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Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 5-6, G-Niveau

Toleranzen und Passungen kontrollieren - Schmied 1

Einleitung

Toleranzen und Passungen kontrollieren - Schmied richtet sich an Lernende in der beruflichen Ausbildung im Bereich Schmieden, Metalltechnik und Qualitätssicherung. Du lernst, Maßangaben aus einer technischen Zeichnung zu lesen, geeignete Prüfmittel auszuwählen, Werkstücke fachgerecht zu messen oder zu lehren und die Ergebnisse sicher zu beurteilen.

Beim Schmieden entstehen durch Erwärmung, Umformen, Zunderbildung, Werkzeugverschleiß und Abkühlung unvermeidbare Maßabweichungen. Funktionsflächen an Bolzen, Buchsen, Dornen, Führungen oder Gesenkteilen müssen deshalb kontrolliert und häufig nachbearbeitet werden. Eine Passung funktioniert nur dann zuverlässig, wenn Bohrung und Welle innerhalb ihrer festgelegten Grenzmaße liegen.

Lernziele

Nach der Bearbeitung dieses aiMOOCs kannst Du:

Maßbegriffe: Nennmaß, Istmaß, Grenzmaße, Abmaße und Maßtoleranz fachgerecht unterscheiden.
ISO-Toleranzsystem: Toleranzkurzzeichen wie H7, g6 oder H7/g6 lesen und erklären.
Passungsarten: Spielpassung, Übergangspassung und Übermaßpassung unterscheiden.
Prüfmittel auswählen: Messschieber, Bügelmessschraube, Grenzlehrdorn und Grenzrachenlehre passend einsetzen.
Prüfvorgang: Messungen vorbereiten, durchführen, dokumentieren und bewerten.
Schmiedetechnik: Temperatureinflüsse, Zunder, Verzug und Bearbeitungszugaben bei der Maßkontrolle berücksichtigen.

Grundlagen der Maßtolerierung

Warum Toleranzen notwendig sind

Ein Werkstück kann nicht mit mathematisch vollkommen exaktem Maß hergestellt werden. Werkstoff, Maschine, Werkzeug, Temperatur, Bedienung und Messverfahren verursachen Streuungen. Die Toleranz legt deshalb den zulässigen Bereich fest, in dem ein tatsächliches Maß liegen darf. Je enger die Toleranz ist, desto höher sind meist Fertigungs-, Prüf- und Ausschusskosten. Die Toleranz muss daher so eng wie für die Funktion nötig, aber so weit wie wirtschaftlich möglich gewählt werden.

Zentrale Fachbegriffe

Fachbegriff	Bedeutung
Nennmaß	Maß, auf das sich Abmaße und Toleranzen beziehen, zum Beispiel 20 mm.
Istmaß	Durch Messen festgestelltes Maß eines Werkstücks.
Höchstmaß	Größtes zulässiges Maß.
Mindestmaß	Kleinstes zulässiges Maß.
Oberes Abmaß	Differenz zwischen Höchstmaß und Nennmaß.
Unteres Abmaß	Differenz zwischen Mindestmaß und Nennmaß.
Maßtoleranz	Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß.
Toleranzfeld	Bereich zwischen oberem und unterem Abmaß.
Nulllinie	Bezugslinie des Nennmaßes im Toleranzdiagramm.

Die Maßtoleranz berechnest Du mit:

T = Höchstmaß − Mindestmaß

Ebenso gilt:

T = oberes Abmaß − unteres Abmaß

Ein Werkstück ist maßlich zulässig, wenn sein Istmaß einschließlich der betrieblich berücksichtigten Messunsicherheit innerhalb der festgelegten Grenzmaße liegt.

Innenmaß und Außenmaß

Im ISO-Toleranzsystem wird zwischen Innenmaßen und Außenmaßen unterschieden. Eine Bohrung ist das typische Innenmaßelement, eine Welle das typische Außenmaßelement. Großbuchstaben kennzeichnen Toleranzfelder von Innenmaßen, Kleinbuchstaben Toleranzfelder von Außenmaßen.

Innenmaß: Oberes Abmaß ES, unteres Abmaß EI.
Außenmaß: Oberes Abmaß es, unteres Abmaß ei.

ISO-Toleranzsystem und Passungen

Die Grundlagen für Toleranzen, Abmaße und Passungen linearer Maße werden im ISO-Toleranzsystem nach DIN EN ISO 286 beschrieben. Der Buchstabe eines Toleranzkurzzeichens kennzeichnet die Lage des Toleranzfeldes zur Nulllinie. Die Zahl kennzeichnet den Toleranzgrad und damit die Größe des Toleranzfeldes. Mit steigender IT-Zahl wird das Toleranzfeld im Allgemeinen größer.

Beispiele:

H7: Innenmaß mit Toleranzfeldlage H und Toleranzgrad 7.
g6: Außenmaß mit Toleranzfeldlage g und Toleranzgrad 6.
H7/g6: Passung aus Bohrung H7 und Welle g6.

Bei einer H-Bohrung ist das untere Abmaß EI gleich null. Bei einer h-Welle ist das obere Abmaß es gleich null. Die konkreten Grenzabmaße werden für das jeweilige Nennmaß aus einer gültigen Toleranztabelle oder aus freigegebenen digitalen Fertigungsunterlagen entnommen.

Passungssysteme

Einheitsbohrung: Die Bohrung erhält ein H-Toleranzfeld. Die gewünschte Passung entsteht durch die Wahl des Wellentoleranzfeldes. Dieses System ist im Maschinenbau häufig, weil Bohrungswerkzeuge wie Reibahlen wirtschaftlich standardisiert werden können.
Einheitswelle: Die Welle erhält ein h-Toleranzfeld. Die gewünschte Passung entsteht durch die Wahl des Bohrungstoleranzfeldes. Das System ist sinnvoll, wenn eine einheitliche Welle mit verschiedenen Passungen verwendet werden soll.

Passungsarten

Passungsart	Kennzeichen	Typische Funktion
Spielpassung	Selbst bei größter Welle und kleinster Bohrung bleibt Spiel.	Bewegliche oder leicht montierbare Verbindung, zum Beispiel Bolzen in einer beweglichen Lasche.
Übergangspassung	Je nach Istmaßen entsteht geringes Spiel oder geringes Übermaß.	Genaue Zentrierung bei noch lösbarer Verbindung.
Übermaßpassung	Selbst bei kleinster Welle und größter Bohrung besteht Übermaß.	Feste Verbindung, zum Beispiel aufgepresste oder aufgeschrumpfte Nabe.

Für eine Spielpassung gelten:

Mindestspiel = Mindestmaß der Bohrung − Höchstmaß der Welle

Höchstspiel = Höchstmaß der Bohrung − Mindestmaß der Welle

Für eine Übermaßpassung gelten:

Mindestübermaß = Mindestmaß der Welle − Höchstmaß der Bohrung

Höchstübermaß = Höchstmaß der Welle − Mindestmaß der Bohrung

Bei einer Übergangspassung überlappen sich die Toleranzfelder. Abhängig von den tatsächlichen Istmaßen kann daher Spiel oder Übermaß entstehen.

Vereinfachtes Rechenbeispiel

Eine Bohrung darf zwischen 30,010 mm und 30,030 mm liegen. Eine Welle darf zwischen 29,980 mm und 30,000 mm liegen.

Mindestspiel: 30,010 mm − 30,000 mm = 0,010 mm.
Höchstspiel: 30,030 mm − 29,980 mm = 0,050 mm.
Beurteilung: Es liegt eine Spielpassung vor, weil selbst im ungünstigsten Fall ein positives Spiel bleibt.

Die Beispielwerte dienen dem Rechnen. Für reale Aufträge sind ausschließlich Zeichnung, Arbeitsplan, Prüfanweisung und die im Betrieb freigegebenen Normtabellen verbindlich.

Prüfen, Messen und Lehren

Prüfen ist der Oberbegriff für das Feststellen, ob ein Prüfgegenstand die festgelegten Anforderungen erfüllt. Beim Messen erhältst Du einen Zahlenwert. Beim Lehren erhältst Du in der Regel die Aussage, ob eine Grenze eingehalten oder überschritten wird.

Messschieber

Der Messschieber eignet sich je nach Ausführung für Außen-, Innen-, Tiefen- und Stufenmaße. Er ist vielseitig, aber für sehr enge Toleranzen nicht automatisch ausreichend. Auflösung, Messflächen, Bedienung und Messunsicherheit müssen zur Prüfaufgabe passen.

Typische Fehler sind schräges Ansetzen, zu hohe Messkraft, verschmutzte Messflächen, Grat am Werkstück und ein schiefer Blick auf die Skala. Analoge Skalen liest Du möglichst senkrecht ab.

Bügelmessschraube

Die Bügelmessschraube eignet sich für präzise Außenmessungen in ihrem jeweiligen Messbereich. Die Messkraft wird über Ratsche oder Friktionskupplung gleichmäßig erzeugt. Verkanten und übermäßiges Anziehen verfälschen das Ergebnis und können Werkstück oder Messgerät beschädigen.

Grenzlehren

Ein Grenzlehrdorn prüft Innenmaße, eine Grenzrachenlehre prüft Außenmaße. Die Gutseite muss sich unter den vorgeschriebenen Bedingungen ohne Gewalt über die gesamte zu prüfende Länge anwenden lassen. Die Ausschussseite darf die festgelegte Grenze nicht überschreiten. Lehren werden nicht durch Kraft passend gemacht; bei Unsicherheit gelten Prüfanweisung und Herstellerangaben.

Fachgerechter Prüfablauf

Vorbereitung

Prüfunterlagen: Zeichnung, Nennmaß, Toleranz, Prüfmerkmal und Annahmekriterium eindeutig feststellen.
Prüfmittel: Geeignetes Mess- oder Lehrmittel auswählen und gültigen Kalibrierstatus kontrollieren.
Sauberkeit: Messflächen und Werkstück reinigen; Zunder, Ölfilm, Späne und lose Verunreinigungen entfernen.
Werkstückzustand: Grat, Beschädigung, Rauheit und mögliche Verformung beurteilen.
Temperatur: Werkstück und Prüfmittel ausreichend angleichen. Die internationale Bezugstemperatur für Längenmessungen beträgt 20 °C.
Funktionskontrolle: Nullstellung und leichtgängige Funktion des Prüfmittels kontrollieren.

Durchführung

Prüfmittel an der vorgeschriebenen Messstelle ansetzen.
Messflächen korrekt ausrichten und Verkanten vermeiden.
Vorgesehene Messkraft einhalten.
Bei Rundteilen an mehreren Umfangsstellen und gegebenenfalls in mehreren Ebenen messen, um Ovalität oder Konizität zu erkennen.
Ergebnis mit Einheit, Messstelle, Prüfmittel und gegebenenfalls Umgebungsbedingungen dokumentieren.
Grenzmaße vergleichen und das Merkmal als in Ordnung, nachzuarbeiten oder nicht in Ordnung bewerten.

Kalibrieren, Justieren und Prüfmittelüberwachung

Kalibrieren bedeutet, die Abweichung eines Messmittels unter festgelegten Bedingungen festzustellen und zu dokumentieren. Justieren bedeutet, das Messgerät so einzustellen, dass seine Anzeigeabweichung möglichst klein wird. Diese Begriffe sind nicht gleichbedeutend. Im Betrieb müssen Prüfmittel eindeutig gekennzeichnet, geschützt gelagert und nach einem festgelegten System überwacht werden.

Besonderheiten beim Schmieden

Temperatur und Wärmeausdehnung

Ein heißes Schmiedestück ist größer als dasselbe Werkstück im abgekühlten Zustand. Für die endgültige Beurteilung enger Maße und Passungen sind konventionelle Präzisionsmessmittel deshalb erst am ausreichend abgekühlten und temperaturangepassten Werkstück einzusetzen. Messschieber und Bügelmessschrauben dürfen nicht an glühenden Werkstücken verwendet werden.

Zunder, Grat und Oberfläche

Zunder und Grat können ein zu großes Istmaß vortäuschen, Messflächen beschädigen oder zu schwankenden Ergebnissen führen. Vor der Endprüfung müssen die vorgeschriebenen Flächen gereinigt und gegebenenfalls bearbeitet werden. Lose Zunderschichten sind kein tragfähiger Bezug für eine Passungsmessung.

Verzug und Bearbeitungszugabe

Ungleichmäßiges Erwärmen und Abkühlen kann zu Verzug führen. Prüfe deshalb nicht nur ein Einzelmaß, sondern auch Geradheit, Rundheit, Lage und Funktionsflächen, wenn die Zeichnung dies fordert. Enge Passflächen werden an Schmiedeteilen häufig durch Drehen, Bohren, Reiben, Schleifen oder andere spanende Verfahren fertiggestellt. Die Schmiedeform muss dafür eine geeignete Bearbeitungszugabe besitzen.

Typische Anwendungen im Schmiedebereich

Zangenlagerung: Bolzen und Bohrung benötigen ein funktionsgerechtes Spiel, damit sich die Zange bewegt, ohne stark zu schlagen.
Dorn und Lochung: Durchmesser und Form entscheiden, ob ein Bauteil sicher aufgenommen oder weiterbearbeitet werden kann.
Führungsbolzen und Buchse: Passung und Verschleißzustand beeinflussen die Führung von Vorrichtungen und Werkzeugen.
Gesenktechnik: Zentrier- und Führungsflächen müssen zur Montage und Wiederholgenauigkeit passen.
Welle-Nabe-Verbindung: Je nach Funktion ist eine lösbare Spiel- oder Übergangspassung oder eine feste Übermaßpassung erforderlich.

Arbeitssicherheit und Qualität

Messe niemals mit der Hand in einem ungesicherten Gefahrenbereich einer Maschine.
Verwende konventionelle Präzisionsmessmittel nicht an heißen oder bewegten Werkstücken.
Trage die vorgeschriebene persönliche Schutzausrüstung und beachte scharfe Kanten, Grat und Zunder.
Übe keine Gewalt auf Messgeräte oder Lehren aus.
Kennzeichne gesperrte oder beschädigte Prüfmittel sofort und verwende sie nicht weiter.
Dokumentiere Abweichungen nachvollziehbar und trenne fehlerhafte Teile nach betrieblicher Regelung.

Norm- und Quellenbezug

DIN EN ISO 286: ISO-Toleranzsystem für Längenmaße, Abmaße und Passungen.
ISO 1: Bezugstemperatur für geometrische Produktspezifikation und -prüfung.
Passung: Grundlagen zu Passungsarten und Passungssystemen.
Toleranz (Technik): Grundbegriffe technischer Toleranzen.
Längenprüftechnik: Auswahl und Anwendung von Prüfmitteln.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist die Maßtoleranz? (Die Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß) (!Die Summe aus Nennmaß und Istmaß) (!Der Abstand zwischen zwei Messstellen) (!Die Abweichung des Messgeräts vom Nullpunkt)

Welche Aussage beschreibt das Istmaß? (Das durch Messen festgestellte Maß) (!Das in der Zeichnung angegebene Bezugsmaß) (!Das größte zulässige Maß) (!Das kleinste zulässige Maß)

Wie werden Toleranzfelder von Bohrungen gekennzeichnet? (Mit Großbuchstaben) (!Mit Kleinbuchstaben) (!Nur mit römischen Zahlen) (!Nur mit Farbcodes)

Welche Passung besitzt unter allen zulässigen Maßkombinationen Spiel? (Spielpassung) (!Übergangspassung) (!Übermaßpassung) (!Formpassung)

Was kann bei einer Übergangspassung entstehen? (Spiel oder Übermaß) (!Nur großes Spiel) (!Nur großes Übermaß) (!Keine Maßabweichung)

Welches Prüfmittel liefert normalerweise einen Zahlenwert? (Messschieber) (!Grenzlehrdorn) (!Grenzrachenlehre) (!Prüfschablone ohne Skala)

Welches Prüfmittel ist typisch für die Kontrolle einer Passbohrung ohne Zahlenwert? (Grenzlehrdorn) (!Stahlmaßstab) (!Winkelmesser) (!Federwaage)

Warum soll ein Schmiedestück vor einer Präzisionsmessung ausreichend abkühlen? (Wärmeausdehnung verändert das Maß) (!Kalter Stahl besitzt grundsätzlich keine Toleranz) (!Nur kalte Werkstücke haben ein Nennmaß) (!Die Zeichnung gilt nur bei Raumlicht)

Was kennzeichnet beim Toleranzkurzzeichen H7 die Zahl 7? (Den Toleranzgrad) (!Den Werkstoff) (!Die Oberflächenfarbe) (!Die Anzahl der Messstellen)

Welche Handlung ist vor dem Messen besonders wichtig? (Messflächen und Werkstück reinigen) (!Das Messgerät möglichst stark anziehen) (!Das Werkstück während der Bewegung messen) (!Zunder als Bezugsfläche verwenden)

Memory

Nennmaß	Bezugsmaß der Bemaßung
Istmaß	Gemessener Wert
Maßtoleranz	Höchstmaß minus Mindestmaß
Spielpassung	Verbindung mit sicherem Spiel
Übergangspassung	Mögliches Spiel oder Übermaß
Übermaßpassung	Verbindung mit sicherem Übermaß
Grenzlehrdorn	Prüfen von Innenmaßen
Grenzrachenlehre	Prüfen von Außenmaßen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Prüffunktion
Messschieber	Außen-, Innen-, Tiefen- und Stufenmaße prüfen
Bügelmessschraube	Präzise Außenmaße mit definierter Messkraft messen
Grenzlehrdorn	Bohrungen mit Gut- und Ausschussseite lehren
Grenzrachenlehre	Wellen oder andere Außenmaße lehren
Toleranztabelle	Grenzabmaße für Nennmaß und Toleranzklasse bestimmen

Kreuzworträtsel

Toleranz	Wie heißt die zulässige Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß?
Nennmaß	Welches Maß dient als Bezug für die Abmaße?
Messschieber	Welches vielseitige Gerät misst Außen-, Innen- und Tiefenmaße?
Grenzlehrdorn	Welche Lehre prüft eine Bohrung mit Gut- und Ausschussseite?
Spielpassung	Welche Passungsart besitzt immer positives Spiel?
Wärmeausdehnung	Welcher Effekt verändert das Maß eines heißen Werkstücks?

LearningApps

Lückentext

Das in der Zeichnung angegebene Bezugsmaß heißt

. Das durch Messen festgestellte Maß heißt

. Die Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß ist die

. Großbuchstaben kennzeichnen im ISO-Toleranzsystem meist ein

. Kleinbuchstaben kennzeichnen meist ein

. Bei einer Spielpassung bleibt zwischen Bohrung und Welle stets

. Bei einer Übergangspassung kann Spiel oder

entstehen. Ein Grenzlehrdorn dient zum Prüfen einer

. Vor einer Präzisionsmessung muss ein heißes Schmiedestück ausreichend

. Zunder und Grat müssen von der vorgesehenen

entfernt werden.

Offene Aufgaben

Leicht

Begriffskartei: Erstelle zwölf Karteikarten zu Nennmaß, Istmaß, Grenzmaß, Abmaß, Toleranz und Passungsarten.
Messmittelporträt: Fotografiere oder zeichne einen Messschieber und beschrifte Außenmessschenkel, Innenmessschenkel, Tiefenmaß und Skala.
Werkstattbeobachtung: Finde drei Stellen an Schmiedewerkzeugen, an denen Maßabweichungen die Funktion beeinflussen.
Fehlerbilder: Zeichne je ein Beispiel für schräges Ansetzen, Grat unter der Messfläche und falsche Ableserichtung.

Standard

Messreihe: Messe einen Bolzen an mehreren Umfangsstellen und in zwei Ebenen. Dokumentiere mögliche Ovalität oder Konizität.
Passungsrechnung: Lege eigene Grenzmaße für Bohrung und Welle fest und berechne Mindest- und Höchstspiel.
Prüfplan: Erstelle für einen geschmiedeten Führungsbolzen einen Prüfplan mit Merkmal, Prüfmittel, Messstelle und Annahmekriterium.
Lehrenvergleich: Erkläre in einem kurzen Video den Unterschied zwischen Messen und Lehren und demonstriere beide Verfahren sicher.

Schwer

Schmiedeprojekt: Fertige nach Werkstattfreigabe einen Rohling mit Bearbeitungszugabe und dokumentiere Maßänderungen nach Schmieden, Abkühlen und Nachbearbeiten.
Messsystemanalyse: Untersuche, wie stark die Ergebnisse mehrerer Personen bei derselben Messaufgabe streuen, und diskutiere Ursachen.
Passungsauswahl: Entwickle für eine austauschbare Buchse in einer Schmiedevorrichtung eine begründete Passungslösung und beachte Montage, Verschleiß und Reparatur.
Qualitätsgespräch: Führe ein Interview mit einer Fachkraft über Prüfmittelüberwachung, Kalibrierintervalle und den Umgang mit nichtkonformen Teilen.

Lernkontrolle

Prüfstrategie: Begründe für einen geschmiedeten Bolzen mit enger Durchmessertoleranz die Auswahl zwischen Messschieber, Bügelmessschraube und Grenzrachenlehre.
Fehleranalyse: Ein Bolzen wird direkt nach dem Abkühlen gemessen und später kleiner festgestellt. Erkläre die Ursache und entwickle eine bessere Prüfmethode.
Funktionsbeurteilung: Eine Zangenlagerung klemmt trotz maßhaltigem Bolzen. Nenne weitere mögliche Ursachen und plane geeignete Prüfungen.
Wirtschaftlichkeit: Diskutiere, warum eine unnötig enge Toleranz Kosten erhöht, und formuliere Kriterien für eine funktionsgerechte Toleranz.
Prüfentscheidung: Zwei Messgeräte liefern unterschiedliche Werte. Entwickle ein systematisches Vorgehen, um die Ursache zu klären.
Transferaufgabe: Vergleiche die Anforderungen an eine bewegliche Bolzenverbindung mit denen an eine aufgepresste Nabe und leite passende Passungsarten ab.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

eine technische Zeichnung mit Nennmaß, Grenzmaßen und Toleranzkurzzeichen richtig auswertest,
Maßtoleranzen sowie Mindest- und Höchstspiel oder Mindest- und Höchstübermaß korrekt berechnest,
ein geeignetes Prüfmittel auswählst und die Auswahl fachlich begründest,
einen Mess- oder Lehrvorgang sicher und reproduzierbar durchführst,
Temperatureinfluss, Zunder, Grat, Verzug und Messunsicherheit bei Schmiedeteilen berücksichtigst,
Prüfergebnisse vollständig dokumentierst und eine begründete Qualitätsentscheidung triffst,
Abweichungen analysierst und eine fachgerechte Nacharbeit oder Sperrung vorschlägst.