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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZ3 2 Technisches Zeichnen - Abschnitt Toleranzen und Passungen
Konstruktionstechnik WS 2012/13
-Technisches Zeichnen Teil 2
- Toleranzen
- Fertigungsverfahren
- Allgm. Toleranzen
- Passungen
Dipl. Ing (FH) Daniel Kelkel
Prof. Dr.-Ing. Bernd Heidemann
Büro 7217
Tel 0681 5867 253
Email heidemann@htw-saarland.de
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZÜbersicht 1 Wintersemester 2012/13
Raum 8025, Stunde 1 + 2, ab 7:45
Fr 07.12 Übung techn. System
Toleranzen
Fertigungsverfahren
Fr 14.12. Toleranzen Teil 2
Übung zu Toleranzen
heute
Zeichenmaterial mitbringen
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAbschnitt Toleranzen und Passungen – Übersicht
Einführung Einsicht der Notwendigkeit
Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit
Toleranzen: Grundlagen, Einteilung, Festlegungen
Maßtoleranz: Grundbegriffe
Angabe von Maßtoleranzen
Das ISO-Toleranzsystem
Passungen: Grundlagen, Definition, Festlegungen
Grenzpassungen
Passtoleranz
Passungsarten
Passungssystem nach DIN ISO 286
Passungssystem der Einheitsbohrung
Passungssystem der Einheitswelle
Empfehlungen zur Passungsauswahl
Beispiele
Grundgedanken:
Notwendigkeit von Grenzmaßen und
Passungen ?
Jede Geometrie exakt gleich ?
Daher muss zu jeder geometrischen
Eigenschaft die jeweilige zulässige
Abweichung angegeben werden, mit der sie
ausgeführt sein darf.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZToleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit
Ein technisches System…
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZ Toleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit
… ergibt sich erst dann, wenn die Elemente
zueinander passen.
Miteinander gekoppelte Bauteile können
unterschiedliche Funktionen erfüllen:
Gleitlager und Welle => Funktion ?
Zahnrad und Welle => Funktion ?
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZToleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit
Zielsetzung:
Austauschbarkeit => unabhängige
Fertigung
Der Ausgangspunkt zu den weiteren
Überlegungen ist die
Fertigungsgenauigkeit.
Ein Werkstück kann wirtschaftlich
entsprechend dem technischen Aufwand
bei der Herstellung nur mit kleineren oder
größeren Abweichungen von der als ideal
anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt
werden.
Ursachen für diese Abweichungen
ergeben sich aus den Bedingungen des
jeweiligen Fertigungsverfahrens.
? ?
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZToleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit
Zielsetzung:
Austauschbarkeit
Der Ausgangspunkt zu den weiteren
Überlegungen ist die
Fertigungsgenauigkeit.
Ein Werkstück kann wirtschaftlich
entsprechend dem technischen Aufwand
bei der Herstellung nur mit kleineren oder
größeren Abweichungen von der als ideal
anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt
werden.
Ursachen für diese Abweichungen
ergeben sich aus den Bedingungen des
jeweiligen Fertigungsverfahrens.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZToleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit
Beispiel „Drehen“:
Geometrieabweichungen und Ursachen
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZToleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit
Wirtschaftlichkeit
Genauigkeit • Konstrukteur verwendet idealisierte Teile für Entwurf
• Durch Herstellung entsteht Abweichung von
idealisierten Form
• Herstellung von verschiedenen Fertigern möglich
• Je genauer die Fertigung sein muss, desto
aufwendiger ist das Verfahren
Ziel:
Teile müssen so genau gefertigt werden, dass sie
zusammen passen und dennoch wirtschaftlich sind
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TZExkurs - Fertigungsverfahren
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZEinteilung der Geometrieabweichungen
Die Geometrieabweichungen
können sich beziehen
bezüglich der Grobgestalt auf
=> Maß, Form und Lage
bezüglich der Feingestalt auf die
=> Beschaffenheit der
Oberfläche
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TZAbgeleitete Toleranzangaben
Die im Einzelfall akzeptablen Maß-,
Form und Lageabweichungen zur
SOLL-Geometrie werden vom
Konstrukteur festgelegt und in
der technischen Zeichnung durch
Toleranzangaben vermerkt.
Unterscheidung:• Maßtoleranzen
• Form- und Lagetoleranzen
• Angaben zur
Oberflächenbeschaffenheit
DIN EN ISO 1101 DIN EN ISO 1302
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZGrundsatz und Bedingungen für die Toleranzfestlegung
Grundsatz: Toleranzen so grob wie möglich und so fein wie nötig festlegen.
Unabhängigkeitsprinzip nach DIN ISO 8015:
Alle auf einer Zeichnung angegebenen Toleranzen müssen unabhängig voneinander eingehalten
werden
Vier Bedingungen:
1. Funktionserfüllung
2. Montierbarkeit
3. Herstellbarkeit
4. Prüfbarkeit
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TZMaßtoleranzen – Grundbegriffe nach DIN ISO 286
N Nennmaß vorgegebenes SOLL-Maß
(Nulllinie)
I Istmaß das messbare Maß nach Fertigung
GO oberes Grenzmaß = Höchstmaß
GU unteres Grenzmaß = Mindestmaß
T Maßtoleranz T = GO – GU
AO oberes Abmaß AO = GO – N
AU unteres Abmaß AU = GU – N
Das Nennmaß N kann nie exakt gefertigt werden.
Das Istmaß I ist das tatsächlich am Werkstück vorhandene Maß. Es kann größer oder kleiner sein.
Die Maßtoleranz T definiert den Bereich zwischen den beiden Grenzmaßen Go und Gu, in welchem das
Istmaß I liegen muss.
Liegt das Istmaß I eines Bauteils außerhalb des durch die Maßtoleranz vorgegebenen Bereichs, so ist das Bauteil Ausschuss und darf nicht verwendet werden.
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TZAngabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1
Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm
Toleranzklasse0,5bis3
über3
bis6
über6
bis30
über30bis120
über120bis400
über400bis
1000
über1000bis
2000
über2000bis
4000
f (fein) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
m (mittel) ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2 ± 2
g (grob) ± 0,15 ± 0,2 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2 ± 2,0 ± 3 ± 4
v (sehr grob) ± 0,5 ± 1 ± 1,5 ± 2,5 ± 4 ± 6 ± 8
Tabelle 1 Grenzabmaße für Längenmaße
Durch die Wahl einer Toleranzklasse f-v soll/kann die jeweilige werkstattübliche
Genauigkeit berücksichtigt werden.
Im Schriftfeld der Zeichnung z.B. eintragen: Allgemeintoleranz ISO 2768 – f
Allgemeintoleranzen gibt es auch für Rundungshalbmesser, Fasenhöhen und Winkelmaße.
Bei Nennmaßen unter 0,5 mm sind die Grenzabmaße direkt am Nennmaß anzugeben.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1
Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm
Toleranz-klasse
0,5bis3
über3
bis6
über6
bis30
über30bis120
über120bis400
f (fein) ± 0,05 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2
m (mittel)
± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5
g (grob) ± 0,15 ± 0,2 ± 0,5 ± 0,8 ± 1,2
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Welche Toleranzen gelten für die einzelnen Maße ?
Was gilt in diesem Fall für den Innendurchmesser? Warum?
Welche Toleranz kann für eine passende Welle verwendet werden
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286
...durch Nennmaß und Abmaße:
Der Maßzahl, also dem Nennmaß N, wird das untere und
obere Abmaß zugefügt.
N Nennmaß = 30 mm
AO oberes Abmaß = 0,2 mm
AU unteres Abmaß = - 0,1 mm
GO Höchstmaß = 30,2 mm
GU Mindestmaß = 29,9 mm
T Maßtoleranz = 0,3 mm (T = GO – GU)
I Istmaß z.B. = 30,1 mm
Weitere Bezeichnungen:
E,e Abmaß allgemein
AO oberes Abmaß = ES, es (écart supérieur)
AU unteres Abmaß = EI, ei (écart inférieur)
GoB = N + ES (Höchstmaß Bohrung)
GuW = N + ei (Mindestmaß Welle) Analog: GuB , GoW
NennmaßßoberesAbma
aßunteresAbm
302,0
1,0
20 2,0
Ø40±0,5
15°±1°
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TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Darstellung
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TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286
...mit dem ISO-Toleranzsystem:
Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl
Grundgedanken des ISO-Toleranzsystem:
Die erzielbare Herstellungsgenauigkeit ist auch
von der Absolutgröße des jeweiligen Bauteils
abhängig.
Gleiche Herstellungsqualität ergibt bei größeren
Bauteilen absolut gesehen größere
Ungenauigkeiten als bei kleineren.
Ansatz:
Festlegung definierter Genauigkeitsklassen,
der so genannten IT-Toleranzgrade. Diese werden
mit Kennzahlen ausgedrückt.
Wellendurchmesser Ø 30 h6Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Die IT- Zahlen u. fertigungstechnische Realisierung
Die verschiedenen IT-Toleranzgrade können am Werkstück mit bestimmten Bearbeitungsverfahren erreicht werden:
Maßtoleranzen einige 0,0001mm:Feinstbearbeitungsverfahren wie Läppen, Honen, Feinstschleifen
Anwendung: Lehren, Meßzeuge
Maßtoleranzen einige 0,01mm:Schleifen, Reiben, Feindrehen, Ziehen, Räumen, Fräsen, Hobeln, u.a.
Anwendung: Übliche Passungen für das funktionsbedingte Fügen (Koppeln)
von Bauteilen.
Maßtoleranzen einige 0,1mm bis einige mm:Stanzen, Walzen, Pressen, Schmieden, Gießen, u.a.
Anwendung: Erzeugnisse aus obigen Fertigungsverfahren, also Gussteile,
Schmiedeteile, Stanzteile.
IT01
IT 0
IT 1
IT 2
IT 3
IT 4
IT 5
IT 6
IT 7
IT 8
IT 9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
IT16
IT17
IT18
Grundtole-ranzgrade
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TZDas ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen
Grundtoleranzen (Ausschnitt) Zahlenwerte in μm
Nennmaßbereich in mm
bis3
> 3 bis 6
> 6 bis 10
> 10 bis 18
> 18 bis 30
> 30 bis 50
> 50 bis 80
> 80 bis 120
> 120 bis 180
> 180 bis 250
IT01 0,3 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1,2 2
IT 0 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1 1,2 1,5 2 3
IT 1 0,8 1 1 1,2 1,5 1,5 2 2,5 3,5 4,5
IT 2 1,2 1,5 1,5 2 2,5 2,5 3 4 5 7
IT 3 2 2,5 2,5 3 4 4 5 6 8 10
IT 4 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14
IT 5 7 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20
IT 6 10 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29
IT 7 16 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46
IT 8 25 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72
IT 9 40 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115
IT10 64 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185
IT11 100 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290
IT12 160 100 120 150 180 210 250 300 350 400 460
IT13 250 140 180 220 270 330 390 460 540 630 720
IT14 400 250 300 360 430 520 620 740 870 1000 1150
IT15 640 400 480 580 700 840 1000 1200 1400 1600 1850
IT16 1000 600 750 900 1100 1300 1600 1900 2200 2500 2900
IT17 1600 1500 1800 2100 2500 3000 3500 4000 4600
IT18 2500 2700 3300 3900 4600 5400 6300 7200
Ausschnitt
Gru
ndto
le-
ranz
grad
e
Anz
ahl
von
i
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl
Die (Kenn-) Zahl:
...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an.
Der Toleranzgrad IT legt die Größe des
Toleranzfeldes T fest.
Das Toleranzfeld T wird mit steigendem
Toleranzgrad IT und mit größerem
Nennmaßbereich größer.
Ausschnitt
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen in Abhängigkeit vom Nennmaß
(Kenn-) Zahl:
Das Toleranzfeld wird mit steigendem
Toleranzgrad IT und mit größerem
Nennmaßbereich größer.
0
10
20
30
40
50
60
O1 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9
bis 3 mm
>18-30 mm
Grundtoleranzgrad IT
Gru
ndto
lera
nzen
in μ
m
Nennmaßbereiche:
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TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe
(Kenn-) Buchstabe:
...gibt die Lage des jeweiligen
Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie
(Nennmaß N) an, in dem der
Abstand zur Nulllinie definiert wird.
Großbuchstaben A bis Z:
...für Innenpassflächen, z.B.
Bohrungen, Nuten, ...Toleranzfelder A-H über Nulllinie,
Grenzmaße > Nennmaß.
Mindestmaß bei H-Feld = Nennmaß.
Toleranzfelder M-ZC unter Nulllinie,
Grenzmaße < Nennmaß.
Kleinbuchstaben a bis z:
...für Außenpassflächen, z.B.
Wellen, Nutensteine, ...Toleranzfelder a-h unter Nulllinie,
Grenzmaße < Nennmaß.
Höchstmaß bei h-Feld = Nennmaß.
Toleranzfelder k-zc über Nulllinie,
Grenzmaße > Nennmaß.
Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe
Der Kenn-) Buchstabe…
...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie
(Nennmaß N) in Abhängigkeit des Nennmaßbereichs an, indem das
näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben wird.
Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe
Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage
Der Kenn-) Buchstabe…
...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes
relativ zur Nulllinie (Nennmaß N) in Abhängigkeit
des Nennmaßbereichs an, indem das näher an
der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben
wird.
H7
O Nulllinieh6
Nen
nmaß
30
+21 μm (gemäß IT 7)
-13 μm (gemäß IT 6)
Beispiel:
Wellendurchmesser Ø 30 h6
Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7
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TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) BuchstabeTabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage
© Bernd Heidemann
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe
Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen.16. Auflage
© Bernd Heidemann
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl
Die (Kenn-) Zahl:
...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an.
Der Toleranzgrad IT legt die Größe des
Toleranzfeldes T fest.
Das Toleranzfeld T wird mit steigendem
Toleranzgrad IT und mit größerem
Nennmaßbereich größer.
Ausschnitt
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286
...mit dem ISO-Toleranzsystem:
Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl
Das Zusammenwirken (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl:
Der Toleranzbuchstabe gibt zunächst (unabhängig vom Toleranzgrad) das näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vor.
Sodann legt der Toleranzgrad IT die – mit dem Nennmaßbereich variable – Größe des Toleranzfeldes und damit das zweite Grenzabmaß fest.
Wellendurchmesser Ø 30 h6Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel
Wellendurchmesser Ø 30 h6Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7
30 h6 30 H7
N Nennmaß = 30,0 mm 30,0 mm
AO oberes Abmaß = 0,0 mm 0,021 mm
AU unteres Abmaß = - 0,013 mm 0,0 mm
GO Höchstmaß = 30,0 mm 30,021 mm
GU Mindestmaß = 29,987 mm 30,0 mm
T Maßtoleranz = 0,013 mm 0,021 mm
300
013,0 30021,0
0
H7
Oh6
30
+21 μm (gemäß IT 7)
-13 μm (gemäß IT 6)
Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie:
Welle Bohrung
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel
Wellendurchmesser Ø 35 p5Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7
35 p5 35 H7
N Nennmaß = 35,0 mm 35,0 mm
AO oberes Abmaß = ? mm ? mm
AU unteres Abmaß = ? mm ? mm
GO Höchstmaß = ? mm ? mm
GU Mindestmaß = ? mm ? mm
T Maßtoleranz = ? mm ? mm
H7
O
p6
35
Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie:
Welle Bohrung
Spiel ? Übermaß ?
35 35 ??
??
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZAngabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel
Wellendurchmesser Ø 35 p5Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7
35 p5 35 H7
N Nennmaß = 35,0 mm 35,0 mm
AO oberes Abmaß = 0,037 mm 0,025 mm
AU unteres Abmaß = 0,026 mm 0,0 mm
GO Höchstmaß = 35,037 mm 30,025 mm
GU Mindestmaß = 35,026 mm 30,0 mm
T Maßtoleranz = 0,011 mm 0,025 mm
H7
O
p6
35
Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie:
Welle Bohrung
Spiel ? Übermaß ?
35 025,0
0
35 +0,037
026,0
© Bernd Heidemann
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Grundlagen und Begriffe
Damit Bauteile ihre Funktion
zweckentsprechend erfüllen können,
müssen sie zueinander passen.
Eine Passung (auch: Paarung
zweier Passflächen) entsteht durch
den Zusammenbau zweier
zusammengehöriger Bauteile, z.B.
Zahnrad auf einer Welle, Stift in einer
Bohrung.
Unterscheidung:
Rundpassung und Flachpassung.
Definition „Passung“:
Die Passung P ist die Maßdifferenz
von Innen- und Außenpassfläche vor
dem Zusammenbau (Fügen) der
Passteile.
Die Passung P ist ein
vorzeichenbehaftetes Längenmaß.
Passungen des ISO-Passungssystems gelten für Rund- und Flachteile.
Kriterien für Festlegung einer Passung:
• Funktionserfüllung gewährleisten• Montage und Austauschbarkeit gewährleisten• Die erforderliche Toleranzen müssen mit der
vorhandenen Fertigungstechnik realisierbar sein.
© Bernd Heidemann
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Übermaß- und Spielpassung
Die Passteile haben je
nach Lage des
Maßunterschieds
entweder Übermaß oder
Spiel.
Unterscheidung:
Außenpassfläche
Innenpassfläche
Spiel PS bei Spielpassung: Maß der Innenpassfläche > Maß der AußenpassflächeÜbermaß PÜ bei Übermaßpassung: Maß der Innenpassfläche < Maß der Außenpassfläche
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Grenzpassungen
Höchstspiel PSo = GoB – GuW (1)
Mindestspiel PSu = GuB – GoW
(1) Größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser.
Grenzpassungen:
Die Maße der korrespondierenden Passflächen liegen an den Grenzen der jeweiligen Toleranzbereiche.
Spielpassung Übermaßpassung
Mindestübermaß PÜo = GoB – GuW
Höchstübermaß PÜu = GuB – GoW
Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche)W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)
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37
HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Grenzpassungen - Erläuterungen
Benennung Definition Beispiel für zylindrische Passflächen
Höchstspiel PSo
bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche
größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster WellendurchmesserPSo = GoB – GuW
Mindestspiel PSu
bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche
kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter WellendurchmesserPSu = GuB – GoW
Mindestübermaß PÜo
bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche
größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster WellendurchmesserPÜo = GoB – GuW
Höchstübermaß PÜu
bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche
kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter WellendurchmesserPÜu = GuB – GoW
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Die Passtoleranz PT
Höchstpassung Po Po = GoB – GuW = AoB – AuW
Po > 0 Po = PSo Höchstspiel
Po < 0 Po = PÜo Mindestübermaß
Mindestpassung Pu Pu = GuB – GoW = AuB – AoW
Pu > 0 Pu = PSu Mindestspiel
Pu < 0 Pu = PÜu Höchstübermaß
Istpassung Pi Pi = IB - IW = AiB - AiW
Pi > 0 Istspiel
Pi < 0 Istübermaß
Passtoleranz PT PT = PO - PU = TB + TW
Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche)W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)
Die Passtoleranz PT ist eine aus den
Grenzpassungen abgeleitete Größe.
In Analogie zur Maßtoleranz T
(Differenz zwischen Höchst- und
Mindestmaß) ist die Passtoleranz
definiert als die Differenz zwischen
der Höchst- und der Mindestpassung.
Die stets positive Passtoleranz ist die
mögliche Schwankung des Spiels
oder des Übermaßes zwischen den
zu paarenden Teilen.
Die Passtoleranz ist gleich der
Summe der Maßtoleranzen von
Innen- und Außenpassfläche.
Es gelten die Zusammenhänge der
nebenstehenden Tabelle.
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39
HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Die drei Passungsarten
1. Spielpassung:
• Die Außenpassfläche hat stets ein
kleineres Maß als die Innenpassfläche.
• Das Fügen der Passteile ist in jedem Fall
mit geringen Kräften möglich.
• Die Innenpassfläche sitzt relativ lose auf
der Außenpassfläche.
2. Übergangspassung:
• Das Istmaß der Außenpassfläche ist
geringfügig kleiner oder größer als das
Istmaß der Innenpassteile.
• Das Fügen der Passteile ist mit geringen
Kräften möglich.
• Es entsteht ein enger, jedoch immer noch
beweglicher Sitz der Innenpassfläche auf
der Außenpassfläche, der gar kein oder ein
nur geringes Spiel aufweist.
3. Übermaßpassung (früher: Presspassung): • Die Außenpassfläche weist stets ein größeres Maß auf als die
Innenpassfläche (Übermaß). • Das Fügen der Passteile ist nur durch - unter Umständen erhebliche -
Krafteinwirkung in Fügerichtung möglich. • Nach dem Fügen ergibt sich ein mit Sicherheit spielfreier, fester Sitz der
Innenpassfläche auf der Außenpassfläche.
© Bernd Heidemann
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem – Kombinationsvielfalt = Variantenfülle
Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Das Passungssystem nach DIN ISO 286
Zur Sicherstellung funktionsgerechter Passungen in
Bauteilverbänden bedient man sich in der Regel des ISO-
Toleranzsystems. Da die verschiedenen Toleranzfeldlagen
(Kennbuchstabe) und Toleranzgrade (Kennzahl zur Festlegung der
Größe des Toleranzfelds) in der (jeweils paarweisen) Kombination zu
einer extrem großen Zahl an resultierenden Passtoleranzen führen
würden und Messzeuge, insbesondere Grenzlehren infolge ihrer
Genauigkeit teuer in der Anschaffung sind, wird diese
Kombinationsvielfalt durch so genannten Passungssysteme sinnvoll
eingegrenzt. Gebräuchlich sind die beiden Passungssysteme der
Einheitsbohrung und der Einheitswelle. Hierbei wird abhängig von
der Qualitätsanforderung entweder die Bohrungs- oder die
Wellentoleranz festgelegt und die jeweils andere entsprechend der
geforderten Funktion hinzugewählt.
Grundgedanken:
• Das ISO-Toleranzsystem stellt funktionsgerechte
Passungen in Bauteilverbänden sicher.
• Die Kombinationsvielfalt wird durch so genannte
Passungssysteme sinnvoll eingegrenzt.
• Es gibt 2 gebräuchliche Passungssysteme:
Das Passungssystem Einheitsbohrung sowie das
Passungssystem Einheitswelle.
Abb.: Grenzlehrdorne
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TZGrenzlehrdorn und Rachenlehre
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZDas Passungssystem Einheitsbohrung (EB) DIN 7154
• Für die Innenpassfläche (Bohrung)
wird einheitlich die
Toleranzfeldlage H verwendet.
• Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen
H6 bis H13 zugelassen
• Das gewünschte Passtoleranzfeld
wird durch die Wahl der
Toleranzfeldlage für die
Außenpassfläche (Welle)
festgelegt
• Gebräuchliches Standard-
fertigungsverfahren:
Bohren mit Wendelbohrer erzeugt H
11, Reiben mit Reibahle erzeugt H 7
Übermaß-passungen
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZDas Passungssystem Einheitswelle (EW) DIN 7155
• Für die Außenpassfläche (Welle) wird
einheitlich die Toleranzfeldlage h
verwendet.
• Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen h5,
h6, h8 bis h13 zugelassen.
• Das gewünschte Passtoleranzfeld wird
durch die Wahl der Toleranzfeldlage für
die Innenpassfläche (Bohrung)
festgelegt
• Anwendung bei
- fertigbearbeiteten Zukaufteilen
- Halbzeugen (gezogene Stangen) mit h-
ToleranzfeldÜbermaß-
passungen
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen
System EB
Einheitsbohrung
System EW
Einheitswelle
Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele
Übermaßpassungen
H8/x8
H8/u8
X7/h6
U//h6
Nur durch Erwärmen bzw. Kühlen fügbar.
Auf Wellen festsitzende Zahnräder, Kupplungen, Schwungräder.
Zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen nicht erforderlich.
H7/s6
H7/r6
S7/h6
R7/h6
Teile unter größerem Druck oder Erwärmen bzw. Kühlen fügbar.
Lagerbuchsen in Gehäusen, Buchsen in Radnaben, Flansche auf Wellenenden.
Zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen nicht erforderlich.
Übergangspassungen
H7/n6 N7/h6 Teile unter Druck fügbar.
Radkränze auf Radkörpern, Lagerbuchsen in Gehäusen und Radnaben, Kupplungen auf
Wellenenden.
Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern.
H7/k6 K7/h6 Teile mit Hammerschlägen fügbar.
Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungen, Bremsscheiben auf Wellenenden.
Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern.
H7/j6 J7/h6 Teile mit leichten Hammerschlägen oder von Hand fügbar.
Für leicht ein- und auszubauende Zahnräder, Riemenscheiben, Buchsen.
Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
WelleI = Innenteili = innena = außen
NabeA = Außenteili = innena = außen
DIa > DAi
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Beispiel für Pressverbände:Radachse eines Förderwagens
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZISO-Toleranzsystem
Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen
System EB
Einheitsbohrung
System EW
Einheitswelle
Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele
Spielpassungen
H7/h6
H8/h9
H11/h9
H7/h6
H8/h9
H9/h11
Teile von Hand noch verschiebbar.
Für gleitende Teile und Führungen, Zentrierflansche, Reitstockpinole, Stell- und
Distanzringe.
H7/g6 G7/h6 Teile ohne merkliches Spiel verschiebbar.
Gleitlager für Arbeitsspindeln, verschiebbare Räder und Kupplungen.
H7/f7
H8/f7
F8/h6
F8/h9
Teile mit geringem Spiel beweglich. Gleitlager allgemein,
Gleitbuchsen auf Wellen, Steuerkolben in Zylindern.
H8/e8 E9/h9 Teile mit merklichem Spiel beweglich.
Mehrfach gelagerte Welle, Kurbelwellen- und Schneckenwellenlagerung,
Hebellagerungen.
H8/d9
H11/d9
D10/h9
D10/h11
Teile mit reichlichem Spiel beweglich.
Lagerungen an Bau und Landmaschinen, Förderanlagen, Grobmaschinenbau allgemein.
H11/c11
H11/a11
C11/h9
C11/h11
A11/h11
Teile mit sehr großem Spiel beweglich.
Lager mit hoher Verschmutzungsgefahr und bei mangelhafter Schmierung,
Gelenkverbindungen.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Ein Beispiel
Innenpassfläche Außenpassfläche Allgm. Toleranz (f)
Passmaß 25 H7 25 f7 25
Passsystem
Tabellenwerte
Nennmaß 25 25
Oberes Abmaß -0,020
Unteres Abmaß 0,0
Höchstmaß
Mindestmaß
Maßtoleranz
Istmaß, z.B. 25,010 24,970
Höchstspiel
Mindestspiel
Istspiel, z.B.
Passungsart
Passtoleranz
020,0041,025
021,0
025
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZPassungen – Ein Beispiel
Innenpassfläche Außenpassfläche Paarung / Passung
Passmaß 25 H7 25 f7 25 H7/f7
Passsystem Einheitsbohrung
Tabellenwerte
Nennmaß 25 25
Oberes Abmaß +0,021 -0,020
Unteres Abmaß 0,0 -0,041
Höchstmaß 25,021 24,980
Mindestmaß 25,0 24,959
Maßtoleranz 0,021 0,021
Istmaß, z.B. 25,010 24,970
Höchstspiel +0,062
Mindestspiel +0,020
Istspiel, z.B. +0,040
Passungsart Spielpassung
Passtoleranz 0,042
020,0041,025
021,0
025
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TZBeispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband
Halde
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband
Beispiel Druck-Öl-Preßverband
Animation siehe Bilder-Ordner unter Wellen-Naben-Verbindung
Montage Kupplung auf Welle im Walzwerkbau
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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Beispiel für Pressverband:Eisenbahnrad mit Radreifen
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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Beschreibung:
• es werden zwei Teile gefügt, die vor dem Zusammenbau
Übermaß Ü haben. DIa > DAi
• nach dem Fügen sind die beiden Durchmesser gleich
dem Fugendurchmesser DF.
• die gleichmäßig über den Fugenumfang verteilte, radial
gerichtete Flächenpressung p wird durch elastische
Verformung von Welle und Nabe erzeugt.
• Die Flächenpressung p in der Fuge ist von der Größe des
Übermaßes (UA, UI) und von den geometrischen
Verhältnissen der Fügepartner (Voll- bzw. Hohlwelle)
abhängig.
Vorteile:
• einfache und preiswerte Herstellung.
• gute Ausnutzung, weil die gesamt Grenzfläche zwischen
Welle und Nabe zur Übertragung herangezogen wird.
• Geringe Kerbwirkung
Nachteile:
• Höhere Fertigungsgenauigkeit (Toleranzen, Oberflächen)
• Aufwand für die Montage (Erwärmen, Unterkühlen)
• Demontage schwierig...
WelleI = Innenteili = innena = außen
NabeA = Außenteili = innena = außen
DIa > DAi
Beispiel für Pressverbände:Radachse eines Förderwagens
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Anwendung und Einsatz:
• zum Übertragen großer wechselnder und stoßartiger
Drehmomente T und Längskräfte FA
• Zahnräder und Kupplungsnaben auf Wellen
• Zahnkränze auf Radkörper
• Eisenbahn: Radreifen auf Radkörper
• ein Verstellen der Teile nach dem Fügen ist nicht mehr
möglich
RF S
plDT1
2 min2
T = das übertragbare Drehmoment
DF = Fugendurchmesser
l = Länge der Fügefläche
μ = Haftbeiwert der Paarung
pmin = Flächenpressung (Pressdruck, radiale Druckspannung)
SR = Sicherheitsbeiwert gegen Durchrutschen (1,5 ... 2,0)
lD
STp
F
R2min
2
FA = die übertragbare Axialkraft
lD
Fp
SFF
F
H
RAaxialH
min
Dimensionierungsansatz zulvorhanden ppp min
Beispiel für Pressverband:Eisenbahnrad mit Radreifen
Zur Übertragung von T und FA:
lD
DT
F
pF
Fa 2
22
min
4
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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Längspresssitz:
• die Welle wird bei Raumtemperatur in die Nabe gepresst.
• auf (hydraulischer) Presse oder mit Hammerschlägen
• Einpressgeschwindigkeit niedrig ca. 2mm/s
• Werkstoff braucht Zeit zum Ausweichen und Verdichten.
• Fügeflächen einölen (sonst besteht bei gleichen
Werkstoffen die Gefahr des Kaltverschweißens)
• die volle Tragfähigkeit wird erst nach einer Setzzeit von
bis zu 2 Tagen erreicht.
Abb
ildun
g: H
aber
haue
r200
1
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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Beim Querpresssitz wird zusätzlich unterschieden in:
1. Dehnpressverband:
• Innenteil (Welle) wird vor dem Fügen auf tI gekühlt
(Trockeneis -78°C, flüssiger Stickstoff ca. -190°C)
2. Schrumpfdehnverband:
• Außenteil (Nabe) wird vor dem Fügen auf tA erwärmt (in
Öl bis ca. 350°C, in elektrisch oder gasbeheizte Öfen bis
ca. 700°C, bei einfachen Teilen mit Gasflamme)
Übliches Fügespiel etwa ΔD = 0,001DF
Kombinationen von 1 und 2 möglich und sinnvoll bei
großen Übermaßen. Demontage??
FIUI D
DUtt
max
FAUA D
DUtt
max
tU = Umgebungstemperatur
αA, αI = lineare Wärmeausdehnungs-
koeffizienten des Naben- bzw.
Wellenwerkstoffs bei der mittleren
Temperatur
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
und in:
3. (Druck-)ölpressverband:
• Fügen und/oder Lösen erfolgt durch Einpressen von Öl,
das in der Fügezone einen hydrostatischen Druck aufbaut,
die Fügepartner elastisch verformt und durch den Ölfilm in
der Fügezone trennt (wird auch als Hydraulikmontage
bezeichnet).
• Welle und Nabe müssen mit geeigneten Anschlüssen,
Bohrungen und umlaufenden Rillen bzw. Öltaschen für das
Zuführen von Drucköl versehen werden.
• Die Fügeflächen sind schwach kegelig (1:20 bis 1:30) zu
gestalten.
• Die Nabe wird auf die Welle geschoben, das Drucköl
eingepresst (p bis 2000 bar) und die aufgeweitete Nabe
weiterverschoben.
• Nach Wegnahme des Öldrucks muss die axiale Fügekraft
noch so lange (bis zu 2h) aufrechterhalten bleiben, bis das
Öl vollständig aus der Fügefläche verdrängt ist.
• siehe auch DIN 15 055.
Kurze Nabe:Eine Bohrung im Schwerpunkt des Nabenquerschnitts.
Lange Nabe:Mehrere Nuten, davon eine unter demsteiferen Flansch.
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HTW des Saarlandes – Konstruktionstechnik – Technisches Zeichnen
TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Erforderliches Übermaß, Übermaßpassung:
Mit lassen sich das erforderliche
Mindesthaftmaß Zmin und das größte zulässige Haftmaß
Zmax berechnen.
Unter Berücksichtigung des Übermaßverlustes ΔU
ergeben sich die zur Auswahl der Übermaßpassung
wichtigen Übermaße:
AIF KKD
Zp
UZU
UZU
maxmax
minmin Mindestübermaß
Höchstübermaß
Um Unsicherheiten bei der Auslegung zu verringern:
Rauhtiefen Rz möglichst klein halten.
mRm z 82
Abbildung: Steinhilper1993
Einfluss der Glättung auf das wirksame Übermaß:
zIzA RRUZ
GUUUZ
4,02
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TZBeispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband
Werkstoffhinweise:
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TZLiteraturangaben
Böttcher / Forberg: Technisches Zeichnen. Stuttgart, Leipzig: Teubner, 1998.
Schließer / Schlindwein / Steinhilper: Konstruieren und Gestalten. Würzburg: Vogel Buchverlag, 1989.
Hoischen: Technisches Zeichnen. Berlin, Düsseldorf: Cornelsen Verlag, 2003.
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