PASSUNG UND GESTALTUNG (ISA-PASSUNGEN) VON PAUL LEINWEBER DR.-ING. VDI MINlSTERIALRAT, BERLIN ZWEITE AUFLAGE MIT 180 ABBILDUNGEN IM TEXT UND EINER RECHENTAFEL SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1942 Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com ISBN 978-3-662-26875-9 ISBN 978-3-662-28341-7 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-28341-7 ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ÜBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN COPYRIGHT 1941 BY SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG URSPRUNGLICH ERSCHIENEN BEI SPRINGER-VERLAG OHG. IN BERLIN 1941 V orwort zur ersten Auflage. Der Titel dieses Buches bedeutet ein Programm. Dieses besteht darin, den Leser anschaulich erkennen zu lassen, daß in der Passungskunde als der Grundlage der neuzeitlichen austauschbaren Fertigung eine ganz neuartige Gestaltungsgrundlage erstanden ist, die ebenso zum unent behrlichen Rüstzeug des Gestalters und des Betrieb~mannes gehört, wie Werkstoffkunde, Festigkeitslehre und Fertigungstechnik. Gleichzeitig soll aber auch gezeigt werden, wie man das wohl am häufigsten benutzte Gestaltungsmittel, das ein neuzeitliches Passungssystem darbietet, zu größtem eigenen Nutzen an wenden kann. Schließlich soll denen ge holfen werden, die zunächst den langen Zahlenreihen des ISA-Passungs systems ratlos gegenüberstehen, sich mit einer Übersetzungstafel an die DIN-Passungen klammern und die Vorteile dieses universalen Systems weder zu erkennen noch zu nutzen verstehen. Das Buch wendet sich somit an alle, die mit Passungen und Tole ranzen umzugehen haben. Ich habe versucht, den Umfang so zu halten, daß der Preis erschwinglich bleibt. Auf eine Einführung in den Aufbau des ISA-Systems wurde verzichtet; ich möchte glauben, daß es dem Leser, der diese Grundlagen noch nicht beherrscht, gelingt, sie sich durch aufmerksames Studium zu erarbeiten, wenn er DIN 7150 und die nach folgenden Normblätter über Passungen zum Nachschlagen zu Hilfe nimmt. Im übrigen sei auf die neueste Auflage meines Buches "Tole ranzen und Lehren" verwiesen, die gleichfalls dem letzten Stande ent spricht. Die einleitende Darstellung der historischen Entwicklung wider spricht zwar ganz meiner sonstigen Ablehnung weit ausholender Ein leitungen. Sie erschien mir aber als der geeignete Rahmen, um das Bild des augenblicklichen Standes der Fertigungstechnik in bezug auf den Austauschbau auf die kürzeste Art am klarsten und lebendigsten hervor treten zu lassen. Gleichzeitig soll sie die richtige innere Einstellung hervorrufen und jedem Leser die Feststellung ermöglichen, wo in der Entwicklungsgeschichte sein Standort ist: in der Gegenwart oder in der Vergangenheit. Ich habe mich bemüht, Abbildungen zu bringen, die nur das zu dem jeweiligen Gegenstande Wesentliche auf den ersten Blick zeigen und habe deshalb auch weitgehend von perspektivischer Darstellung Ge brauch gemacht. In den Abschnitten über "Passungsgeometrie" und IV Vorwort zur zweiten Auflage. "Passungsmechanik" hoffe ich, die Grundlagen zu einer Weiterentwick lung dieser neu esten Zweige der Passungswissenschaft zusammen hängend dargestellt zu haben. Mein Dank gilt den maßgebenden Stellen des Heereswaffenamtes, die mir nicht nur Gelegenheit gaben, jahrelang vielseitige Erfahrungen zu sammeln, sondern sie auch hiermit der Allgemeinheit zugänglich zu machen. Es ist ein Zufall, daß das Buch gerade in einer Zeit entstanden ist, als die Gedanken des Austauschbaues eine für unser Vaterland be deutsamste Verwirklichung fanden. Ferner habe ich Herrn Prof. Dr. Ing. Kienzle, dem Obmann des Passungsausschusses, zu danken, der die Anregung zu der Arbeit gab und sie mit wertvollen Hinweisen unter stützte. Berlin, Dezember 1940. Der Verfasser. Vorwort zur zweiten Auflage. In der wenige Monate nach Erscheinen der ersten notwendig ge wordenen zweiten Auflage wurden die Abschnitte über Kunstharzpreß teile und Teile aus keramischen Baustoffen, sowie das Rechenbeispiel im Abschnitt 345 dem neu esten Stande angepaßt und das Schrifttums verzeichnis ergänzt und neu geordnet. Berlin, Oktober 1941. Der Verfasser. Inhaltsverzeichnis. Seite 1. Arbeitsteilung - Austauschbau - Normung' 1 2. Warum internationale Emllfelllungell? . . 14 3. Die einzelne PaßsteIle unll die Anwendung der ISA-Toleranzfelder 22 31. Austau8chflächen . . . . . . 22 32. Passungsgercchtc Gestaltung. 24 33. ISA-Toleranzen 25 34. ISA-Passungen . . . 26 341. Paßtoleranzfeld 26 342. Paßeigenart . . 30 343. Größe der Toleranz 35 344. Abnutzung des Werkstückes 36 345. Mehrfachpassungen und Passungen aus zusammengesetzten Teilen .. . . . . . . . 39 346. Betriebstemperatur . . . . 43 35. Einbaupassungen der Wälzlager 49 36. Passungen für Normteiln . . . 57 37. Toleranzen für spanlos verformte Teile und solche aus nichtmetal- Iischen \Verkstoffcn. . . . . 64 37]. Spanlos verformte Teilc 65 372. Kunstharzpreßteile . . . 67 373. Teile aus keramischen Baustoffen 70 374. Holzteile . . . . . . . . . 73 38. Abweichungen von ISA-Passungen 79 381. Kleine Fertigungsstückzahlen 84 382. Einlaufenlassen, Einläppen . 87 :383. Aussuchen und Sortieren . . 88 J. Einfluß der Passungen auf die Umgebung der l'aßstelIc, auf Gestal- tung und Berechnung. . . . . 93 41. Mehrfaches Tragen und Führen 96 42. Elastische Bauweise . . . . . 101 43. Nachstellbare Bauformell . . . 109 44. Wellenverlagerung infolge des Lagerspieles 115 45. Selbsthemmung und Spiel bei ParallelführungeIl . 122 5. Passungsgeometrie . . . . . . . . . . . . 126 51. Die Maße der Lehren. . . . . . . .'. 128 52. Die Oberflächengestalt der Werkstücke. 133 521. KristaIIographisch 134 522. Mikrogeometrisch 138 523. Makrogeometrisch 147 VI Inhaltsverzeichnis. Seite 53. LageabweichungeIl . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . 165 54. Die Angabe von Form- und J.agetoleranzen auf der Gerätzeichnung 170 541. Formtoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 542. Lagetoleranzl'n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 55. Bewegungstoleranzen und Verformungstoleranzen unter Belastung. 177 6. Passungsmcchauik 179 61. Spielpassungen . . . . . 179 62. Preßpassungen . . . . . 185 621. Längspreßpassungen 189 622. Querpreßpassungen . 199 7. Die Einführung der ISA-Passungen 202 71. Einheitsbohrung, Einheitswelle, Verbundsystem 208 72. Auswahl der Passuugl'U 219 Schrifttum. . . . . 223 Stichwortycrzeichnis 237 1. Arbeitsteilung - Austauschbau - Normung. Die Fertigungstechnik, die sich mit der Verarbeitung der von der Natur gegebenen oder aus Bodenschätzen gewonnenen Stoffe beschäf tigt, um sie unter Ausnutzung der Naturgesetze in der Form von Ma schinen, Apparaten und Gegenständen des täglichen Bedarfes für den menschlichen Gebrauch dienstbar zu machen, hat in den letzten Jahr zehnten eine unbeschreibliche Entwicklung durchgemacht. Ein ähnlich steiler Verlauf einer Entwicklungskurve ist wohl auf wenigen Gebieten menschlicher Betätigung zu finden. Die Fertigungstechnik ist ein wesent licher Bestandteil der gesamten Technik, deren Erkenntnisse jederzeit sofort bei der Fertigung benutzt wurden, und deren Entwicklung und Ausnutzung in großartigem Maßstabe aber auch erst durch die fort schreitende Fertigungstechnik ermöglicht wurde. Die gesamte Technik hat in den letzten hundert Jahren nicht nur äußerlich unser Landschafts bild durch Verkehrsmittel, Fabriken, Bauwerke und elektrische Lei tungen und unsere tägliche Umgebung durch Fernsprecher, Rundfunk, Schreibmaschine und vieles andere von Grund auf verändert, sondern auch durch andersgeartete Beschäftigung und die notwendige innere Stellungnahme zu diesen Dingen unsere Weltauffassung grundlegend be einflußt. Die Uranfänge der Technik reichen freilich in die Zeiten der ersten Lebens äußerungen des Menschengeschlechtes zurück. Der erste entscheidende Knick nach oben in der Kurve entsteht mit der Abkehr von der rein spekulativen Be schäftigung mit unserer Umwelt und mit der immer mehr systematischen Er forschung der Naturkräfte und Naturgeset.ze. Ein erster Ansatz von Archimedes (287···212 v. Ohr.) in dieser Richtung wurde erst von Leonardo da Vinci im 15. Jahrhundert weitergeführt und auf diesen genialen praktischen Physiker folgt ein immer steileres Fortschreiten der Naturforschung und der Naturerkennt nisse. Die Systematik der Forschung ist heute sozusagen auf die Spitze getrieben, wo zahllose Laboratorien damit beschäftigt sind, der Natur auf allen möglichen Sondergebieten weitere Geheimnisse zu entlocken. Nachdem zunächst die physi kalischen Grundlagen geklärt und zahlreiche Möglichkeiten erkannt worden waren, um mit ihrer Hille Raum und Zeit zu überwinden, den menschlichen Geist und die menschliche Arbeitskraft mit Hilfe der Maschine von weniger wichtigen Arbeiten frei zu machen und um zur Bequemlichkeit des menschlichen Daseins beizutragen, setzte der zweite Knick nach oben ein. Immer neue sich übersteigernde Bedürf nisse wurden geschaffen und wollten befriedigt werden. Eines möge - auch für den eigentlichen Gegenstand unserer Be trachtungen - aus diesem historischen Ablauf klar erkannt werden: Eine Entwicklung läßt sich wohl fördern oder beschleunigen, niemals Leinweber, Passung. 2. Auf!. 1 2 Arbeitsteilung - Austauschbau - Normung. aber entscheidend aufhalten, sie schreitet über widerstrebende lVlenschen erbarmungslos hinweg. Das zeigen einerseits Erscheinungen, wie sie bei der Einführung der Eisenbahn, des Fernsprechers, des Web stuhles und unzähliger anderer Erfindungen zu beobachten waren, andererseits die Geschichte von Persönlichkeiten, wie Alfred Krupp, Nikolaus Dreyse, Ernst Abbe und vielen anderen, die sich allen Widerständen und heute kaum noch vorstellbaren Schwierigkeiten zum Trotz letzten Endes durchzusetzen vermochten. In früheren Zeiten wurden technische Erzeugnisse, Gegenstände des täglichen Bedarfes, Werkzeuge, Baubeschläge usw. rein handwerks mäßig hergestellt. Ein Handwerksmeister beherrschte die damals be kannten hauptsächlichsten Arbeiten des Schmiedens, Feilens und Boh rens so weit, daß er den Gegenstand aus den ihm zur Verfügung stehenden Halbzeugen von Anfang bis zu Ende herstellen konnte. Die nötigen Werkzeuge mußten größtenteils selbst angefertigt, ja zum Teil selbst erdacht werden. Ein Bedarf an großen Stückzahlen gleichartiger Erzeugnisse trat erstmalig auf dem Gebiet der Handfeuerwaffen auf. Im Jahre 1623 erhielten 4 Büchsenmeister und 3 Schäfter in Suhl einen Auf trag auf 4000 Musketen [303]1. Die königlichen Gewehrfabriken in Potsdam und Spandau fertigten in den ersten zehn Ftiedensjahren nach dem Siebenjährigen Kriege 96000 Gewehre und Karabiner und 17000 Pistolen [303]. Bei solchen Ge legenheiten mag zum erstenmal die Frage aufgetaucht sein, ob man diese Arbeiten durch Einstellung weiterer Büchsenmacher, von denen jeder selbständig arbeitete, oder durch Auf teilung der verschiedenen Arbeitsgänge unter eine Anzahl Arbeiter gruppen bewältigen sollte. Schon die Aufteilung in Büchsenmeister und Schäftel' läßt erkennen, daß damals bereits eine gewisse Unterteilung der ArbeitRgänge vorgenommen wurde. Der Gedanke der Arbeitsteilung ist wohl fast so alt wie die Fertigung von Werkzeugen für die Jagd, zur Verteidigung, zur Holzbearbeitung. Im Vezere-Tal in Südfrankreich fand man eine Schnitzerwerkstatt für Knochenwerkzeuge mit 14 Arbeitsstellen, deren Alter auf 25000 Jahre geschätzt wird. Es kann an genommen werden, daß die Schnitzer bereits damals auf ihre Sonderarbeit spe zialisiert waren. Eine besonders weitgehende Spezialisierung im Handwerk sollen die Chinesen eingeführt haben. Spezialisierte Handwerke kannten alle Völker des Altertums. Im Mittelalter finden wir z. B. in Frankfurt a. M. allein 23 ver schiedene Berufe, die sich mit der l\Ietallverarbeitung befassen, darunter für die Herstellung von Rüstungen allein fünf: Rüstungsschmiede, Haubenschmiede, Plattner, Beinstückschmiede und Sporer. Die Arbeitsteilung entspringt in ihrer historischen Entwicklung dem natürlichen Streben nach Vervollkommnung der einzelnen an einem Gesamtobjekt auszuführenden Arbeiten, nicht der Schaffung großer Stückzahlen gleichartiger Gegenstände. Aber: Große Stückzahlen können n ur durch eine bis ins einzelne getriebene Arbeitsteilung gefertigt ',·erden. Der Engländer Adam Smith setzt in seinem Hauptwerk über Nationalökonomie, das 1775 erschien, am Beispiel der StecknadelherstelJung in 18 verschiedenen 1 Die schräg stehenden Zahlen in 1 brziehen sich auf das Schrifttums- vpl'zeiclmis am Schluß des Buches. Geschichtliches . 3 .- \rbcitsgängen die, Vorzüge der Arbeitsteilung auseinander. Er erkannte diese Vor· züge in der gesteigerten Geschicklichkeit jedes Arbeiters, in der Zeitersparnis durch Vermeidung des übergangs ~on einer Arbeit auf die andere und schließlich in der Möglichkeit, mit Hilfc der Maschine den einzelnen Arbeitsgang schneller zu bewerkstelligen [35]. Der erste Versuch einer auswechselbaren Fertigung von Feuerwaffen wurde kurz nach 1715 in Frankreich gcmacht und schlug wegen der hohen Her· stellungskosten fehl. Ein zweiter - ebenfalls in Frankreich - von Le Blanc im Jahre 1785 hatte den Erfolg, daß man aus 50 Sätzen von GewehrschloßteiJen beliebig Teile herausgreifen und sie wahllos zusammensetzen konnte. AußerdE'm waren die so hergestellten Gewehre um 2 Francs billiger [.14]. Der Fall, daß unbedingte Austauschbarkeit gefordert werden mußte, trat zum erstenmal beim Zusammenpassen von Lauf und Mu nition auf. Hier waren also nicht fertigungstechnische, sondern funktionelle, militärische Gründe der Anlaß zur Einführung von Aus tauschbarkeit. \Vir finden im Jahre 1818 sehr vollständige und genaue Angaben über G rcnz· lehren für Geschosse - damals wurde nur mit runden Kugeln geschossen -, die Toleranzen für die verschiedenen Kaliber, ein Kleinstspiel war vorgesehen und sogar die zulässige Abnutzung der Lehren war mit 0,02" (= 0,5 mm) an gegeben [296]. Zum Beispiel betrug die Durchmessertoleranz für die dreipfündige Granate (umgerechnet) 72 .:!:. ~'~ mm, für die 75pfündige: 320,5 .:!:. ~.: mm. Das sind beträchtliche Genauigkei~ansprüehe, wenn man bedenkt, daß die Geschosse gegossen und nur verputzt wurden. Für die Flintenkugeln aus Blei waren die Grenzmaße 16,2 und 17,3 mm vorgeschrieben; sie wurden mit einem Gut- und einem Ausschußsieb gelehrt, die beide eine große Anzahl von Löchern aufwiesen. Auch Gegenlehren waren vorhanden, die gleichzeitig als Abnutzungsprüfer dienten: Ein Kegel aus Messing oder Stahl, der zwischen den Durchmessern 10 und 21 mm eine Teilung in hundertstel Zoll hatte (1" = 26,1545 mm). Für die Rohre gab es 4 Kaliberzylinder zwischen 18,3 und 19,1 mm, die gen au in der gleichen Weise angewendet wurden, wie auch heute noch die Kaliberzylinder zum Prüfen von Gewehrläufen. Die Vorschrift lautete: "Nach der Königlichen Bestimmung sollen im Durchschnitt die Kaliber der Rohre zum Cylinder von 71/100 (18,5 mm) passen, und 70/100 und 72/100 sollen nur als Ausnahmen bei Nachhülfen an Rohren gut gethan werden. Der Cylinder von 73/100 darf nie in ein Rohr hineingehen, und wä.re dies der Fall, so wird das Rohr wegen zu weitem Kaliber verworfen ..." [225]. Dies sind genaue Vorschriften über die Art der Ausnutzung eines Toleranz feldes, denen wir heute nur noch Prozentzahlen für die ausnahmsweise zugelas. senen Maße hinzuzufügen hä.tten. Im Jahre 1822 finden wir für das damalige Steinschloßgewehr ziemlich umfang. reiche ;,Dimensionstabellen" mit Toleranzen für die wichtigsten Maße; Maßtafeln in der gleichen Form waren im Weltkriege noch bei der deutschen Wehrmacht in Gebrauch. Wahrscheinlich handelte es sich bei den "Dimensionstabellen" um Erfahrungswerte; es wird nämlich hinzugefügt, man möge nicht allzu streng auf die Genauigkeiten achten, wichtiger sei die Beachtung der vielen Fehler, die die Brauchbarkeit eines Gewehres sonstwie beeinträchtigen könnten. Es gab Rachenlehren für die verschiedenen Außendurchmesser und für die Länge des Laufes, für das Zündloch, das Bajonetthaft, die Schwanzschraube usw. Anscheinend waren dies aber Normallehren. Ferner wird im gleichen Jahre als neuartig eine Bohrvorrichtung beschrieben, die dazu diente, sämtliche Bohrungen 1·