Toleranzen, Passungen und Oberflächen (ISO-System)

Stell dir vor, du fertigst tausend Kolbenbolzen für einen Motor. Jeder soll exakt 20,00 mm Durchmesser haben. In der Realität bekommst du das nie hin. Die Maschine schwankt, das Werkzeug verschleißt, der Stahl arbeitet bei Temperatur. Manche Bolzen werden 20,003 mm, andere 19,998 mm. Wenn jetzt jeder davon „falsch“ wäre, müsstest du jeden einzelnen wegwerfen. Genau hier setzt das Toleranzwesen an.

Eine Toleranz ist der zulässige Bereich, in dem ein Maß abweichen darf, ohne dass das Bauteil unbrauchbar wird. Sie macht Fertigung erst wirtschaftlich. Drei Gedanken stecken dahinter.

Funktion vor Genauigkeit. Eine Welle in einem Gleitlager braucht etwas Spiel, sonst klemmt sie. Eine Welle für einen Pressverband braucht Übermaß, sonst sitzt sie nicht fest. Das gewünschte Verhalten gibt vor, wie genau das Maß sein muss – nicht umgekehrt.

Austauschbarkeit. Wenn alle Wellen und alle Bohrungen innerhalb fest definierter Grenzen liegen, passt jede beliebige Welle in jede beliebige Bohrung. Reparaturen, Ersatzteile, Serienfertigung – all das funktioniert nur, weil jemand definiert hat: „zwischen diesem und jenem Maß ist es ok“.

Wirtschaftlichkeit. Eine engere Toleranz bedeutet teurere Fertigung. Schleifen statt Drehen, Lehren statt Messschieber. Der Konstrukteur sucht den größten Toleranzbereich, mit dem das Bauteil noch funktioniert.

Historisch hat sich das ab Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Serienfertigung entwickelt – zuerst im Waffenbau, dann im Maschinenbau. Heute ist das ISO-System der gemeinsame Standard, der dafür sorgt, dass eine Welle aus einer steirischen Drehmaschine in ein Lager aus Japan passt.

Eine Zeichnung zeigt einen Bolzen mit der Bemaßung ⌀20 +0,021 / 0. Was bedeuten diese kleinen Zahlen über und unter dem Maß? Wo ist die Grenze, ab der die Welle Ausschuss ist? Genau das klären die Begriffe rund um Nennmaß und Abmaße.

Das Nennmaß ist das in der Zeichnung eingetragene Bezugsmaß, hier 20 mm. Es ist die Bezugsgröße, aber nicht das exakte Sollmaß.

Die beiden Zahlen rechts oben und rechts unten am Maß sind die Abmaße:

• Das obere Abmaß ist die zulässige Abweichung nach oben
• Das untere Abmaß ist die zulässige Abweichung nach unten

Daraus ergeben sich zwei Grenzen:

Höchstmaß = Nennmaß + oberes Abmaß

Mindestmaß = Nennmaß + unteres Abmaß

Das Istmaß ist das tatsächlich gemessene Maß am gefertigten Bauteil. Es muss zwischen Höchstmaß und Mindestmaß liegen, sonst ist das Bauteil Ausschuss.

Die Maßtoleranz T ist die Differenz aus Höchst- und Mindestmaß:

Konkretes Beispiel: ⌀20 +0,021 / 0

• Nennmaß = 20,000 mm
• oberes Abmaß = +0,021 mm
• unteres Abmaß = 0
• Höchstmaß = 20,021 mm
• Mindestmaß = 20,000 mm
• T = 0,021 mm = 21 μm

Beide Abmaße können positiv, negativ oder null sein. Bei einer Welle ist meist das obere Abmaß negativ oder null (die Welle darf nicht dicker als das Nennmaß werden), bei einer Bohrung umgekehrt. Es gibt aber auch symmetrische Angaben wie 30 ±0,015.

Auf einer typischen Werkstattzeichnung hat nur ein kleiner Teil der Maße eine eigene Toleranzangabe – meist nur die funktionswichtigen Maße wie Lager- oder Passungssitze. Alle anderen Maße stehen ohne Abmaße da: 60, 25, 120. Bedeutet das, sie dürfen beliebig abweichen? Nein. Dafür gibt es Allgemeintoleranzen.

Allgemeintoleranzen – auch Freimaßtoleranzen genannt – gelten für alle Maße ohne explizite Toleranzangabe. Sie stehen nicht am einzelnen Maß, sondern als allgemeiner Verweis im Schriftfeld der Zeichnung oder darüber. Eine typische Angabe lautet:

Allgemeintoleranzen ISO 2768-mK

Das bedeutet: Alle Maße ohne eigene Toleranz gelten nach ÖNORM ISO 2768-1, Toleranzklasse m (mittel), und Form-/Lagetoleranzen nach ÖNORM ISO 2768-2, Klasse K.

Die Norm definiert vier Toleranzklassen für Längen- und Winkelmaße:

• f – fein
• m – mittel
• c – grob
• v – sehr grob

Die zulässige Abweichung hängt vom Nennmaßbereich ab. Je größer das Nennmaß, desto größer die zulässige Abweichung. Ein paar typische Werte für Klasse m bei Längenmaßen:

Nennmaßbereich	Zulässige Abweichung
über 0,5 bis 3 mm	±0,1 mm
über 3 bis 6 mm	±0,1 mm
über 6 bis 30 mm	±0,2 mm
über 30 bis 120 mm	±0,3 mm
über 120 bis 400 mm	±0,5 mm
über 400 bis 1000 mm	±0,8 mm

Konkret: Ein Maß von 60 mm ohne eigene Toleranzangabe, Schriftfeld „ISO 2768-mK“, darf zwischen 59,7 und 60,3 mm liegen.

Wichtig: Allgemeintoleranzen sind nicht beliebig. Sie sind im Schriftfeld verbindlich definiert. Ein Maß ohne Toleranz und ohne Allgemeintoleranz-Angabe wäre formal nicht prüfbar – in der Praxis ein Fehler in der Zeichnung.

Seit einiger Zeit gibt es mit ÖNORM EN ISO 22081 eine neuere Norm, die ein moderneres, GPS-konformes Konzept für Allgemeintoleranzen vorgibt und ISO 2768 langfristig ablösen soll. Auf den meisten Werkstattzeichnungen in Österreich sieht man derzeit aber noch ISO 2768.

Statt jedes Mal mühsam +0,021 / 0 hinzuschreiben, hat das ISO-System eine Kurzschrift eingeführt: ⌀30 H7. Zwei Zeichen – ein Buchstabe und eine Zahl – beschreiben das gesamte Toleranzfeld. Wer den Code lesen kann, sieht sofort, wie genau ein Maß sein muss und wo es im Verhältnis zum Nennmaß liegt.

Das System der ÖNORM EN ISO 286 zerlegt eine Toleranzangabe in zwei Informationen:

1. Grundtoleranzgrad – die Größe des Toleranzfelds

Es gibt 20 Grundtoleranzgrade: IT01, IT0, IT1, IT2, … IT18. Sie sind in der Norm tabelliert nach Nennmaßbereich. Je kleiner die Zahl, desto enger die Toleranz.

Eine grobe Orientierung:

• IT01 bis IT6 – Lehren und Messmittel, hochpräzise Bauteile
• IT5 bis IT11 – allgemeiner Maschinenbau, Passungen
• IT12 bis IT18 – Roh-, Schmiede-, Gussteile

Ein paar typische Werte für den Nennmaßbereich „über 18 bis 30 mm“:

• IT6: 13 μm
• IT7: 21 μm
• IT8: 33 μm
• IT9: 52 μm

2. Toleranzfeldlage – wo das Toleranzfeld relativ zur Nulllinie liegt

Die Lage wird durch einen Buchstaben angegeben. Großbuchstaben gelten für Bohrungen, Kleinbuchstaben für Wellen. Das ist eine Konvention, die man sich gut einprägen sollte – „Bohrung groß, Welle klein“.

Wichtige Buchstaben:

• H – Bohrung, unteres Abmaß ist immer null (Toleranzfeld liegt ganz oberhalb der Nulllinie)
• h – Welle, oberes Abmaß ist immer null (Toleranzfeld liegt ganz unterhalb der Nulllinie)
• Buchstaben vor H bzw. h (A–G, a–g) → Bohrung größer / Welle kleiner als Nennmaß
• Buchstaben nach H bzw. h (J–Z, j–z) → Bohrung kleiner / Welle größer als Nennmaß

Die Schreibweise ist immer Nennmaß + Buchstabe + Grad, also z.B.:

• ⌀30 H7 – Bohrung, Toleranzgrad 7, unteres Abmaß null
• ⌀30 g6 – Welle, Toleranzgrad 6, oberes Abmaß negativ (Welle kleiner)
• ⌀30 k6 – Welle, Toleranzgrad 6, Toleranzfeld leicht über der Nulllinie

Die Nulllinie ist die Bezugslinie auf Höhe des Nennmaßes. H und h liegen direkt an dieser Linie, alle anderen Buchstaben weichen davon ab.

Sobald eine Welle in eine Bohrung kommt – egal ob Lager, Zahnrad, Buchse oder Bolzen – entscheidet das Zusammenspiel der beiden Toleranzfelder, wie sich das Bauteil verhält. Schlackert es? Sitzt es satt? Lässt es sich nur mit der Presse einbauen? Genau das beschreiben Passungen.

Eine Passung ist die Kombination aus einer Bohrungstoleranz und einer Wellentoleranz mit gleichem Nennmaß. Aus den jeweiligen Toleranzfeldern ergibt sich, ob zwischen den Teilen Spiel oder Übermaß entsteht.

Drei Passungsarten

Spielpassung. Das Toleranzfeld der Bohrung liegt vollständig über dem der Welle. Auch bei ungünstigster Paarung – große Welle, kleine Bohrung – bleibt noch Spiel. Anwendung: Gleitlager, Führungen, alles was sich gegeneinander bewegen soll. Beispiele: H7/g6, H7/h6 (Übergang zur Spielfreiheit), H8/f7.

Übergangspassung. Die Toleranzfelder überlappen. Je nach konkreten Istmaßen kann minimales Spiel oder minimales Übermaß herauskommen. Anwendung: zentrierte Verbindungen, die noch demontierbar sein müssen, z.B. Zahnräder oder Kupplungshälften auf Wellenenden. Beispiele: H7/j6, H7/k6, H7/m6.

Presspassung (Übermaßpassung). Die Welle ist immer größer als die Bohrung, auch im günstigsten Fall. Die Verbindung sitzt mit Übermaß und wird durch Aufpressen, Anwärmen der Nabe oder Abkühlen der Welle gefügt. Anwendung: dauerhafte Sitze, die Drehmoment übertragen, z.B. Wälzlagerinnenringe auf Wellen, Pressverbände. Beispiele: H7/p6, H7/r6, H7/s6.

Bohrungssystem und Wellensystem

In der Praxis kombiniert man nicht beliebige Felder, sondern arbeitet mit zwei Systemen:

Bohrungssystem (Einheitsbohrung): Die Bohrung ist immer H (unteres Abmaß null), die Welle wechselt. Beispiele: H7/g6, H7/h6, H7/k6, H7/p6. Das ist das gebräuchlichste System im Maschinenbau, weil Bohrungen mit Lehrdornen oder Reibahlen mit festen Maßen wirtschaftlich gefertigt werden.

Wellensystem (Einheitswelle): Die Welle ist immer h (oberes Abmaß null), die Bohrung wechselt. Beispiele: H7/h6, G7/h6, P7/h6. Üblich bei gezogenen Wellen aus Stangenmaterial, das schon mit h-Toleranz geliefert wird und nicht nachbearbeitet werden muss – etwa bei Förderrollen oder Transportwellen mit aufgesetzten Naben.

In Österreich und im allgemeinen Maschinenbau dominiert das Bohrungssystem deutlich.

Hüllprinzip

Bei ISO-Passungen gilt nach europäischer Konvention das Hüllprinzip (auch Taylor-Prinzip genannt): Die Maßtoleranz begrenzt nicht nur den Durchmesser an jeder einzelnen Messstelle, sondern auch die geometrische Form über die gesamte Länge. Konkret: Eine maßhaltige Welle muss sich vollständig in eine ideale zylindrische Lehre mit Höchstmaß einschieben lassen. Eine maßhaltige Welle, die aber krumm oder leicht oval ist, schafft das nicht – sie wäre Ausschuss, obwohl jeder einzelne Durchmesser für sich im Toleranzfeld liegt.

Das Hüllprinzip ist das Bindeglied zwischen reiner Maßtoleranz und Form. Es sorgt dafür, dass eine ISO-Passung in der Praxis funktioniert, ohne dass jedes Mal eigene Formtoleranzen angegeben werden müssen.

Damit man eine Passung beurteilen kann – passt sie zum Anwendungsfall, ist sie zu eng, zu locker – muss man Höchst- und Mindestspiel bzw. Höchst- und Mindestübermaß bestimmen können. Im Kern ist das Subtraktion mit Vorzeichen. Wer aber einmal die Reihenfolge durcheinander bringt, rechnet schnell Unfug.

Zwei Begriffspaare braucht man:

Spiel entsteht, wenn die Bohrung größer ist als die Welle.

• Höchstspiel = größtmöglicher Abstand → Bohrung Max minus Welle Min
• Mindestspiel = kleinstmöglicher Abstand → Bohrung Min minus Welle Max

Übermaß entsteht, wenn die Welle größer ist als die Bohrung.

• Höchstübermaß = größtmögliches Übermaß → Welle Max minus Bohrung Min
• Mindestübermaß = kleinstmögliches Übermaß → Welle Min minus Bohrung Max

Je nach Passungsart kommen unterschiedliche Größen heraus:

• Spielpassung: beide Werte sind Spiel
• Übergangspassung: einer ist Spiel, einer ist Übermaß
• Presspassung: beide Werte sind Übermaß

Durchgerechnetes Beispiel

Passung ⌀30 H7/g6 (Spielpassung).

Aus der Tabelle der ÖNORM EN ISO 286 für den Nennmaßbereich „über 18 bis 30 mm“:

• H7: oberes Abmaß +21 μm, unteres Abmaß 0
• g6: oberes Abmaß −7 μm, unteres Abmaß −20 μm

Bohrung:

• G_max = 30,000 + 0,021 = 30,021 mm
• G_min = 30,000 + 0 = 30,000 mm

Welle:

• W_max = 30,000 − 0,007 = 29,993 mm
• W_min = 30,000 − 0,020 = 29,980 mm

Spiele:

• Höchstspiel = 30,021 − 29,980 = 0,041 mm = 41 μm
• Mindestspiel = 30,000 − 29,993 = 0,007 mm = 7 μm

Beide Werte sind positiv → Spielpassung bestätigt. Das Spiel liegt zwischen 7 μm und 41 μm.

Theoretisch sind unzählige Bohrungs-Wellen-Kombinationen möglich. Praktisch hat sich im Maschinenbau ein überschaubarer Katalog eingebürgert, der für 95 Prozent aller Fälle reicht. Wer diese Passungen kennt, kann sehr schnell entscheiden, was zu wählen ist.

Im Bohrungssystem mit H7 als Bezug sind das die gängigsten Kombinationen:

Passung	Art	Charakter	Typische Anwendung
H7/c11	Spiel	sehr lockerer Sitz	Lagerung bei großen Temperaturschwankungen
H7/d9	Spiel	lockerer Laufsitz	langsam laufende Gleitlager
H7/f7	Spiel	normaler Laufsitz	Gleitlager im Maschinenbau, Wellen in Lagerbuchsen
H7/g6	Spiel	enger Laufsitz	präzise Führungen, Stifte mit Bewegung
H7/h6	Spiel (Schiebesitz)	praktisch spielfrei	Führungen ohne nennenswertes Spiel
H7/j6	Übergang	leichter Haftsitz	Riemenscheiben, einfach demontierbare Naben
H7/k6	Übergang	mittlerer Haftsitz	Zahnräder auf Wellen, gut zentriert
H7/m6	Übergang	strammer Haftsitz	feste Naben, schwer demontierbar
H7/n6	Übergang	sehr fester Haftsitz	Übergang zur Pressung
H7/p6	Presse	leichter Pressitz	Lagerinnenring auf Welle
H7/r6	Presse	mittlerer Pressitz	feste Pressverbindungen mit Drehmomentübertragung
H7/s6	Presse	schwerer Pressitz	dauerhafte, hoch belastete Pressverbände

Ein paar Hinweise zur Auswahl:

• H7/g6 ist der Klassiker für alles, was sich gegeneinander bewegen muss, aber wenig Spiel haben darf
• H7/h6 ist die Grenze – mathematisch noch Spielpassung, praktisch spielfrei. Wird oft für Zentrierungen verwendet, die sich von Hand zusammenstecken lassen müssen
• H7/k6 ist der Standard für Sitze, die fest, aber wieder demontierbar sein sollen – Zahnräder, Kupplungshälften
• H7/p6 und höher sind Pressverbände – im Einbau wird die Nabe oft erwärmt oder die Welle gekühlt, um das Fügen zu erleichtern

Eine Welle kann perfekt im Toleranzfeld liegen, ihren H7-Sitz also exakt einhalten – und trotzdem unbrauchbar sein. Wenn die Oberfläche so rau ist, dass die Spitzen schon den halben Toleranzbereich auffressen, funktioniert keine Passung zuverlässig. Toleranz und Oberflächengüte hängen eng zusammen.

Die Oberfläche eines Bauteils ist nie ideal glatt, sondern hat mikroskopische Berge und Täler. Diese werden mit Tastschnittgeräten gemessen und über genormte Kenngrößen beschrieben. Die wichtigsten zwei:

Arithmetischer Mittenrauwert Ra – der Mittelwert der Beträge aller Abweichungen vom Mittelschnitt über die Messstrecke. Robust gegen einzelne Ausreißer, kann aber sehr unterschiedliche Profile mit demselben Wert beschreiben.

Gemittelte Rautiefe Rz – der Mittelwert der größten Profilhöhen aus mehreren Messabschnitten. Reagiert empfindlicher auf einzelne hohe Spitzen oder tiefe Riefen.

Ra und Rz beschreiben unterschiedliche Eigenschaften und lassen sich nicht direkt ineinander umrechnen. Als grobe Faustregel im Maschinenbau gilt Rz ≈ 4 bis 6 · Ra, das hängt aber vom Bearbeitungsverfahren ab.

Wie Oberflächenangaben in der Zeichnung dargestellt werden – das Oberflächensymbol mit seinen Feldern für Kenngröße, Wert, Verfahren und Richtung – ist Thema des Vorwissens zur Bemaßung und wird hier nicht wiederholt. Maßgebliche Norm für Oberflächenangaben ist heute die ÖNORM EN ISO 21920-Reihe, die die ältere ÖNORM EN ISO 1302 abgelöst hat. Auf bestehenden Zeichnungen sieht man beide Symboliken noch parallel.

Bearbeitungsverfahren und erreichbare Werte

Jedes Fertigungsverfahren erzeugt eine charakteristische Rauheit und kann nur in einem bestimmten Toleranzbereich wirtschaftlich arbeiten. Typische Bereiche:

Verfahren	Übliches Ra in μm	Erreichbarer IT-Grad
Sägen, Brennschneiden	12,5 – 50	IT14 und gröber
Schruppdrehen, -fräsen	6,3 – 25	IT12 – IT14
Schlichtdrehen, -fräsen	1,6 – 6,3	IT9 – IT11
Feindrehen	0,4 – 1,6	IT7 – IT8
Schleifen	0,1 – 0,8	IT5 – IT7
Feinschleifen, Honen	0,025 – 0,2	IT3 – IT5
Läppen, Polieren	bis 0,012	IT1 – IT3

Wer eine H7-Bohrung auf einer normalen Drehmaschine nur schlichten möchte, scheitert: H7 verlangt im Nennmaßbereich 18–30 mm rund 21 μm Toleranz, während ein guter Schlichtdurchlauf am Drehmeißel selten unter Ra 1,6 μm bzw. Rz 6–10 μm kommt. Die Rauheitsspitzen fressen damit einen erheblichen Teil des Toleranzfeldes auf. Für H7 braucht es in der Regel Reiben, Schleifen oder Feindrehen.

Auf der Zeichnung steht ⌀30 H7. In der Werkstatt heißt das: Reiben oder Schleifen. Auf der Zeichnung steht ⌀30 mit Allgemeintoleranz ISO 2768-m. In der Werkstatt heißt das: ein einziger Drehgang. Der Unterschied zwischen diesen beiden Einträgen kann die Bauteilkosten verdoppeln.

Drei Größen hängen unmittelbar zusammen: Maßtoleranz, Oberflächenrauheit, Bearbeitungsverfahren. Wer eine Größe verschärft, zieht die anderen mit. Das treibt die Kosten – nicht linear, sondern oft sprunghaft, weil ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt nötig wird.

Eine einfache Heuristik in der Konstruktion: „so genau wie nötig, so grob wie möglich“. Übersetzt:

• Nur dort eine enge ISO-Passung vorgeben, wo die Funktion sie wirklich braucht (Lagersitz, Gleitsitz, Pressitz)
• An allen anderen Stellen mit Allgemeintoleranzen arbeiten
• Die Oberflächengüte nicht „auf Vorrat“ feiner spezifizieren, als die Toleranz es verlangt

Beispiel: Welle-Nabe-Verbindung mit Gleitlager

Eine Welle ⌀30 läuft an einer Stelle in einem Gleitlager (Lagersitz), trägt an einer anderen Stelle ein Zahnrad (Zahnradsitz). An den restlichen Abschnitten ist sie reine „Konstruktionsverbindung“ ohne besondere Anforderungen.

Sinnvolle Spezifikation:

• Lagersitz (Gleitstelle): ⌀30 g6, Oberfläche Ra 0,4 μm. Verfahren: Drehen plus Schleifen. Begründung: enges Spiel und glatte Oberfläche, damit das Lager nicht frisst.
• Zahnradsitz: ⌀30 k6, Oberfläche Ra 0,8 μm. Verfahren: Drehen plus Feindrehen oder Schleifen. Begründung: fester, zentrierter Sitz, demontierbar.
• Übrige Wellenabschnitte: ⌀30 mit Allgemeintoleranz ISO 2768-m, Oberfläche Ra 3,2 μm (Standard nach Drehen). Verfahren: einfaches Drehen. Begründung: keine Funktion, die enge Toleranzen oder feine Oberflächen verlangt.

Würde man die gesamte Welle pauschal auf g6 mit Ra 0,4 μm spezifizieren, käme die doppelte oder dreifache Fertigungszeit heraus – ohne jeden Nutzen für die Funktion.