Zerspanungsteile für Mess-, Prüf- und Labortechnik sind die tragenden und positionierenden Teile eines Geräts: Grundplatten, Rahmen, Halterungen, Adapter, Wellen und Gehäuse, die einen Sensor, eine Probe oder einen Strahl an einer festen Position halten. Ihre Toleranzen sind Teil der Messung, denn eine Auflagefläche, die um 0,05 mm aus der Ebene läuft, verkippt alles, was darauf befestigt ist.
Welche Teile braucht ein Mess- oder Prüfgerät?
Ein Messgerät besteht aus wenigen Teilefamilien, und jede trägt ihre Toleranz an einem anderen Merkmal. Die Grundplatte setzt den Bezug für alles darüber. Ein Rahmen oder Portal legt den Abstand zweier Achsen fest. Eine Halterung oder ein Adapter bestimmt die Lage eines Sensors zur Probe. Wellen und Abstandsstücke setzen Längen in einem Antrieb oder einer Verstellung. Gehäuse und Blenden haben keine Messfunktion, entscheiden aber, ob das Gerät sauber schließt und abschirmt, was es soll.
Tabelle 1. Teilefamilien, die maßgebende Toleranz und das passende Dokument
| Teil | Maßgebende Toleranz | Dokument |
|---|---|---|
| Grundplatte, Breadboard | Ebenheit der Auflagefläche; Lage des Lochrasters | Messprotokoll für Ebenheit und Lochpositionen |
| Rahmen, Portal | Rechtwinkligkeit der achstragenden Flächen; Baulänge | Maßprotokoll, EN 10204 3.1 |
| Halterung, Träger, Adapter | Bohrungspassung nach ISO 286; Lage zum Bezug | Messprotokoll mit Passungs- und Lagewerten |
| Welle, Abstandsstück, Riemenscheibe | Rundheit, Rundlauf, Passung am Lagersitz | Messprotokoll, Werkstoffzeugnis |
| Vorrichtung, Lehrenplatte | Lage der Passbohrungen; Ebenheit | Erstmusterprüfbericht |
| Gehäuse, Blende | Ausschnitte, Ebenheit der Dichtfläche, gratfreie Kanten | Maßprotokoll, Konformitätserklärung |
Quelle: Zeichnungspraxis nach ISO 1101:2017, ISO 286-1:2010 und ISO 2768-1:1989; Dokumentarten nach EN 10204:2004.
Ein Teil kann in mehreren Zeilen stehen: Eine gefräste Grundplatte, die in einen Rahmen geschweißt wird, muss ihre Ebenheit durch das Schweißen behalten.
Welche Toleranzen gehören auf eine Messgerätezeichnung?
Beginnen Sie mit der Allgemeintoleranz und ziehen Sie nur die funktionstragenden Merkmale enger. ISO 2768-1:1989 Klasse m erlaubt ±0,2 mm von 6 bis 30 mm, ±0,3 mm über 30 bis 120 mm und ±0,5 mm über 120 bis 400 mm. Auf einem Messgerät deckt sie Durchgangsbohrungen, Gehäusekanten und unkritische Längen ab. Die ISO-2768-Tabellen zeigen den vollen Bereich.
Funktionsmerkmale brauchen Einzeltoleranzen nach ISO 1101:2017: Ebenheit auf einer Auflagefläche, Position auf einem Lochbild, Rundlauf auf einem Wellensitz. Zwei Regeln entscheiden, ob diese Toleranzen das tun, was der Konstrukteur erwartet.
Die erste ist das Unabhängigkeitsprinzip der ISO 8015:2011. Maß und Form sind getrennte Anforderungen, solange die Zeichnung nicht die Hüllbedingung aufruft. Eine Bohrung, die nur als ⌀25 H7 toleriert ist, wird an zwei Stellen über ihren Durchmesser geprüft; sie darf oval oder ballig sein und gilt trotzdem als maßhaltig. Dieselbe Bohrung erlaubt 0 bis +0,021 mm, das ist IT7 für 18 bis 30 mm und rund zehnmal enger als die ±0,2 mm der Klasse m, und sie sagt weiterhin nichts über die Rundheit. Wo ein Lager oder ein Passstift sauber sitzen muss, ergänzen Sie Zylindrizität oder eine Passung, die das Gegenstück mitsteuert.
Die zweite ist die Form der Toleranzzone. Eine Koordinatentoleranz von ±0,1 mm um einen Bohrmittelpunkt beschreibt ein Quadrat von 0,2 mm auf 0,2 mm, dessen Ecke 0,141 mm vom Nennmaß entfernt liegt. Eine Lagetoleranz von ⌀0,2 mm beschreibt einen Kreis mit 0,2 mm Durchmesser und weist diese Ecke zurück. Die beiden sind nicht austauschbar, und eine Zeichnung, die sie über ein Lochbild hinweg mischt, gibt dem Lieferanten zwei verschiedene Antworten.
Die Oberflächenbeschaffenheit gehört in denselben Durchgang. ISO 21920-1:2021 hat im Dezember 2021 die ISO 1302:2002 ersetzt. Eine Zeichnung, die noch ISO 1302 zitiert, verlangt eine Angabe, die die gültige Norm nicht mehr definiert. Der Leitfaden zu Ra und Rz behandelt die Parameter und die Grenzen ihrer Umrechnung.
Warum ist die Bezugstemperatur von 20 °C wichtig?
Jedes Maß auf einer Zeichnung gilt bei 20 °C. ISO 1:2022, vierte Ausgabe vom 14.06.2022, legt diese Bezugstemperatur fest, und NIST hält fest, dass industrielle Längen seit 1931 als Maß bei 20 °C definiert sind. Eine Werkstatt bei 25 °C misst Teile, die größer sind als ihre Zeichnung, und der Unterschied ist kein Rauschen.
Tabelle 2. Längenänderung eines 500-mm-Teils bei 25 °C statt 20 °C
| Werkstoff | α, 10⁻⁶/K | Änderung über 500 mm |
|---|---|---|
| Kohlenstoffstahl (EN 1993-1-1) | 12 | 0,030 mm |
| Aluminium (EN 1999-1-1) | 23 | 0,058 mm |
Quelle: Koeffizienten aus EN 1993-1-1 und EN 1999-1-1 nach der Tabelle von BuildSoft; Änderung berechnet als α × 500 mm × 5 K.
Nehmen Sie eine Grundplatte aus 6082 mit zwei Passbohrungen im Abstand von 500 mm, gefertigt und geprüft in einer Werkstatt bei 25 °C. Bei 20 °C ist der Lochabstand 0,058 mm kürzer. Gibt die Zeichnung der zweiten Bohrung eine Lagetoleranz von ⌀0,1 mm, hat deren Zone einen Radius von 0,05 mm, und allein die Temperaturdifferenz schiebt die Bohrung über diese Grenze. Sie kann bei der Wareneingangsprüfung durchfallen, obwohl sie an der Maschine bestanden hat.
Zwei Wege helfen. Messen Sie bei 20 °C, oder messen Sie bei Werkstattemperatur und rechnen Sie jedes Ergebnis mit dem Ausdehnungskoeffizienten und der erfassten Teiltemperatur um. Der zweite Weg braucht den Koeffizienten der tatsächlichen Legierung und Wärmebehandlung, nicht einen Pauschalwert für das Metall. So oder so sollte das Protokoll die Temperatur nennen, bei der die Werte gelten.
Welche Werkstoffe eignen sich für Rahmen, Platten und Halterungen?
Aluminium EN AW-6082-T6 und 6061-T6 sind die übliche Wahl für gefräste Platten und Halterungen. Sie zerspanen sich gut, nehmen eine anodisierte Oberfläche an und halten die bewegte Masse klein. Austenitischer Edelstahl 1.4301 passt zu Teilen, die Reinigungsmittel, Feuchte oder Vakuum sehen, und zu geschweißten Rahmen. C45 eignet sich für Wellen und Verstellspindeln, wo ein vergüteter Stahl gebraucht wird.
Die Wärmeausdehnung gehört zur Werkstoffwahl. Ein Stahlhalter auf einer Aluminiumplatte bewegt sich gegenüber der Platte um 11 × 10⁻⁶/K, die Differenz der beiden Koeffizienten aus Tabelle 2, das sind 0,028 mm über 500 mm bei 5 K Änderung. Wo zwei Teile über einen Temperaturzyklus fluchten müssen, verwenden Sie für beide dasselbe Material oder legen Sie die Verbindung gleitend aus.
Ein bearbeitetes Gussteil ist in Messgeräterahmen häufig, weil es Material dorthin bringt, wo die Steifigkeit gebraucht wird. Die Bearbeitung legt dann den Bezug auf die Gussfläche, und die Zeichnung muss nennen, welche Flächen bearbeitet werden und welche Gussoberfläche bleibt.
Was muss ein Messprotokoll enthalten?
Ein Messprotokoll ist nur brauchbar, wenn ein anderer Ingenieur die Entscheidung daraus wiederholen kann. Es sollte das Teil, den Zeichnungsstand und die Charge benennen, jedes Merkmal mit Nennmaß, Toleranz, Messwert und verwendetem Messmittel auflisten, die Messunsicherheit angeben und die Entscheidungsregel nennen.
Hinter diesen Zeilen stehen drei Normen.
- ISO 10360-2:2009 ist die Abnahme- und Bestätigungsprüfung für kartesische Koordinatenmessgeräte bei Längenmaßen. Die maximale zulässige Abweichung beschreibt die Maschine, nicht eine konkrete Messaufgabe. NPL Good Practice Guide 130 macht diesen Unterschied und nennt Verfahren für die aufgabenbezogene Unsicherheit.
- ISO 14253-1:2017 legt die Entscheidungsregeln fest. Nach der Standardregel ist die Konformität nur nachgewiesen, wenn der Messwert innerhalb der um die erweiterte Unsicherheit U beidseitig verkleinerten Toleranzzone liegt. Eine Toleranz von ±0,05 mm, gemessen mit U = 0,01 mm, ist danach nur innerhalb von ±0,04 mm nachgewiesen; ein Wert zwischen 0,04 mm und 0,05 mm ist in keine Richtung nachgewiesen.
- ISO/IEC 17025:2017 ist die Kompetenznorm für Prüf- und Kalibrierlaboratorien. Ein Kalibrierschein aus einer Akkreditierung ist ein anderes Dokument als das Maßprotokoll einer Werkstatt, und ein Bericht aus der Zerspanung sollte nicht als Kalibrierschein gelesen werden.
Welche Dokumente kommen mit den Teilen?
„Mit Zeugnis“ in einer Bestellung sagt nicht, welches Zeugnis. EN 10204:2004 definiert die Arten für metallische Erzeugnisse. Ein Zeugnis 3.1 meldet spezifische Prüfergebnisse für die gelieferten Erzeugnisse und wird von der Prüfvertretung des Herstellers bestätigt, unabhängig von der Fertigung. Es deckt den Werkstoff ab, in der Regel Chemie und mechanische Eigenschaften nach Schmelze, und sagt nichts über die Maße des fertigen Teils.
Die Maße deckt das Messprotokoll oder ein Erstmusterprüfbericht ab. Eine Konformitätserklärung ist die Erklärung des Lieferanten, dass die Lieferung der Bestellung entspricht. Der Leitfaden zu EN 10204 stellt die vier Arten vor, und Qualitätsdokumente für Zerspanungsteile zeigt, wie sie zusammenwirken.
Nennen Sie die Dokumentart, die Merkmale, die sie abdecken muss, und die Norm, nach der geprüft wird. Ein 3.1-Zeugnis für eine Charge 6082-Platten und ein Messprotokoll für die gefräste Platte sind zwei verschiedene Dokumente, und ein Gerätebauer braucht meist beide.
Was gehört in die Anfrage?
Eine Zeichnung, die diese Fragen beantwortet, bekommt ein Angebot, das hält:
- Die Allgemeintoleranzklasse, zum Beispiel ISO 2768-m.
- Das Bezugssystem und die funktionstragenden Flächen.
- Ebenheit, Position und Rundlauf an den Merkmalen, die die Messung tragen.
- Passungen nach ISO 286 und Oberflächen nach ISO 21920.
- Die Bezugstemperatur für kritische Maße, falls sie nicht 20 °C beträgt.
- Werkstoffsorte mit Erzeugnisform und die Zeugnisart.
- Umfang des Messprotokolls, Messunsicherheit und Entscheidungsregel.
- Reinigung, Kennzeichnung und Verpackung.
Unser Netzwerk in Bursa fräst und dreht, schneidet und biegt Blech, schweißt, bearbeitet Gussteile und montiert. Die Standard-Allgemeintoleranz ist ISO 2768-m, enger, wo die Zeichnung es vorgibt. Teile gehen im Straßentransport von Bursa nach Mitteleuropa in typisch 5 bis 10 Tagen, innerhalb der EU-Türkei-Zollunion.
Häufige Fragen
- Welche Toleranz tragen Zerspanungsteile für Messgeräte?
- Nicht tolerierte Maße folgen in der Regel der ISO 2768-1 Klasse m: ±0,2 mm von 6 bis 30 mm, ±0,3 mm über 30 bis 120 mm, ±0,5 mm über 120 bis 400 mm. Auflageflächen, Lochbilder und Lagersitze erhalten eigene Toleranzen nach ISO 1101 oder ISO 286, weil die Allgemeinklasse dafür zu weit ist.
- Warum ist 20 °C die Bezugstemperatur für Längenmessungen?
- ISO 1:2022 legt die Standard-Bezugstemperatur auf 20 °C fest, und NIST hält fest, dass industrielle Längen seit 1931 als Maß bei 20 °C definiert sind. Ein bei 25 °C gemessenes Teil ist größer als seine Zeichnung, und der Unterschied wächst mit der Länge und mit dem Ausdehnungskoeffizienten.
- Wie stark ändert sich ein 500-mm-Teil aus Aluminium zwischen 20 °C und 25 °C?
- Um 0,058 mm, mit dem Koeffizienten 23 × 10⁻⁶/K, den EN 1999-1-1 für Aluminium nennt. Ein Teil aus Kohlenstoffstahl gleicher Länge ändert sich um 0,030 mm, mit 12 × 10⁻⁶/K aus EN 1993-1-1.
- Beweist ein Zeugnis nach EN 10204 3.1 die Maße eines Zerspanungsteils?
- Nein. Ein Zeugnis 3.1 meldet spezifische Prüfergebnisse für den Werkstoff, meist Chemie und mechanische Eigenschaften nach Schmelze, und wird von der Prüfvertretung des Herstellers bestätigt. Die Maße des fertigen Teils deckt ein Messprotokoll oder ein Erstmusterprüfbericht ab.
- Ist ein Messprotokoll des Lieferanten ein Kalibrierschein?
- Nein. Ein Kalibrierschein wird im Rahmen einer Akkreditierung nach ISO/IEC 17025:2017 ausgestellt und gilt für ein Messmittel oder einen Bezug. Das Messprotokoll eines Lieferanten nennt Messwerte für die gelieferten Teile; die beiden Dokumente beantworten verschiedene Fragen.
Quellen
- ISO 1:2022, Standard reference temperature for geometrical and dimensional properties, 4th edition, published 2022-06-14 (ISO catalogue)
- NIST, Selected publications on dimensional metrology: the 20 °C paper, Doiron, J. Res. NIST 112 (2007)
- ISO 2768-1:1989, General tolerances, Part 1 (ISO catalogue, to be revised)
- ISO 286-1:2010, ISO code system for tolerances on linear sizes, Part 1 (ISO catalogue, confirmed 2026)
- ISO 8015:2011, GPS fundamentals, concepts, principles and rules (ISO catalogue, confirmed 2021)
- ISO 1101:2017, Geometrical tolerancing, tolerances of form, orientation, location and run-out (Genorma catalogue, confirmed 2022)
- ISO 21920-1:2021, Surface texture: Profile, Part 1, replaced ISO 1302:2002 (ISO catalogue)
- ISO 14253-1:2017, Decision rules for verifying conformity or nonconformity with specifications (ISO catalogue, confirmed 2023)
- ISO 10360-2:2009, Acceptance and reverification tests for CMMs measuring linear dimensions (ISO catalogue, confirmed 2026)
- ISO/IEC 17025:2017, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories (ISO catalogue, confirmed 2023)
- EN 10204:2004, Metallic products, types of inspection documents (Standards Ireland catalogue, current)
- Carbon steel (EN 1993-1-1) versus aluminium (EN 1999-1-1), material parameter table, α 12 and 23 × 10⁻⁶ m/mK (BuildSoft)
- Flack, Co-ordinate measuring machine task-specific measurement uncertainties, NPL Good Practice Guide No. 130, September 2013
- ISO 286-1 IT grades, IT7 = 21 µm for 18 to 30 mm (table reproduced on Wikipedia)
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