

Frage 1:Ist meine Interpretation richtig und kann diese auch Messtechnisch erfasst und ausgewertet werden?

Frage 2: Wenn die Fläche, auf der im Beispiel die Positionstoleranz sitzt, in eine Richtung mehr Toleranz haben soll, z.B. 48,5 +0,0/-0,05 . Wie kann ich das möglichst einfach aber eindeutig beschreiben.

MfG

A. Aufleger

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Aufleger
Mitglied seit 16. 11. 2015
8 Beiträge

Hallo Herr Aufleger,
das Bezugssystem A | B-B gehört zur komplexen Invarianzklasse. Sie können mit diesem Bezugssystem grundsätzlich alle 6 Freiheitsgrade des Nenngeometrieelements (der Toleranzzone) blockieren. Der primäre Bezug "A" blockiert dabei drei Freiheitsgrade (1 x Translation senkrecht zur primären Ebene "A" und 2 x Rotation um jeweils eine Achse in bzw. parallel zu dieser Ebene. Aus der Kollektion der beiden assoziierten Zylinder des sekundären Bezugs "B-B" (Bohrungen der Zylinderstifte) folgt eine weitere Ebene (Ebene welche die beiden assoziierten Zylinderachsen (Pferchzylinderachsen senkrecht zum primären Bezug A) beinhaltet und eine Gerade in dieser Ebene (z. B. die mittlere Gerade der beiden assoziierten Zylinderachsen oder diese selbst).

Das Bezugssystem legt somit ein Werkstück gebundenes kartesisches Koordinatensystem fest. Eine Koordinatenebene ist das Situationselement des primären Bezugs, eine zweite Koordinatenebene ist das Situationselement "Ebene" des sekundären Bezugs, welche die beiden assoziierten Zylinderachsen (Pferchzylinderachsen) beinhaltet. Eine dritte Ebene ist senkrecht zu den beiden anderen Ebenen und beinhaltet beispielsweise das Situationselement "Gerade" des sekundären Bezugs "B-B" oder die beiden Pferchzylinderachsen oder eine beliebige andere Ebene (senkrecht zu den beiden vorgenannten Ebenen) mit definiertem Abstand zu einer dieser drei Geraden.

Als "Koordinatenursprung" könnte zum Beispiel der Schnittpunkt des Situationselementes "Gerade" des sekundären Bezugs "B-B" mit der primären Bezugsebene dienen.

Da die beiden Bohrungen diagonal liegen, kann noch ein TED-Winkel (arctan = 8/15 = 28,0725°) zwischen der Verbindungslinie der Achsen der beiden Zylinderstiftbohrungen und der vertikalen Strich-Punkt-Linie eingetragen und somit das Koordinatensystem formal gedreht werden (der einfacheren Lesbarkeit wegen).

Auf Basis dieses Bezugssystems (Koordinatensystems) kann nunmehr mit Hilfe von "TED-Maßen" (z. B. Radien, Winkelmaße/Winkelabstände, lineare Abstände) der Ort bzw. die Orientierung des Nenngeometrieelements (TEF) des tolerierten Geometrieelements relativ zum Bezugssystem beschrieben und die zulässige Abweichung zum TEF toleriert werden.

Die Positionstolerierung der Kante ist stimmig, da alle (blockierbaren) Freiheitsgrade des Nenngeometrieelements (der Toleranzzone) durch das Bezugssystem A | B-B blockiert werden können.

Zu Frage 1:
Die Interpretation ist prinzipiell richtig. Die Zylinderstiftbohrungen sind jedoch sehr eng beieinander, sodass dieses Bezugssystem bei der Auswertung der Positionstoleranz zu einer nicht unerheblichen Messunsicherheit führen kann. Dies ist jedoch ein konstruktives Problem und spiegelt sich nur in der Tolerierung wider.

Zu Frage 2:
Da das tolerierte Geometrieelement ein integrales Geometrieelement und das Nenngeometrieelement längs der beabsichtigten Verschieberichtung keine Translationsbewegung ausführen kann, sind die Voraussetzungen für die Spezifikation einer asymmetrischen Toleranzzone (UZ) erfüllt. Der Eintrag im zweiten Feld des Toleranzindikators müsste also lauten: 0,05 UZ -0,025

Besser wäre es jedoch die Nenngeometrie auf 48,475 mm (TED-Maß) zu "korrigieren" und eine symmetrische Toleranzzone mit +/- 0,025 mm zu spezifizieren.

Beste Grüße

V. Läpple

volkerlaepple
Mitglied seit 28. 05. 2014
87 Beiträge

Hallo Herr Läpple,

vielen Dank für die ausführlich Antwort. Ich finde es wirklich super, dass es zu dieser Thematik ein Forum von Ihrer Institution gibt.

Zur Frage 1: Über die Messunsicherheit haben wir auch gesprochen und wollten deshalb auch die im Beispiel tolerierte, lange Kante als Bezug verwenden. Das beschriebene Beispiel wurde aber auch kontrovers diskutiert. Vor allem die richtige Interpretation.

Zur Frage 2: Die Modifikation mit dem Zusatz "UZ" steht im aktuelle Norm-Entwurf zur ISO 1101. Wird dieser in der Praxis schon angewandt? Ist es sicher das diese "neue" Modifikation in einer finalen Version drin bleibt?

Alternative Variante:
Im anhängenden Bild ist eine neue Variante mit den Bezügen B und C, statt B-B (im vorherigen Beispiel) beschrieben?

Frage 3: Ist bei dieser Variante ebenfalls ein TED-Winkel notwendig? Oder reichen die beiden TED-Maße aus, weil diese als idealgeometrisch angesehen werden?

Frage 4: Kann ich eine Kante mit einer Parallelität zum Bezugsystem tolerieren, obwohl die Situationselemente aus den Bezügen keine entsprechende parallele Ebene bietet?

MfG

A. Aufleger

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Aufleger
Mitglied seit 16. 11. 2015
8 Beiträge

[b]Guten Tag Herr Aufleger
[/b]
Da ich mich gerade auch mit Bezüge und Bezugssystem befasse, kann ich ihnen vielleicht weiterhelfen. Ich bewundere Herr Läpple immer wieder die Probleme einfach abstrahieren kann. Aus meiner Sicht stellt sich bei ihren Fragen wieder mal die grundsätzlichen funktionelle Anforderungen des Teils. Ansonsten sind die Antworten immer nur Bruchwerk und können schnell im gesamt Kontext falsch angewendet werden.

Anbei habe ich einen Auszug aus der aktuellen ISO 5459:2011 von Kapitel 6.3 beigefügt. Die dargestellten Beispielen finde ich extrem hilfreich umd die resultierenden Situationelementen richtig zu interpretieren. Bitte lesen sie dies zuerst mal durch, dann werden sich ihnen die Antworten von Herrn Läpple besser erschliessen.

Nun zu ihren Fragen...
Frage 1:
Grundsätzlich ist es ja so, dass die beiden Löcher ø5 von der Hülle des Teils her irgendwie noch positioniert werden müssen. Denn in ihren Beispielen sind zumindest translatorisch die Löcher in X freistehend.
Wo jedoch der translatorische Freiheistgrad festgesetzt werden sollte, kann ich ihnen nicht sagen, denn ich kenn die Funktion des Teils nicht.
Zunächst würde ich die Löcher eindeutig mit CZ zueinander Positionieren und dann die bearbeitete Fläche A aus dieser Ausgangslage festlegen. Das Problem der Messunsicherheit liese sich wahrscheinlich lösen, indem zuerst die Fläche A und dann die Löcher zu A und anderen Bezüge eineutig positioniert werden. (Jedoch bin ich zu diesem Thema kein Experte)

Frage 2:
Der Modifikator "UZ" wird definitiv in der neuen ISO 1101 einfliessen. Er hat den dritten Draft letztes Jahr überstanden. Die neue Revision wird Ende Jahr oder 1. Semester 2017 veröffentlicht.

Frage 3:
Hierzu würde ich mal die ISO 5459:2011 Kapitel 6.3.4 das Beispiel zunächst konsultieren. Sobald der Winkel vom impilziten Wert 0° oder 90° abweicht, muss ein Winkel angegeben werden. Sie finden hierzu eine Skizze von mir mit 2 Varianten. Die erste Variante stellt die beschriebene Antwort von Herrn Läpple dar (Bezug B-B). Die zweite Variante bassiert auf ihre zweiten Skizze mit Bezugsystem (A¦B¦C). Von der Funktion her würde ich hier die Variante 1 bevorzugen.

Frage 4:
Die Paralellität mit Bezugsystem geht gar nicht! Parallelität schränkt nur die Richtung der Toleranzebene ein und nicht den Ort. Alternativ könnte man hier Rechtwinkligkeit auf A mit einer Orientierungsebene verwenden. Jedoch dürfen derzeit Orientierungebenen nicht einen gemeinsamen Bezug haben.(siehe Skizze, Beispiel in grün)

freundliche Grüsse
Mathias von Flüe

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MvF
Mitglied seit 28. 08. 2015
12 Beiträge

Hallo Herr von Flüe,

ich danke Ihnen sehr für die ausführliche Antwort. Im wesentlichen haben Sie meine Vermutungen bestätigt.

Zur Frage 2: Das man die Modifikation "UZ" verwenden darf, hilft uns in einigen Bereichen sehr. Die Konstruktion bezieht sich fast ausschließlich auf Nennmaße, weshalb Toleranzen oft nur in einer Richtung angegeben werden.

MfG

Andreas Aufleger

Aufleger
Mitglied seit 16. 11. 2015
8 Beiträge

Hallo Herr Aufleger,
zu Punkt 4 (Parallelität und Bezugssystem) gibt noch eine Ergänzung.

Die Parallelität kann tatsächlich in Zusammenhang mit Bezugssystemen verwendet werden. "Historisch" betrachtet wurde die Parallelität in den Normen (insbesondere auch noch in der momentan aktuellen ISO 1101:2014) als ein geometrisches Merkmal kommuniziert, welches nur einen Bezug enthält und zur Anwendung kommt, falls die Nenngeometrie des tolerierten Elements auch tatsächlich parallel zum Bezug ist.

Heute muss die Richtungs- und Ortstolerierung als ein Zusammenspiel der Blockierung der Freiheitsgrade des Situationselementes bzw. der Situationselemente der Toleranzzone durch:
1. die Situationselemente des Bezugs (ggf. nur einzelne Freiheitsgrade oder Gruppen durch die Spezifikationselemente [PT], [SL], [PL], ><, usw. blockiert)
2. das spezifizierte geometrische Merkmal (z. B. Parallelität, Position, usw.)
3. die Invarianzklasse der Toleranzzone
verstanden werden. In diese Richtung entwickeln sich auch die entsprechenden ISO-GPS Normen, derzeit insbesondere ISO/DIS 5459:2016.

Dieser Sachverhalt (Anwendung der Parallelität auf ein Bezugssystem) lässt sich auch einfach beweisen: Stellen Sie sich in Bezug auf Ihr Bauteil ein Koordinatensystem vor: x-Richtung horizontal, y-Richtung in die Zeichenebene hinein und z-Richtung vertikal. Das Bezugssystem (A | B | C) kann alle sechs Freiheitsgrade des Situationselements (Ebene) der Toleranzzone blockieren. Das spezifizierte geometrische Merkmal (Parallelität) kann per Definition nur die rotatorischen Freiheitsgrade (Rx, Ry, und Rz) der Situationselemente der Toleranzone blockieren und die Toleranzzone selbst bleibt bezüglich der Translation in x- und z-Richtung sowie der Rotation um die y-Achse invariant (nicht blockierbare Freiheitsgrade). Werden alle drei Einflüsse zusammengenommen, bleiben somit letztlich nur die rotatorischen Freiheitsgrade um die x- und z-Achse (Rx und Rz) blockiert. Dies entspricht der Wirkungsweise der Parallelität.

Einen nahezu identischen Effekt können Sie auch dadurch erreichen, indem Sie anstelle der Parallelität die Position wählen und die Zylinder "B" und "C" gemeinsam an ihre Bezugselemente anpassen (ggf. mit variabler Distanz, d. h. [DV]-Modifikator) und es dem gemeinsamen Bezug dann nur "erlauben" die rotatorischen Freiheitsgrade zu blockieren (><-Modifikator), also:
A | (B-C)[DV]>< ).

Beste Grüße
V. Läpple

volkerlaepple
Mitglied seit 28. 05. 2014
87 Beiträge