Bei einem großen Teil der Zeichnungen, die einen CNC-Lohnfertiger erreichen, sind die Toleranzen nicht durch eine Funktionsanalyse, sondern aus Gewohnheit vergeben: Der Konstrukteur hat die Vorgabe ±0,01 aus der CAD-Vorlage belassen oder gedacht „lieber eng, das schadet nicht“. Es schadet: Die Toleranz ist die einzelne Entscheidung mit dem größten Einfluss auf den Stückpreis. Dieser Beitrag vertieft den Toleranzabschnitt unseres DFM-Beitrags und ergänzt unseren Beitrag zu den Allgemeintoleranzen nach ISO 2768.
Der Zusammenhang zwischen Toleranz und Kosten ist nicht linear
Wird die Toleranz halbiert, verdoppeln sich die Kosten nicht – sie steigen meist stärker. Denn jedes Mal, wenn ein Toleranzbereich eine Schwelle überschreitet, ändern sich nicht nur die Bearbeitungszeit, sondern auch die erforderliche Maschinenklasse, die Messmethode, die Umgebungsbedingungen und die Ausschussquote. Grob:
| Toleranz | Was erforderlich ist | Messung | Relative Kosten (±0,1 = 1,0) |
|---|---|---|---|
| ±0,1 mm (ISO 2768-m, 6–30 mm) | Standard-CNC, ein Schnitt, normales Werkzeug | Messschieber | 1,0 |
| ±0,05 mm (ISO 2768-f) | Standard-CNC, sorgfältige Werkzeugkorrektur | Mikrometer / Messschieber | 1,1–1,3 |
| ±0,02 mm | CNC in gutem Zustand, Schlichtschnitt, thermisches Gleichgewicht | Mikrometer, Lehre | 1,3–1,7 |
| ±0,01 mm | Präzisions-CNC, separates Schlichten, Standzeitüberwachung, Zwischenmessung, Temperaturkontrolle | Mikrometer (0,001), Koordinatenmessmaschine, Messuhr | 1,8–2,5 |
| ±0,005 mm | Langdrehautomat oder Präzisionsdrehmaschine, temperierte Umgebung, 100-%-Prüfung | Koordinatenmessmaschine, Luftlehre, Messuhr | 2,5–4 |
| ±0,002 mm und darunter | Schleifen, Honen, Läppen; klimatisierter Messraum | Präzisions-Koordinatenmessmaschine, optische Messung | 4–8+ |
Die Werte sind Näherungen für typische Dreh- und Frästeile aus Stahl/Aluminium; Geometrie, Werkstoff und Stückzahl verändern sie. Die Richtung ist jedoch eindeutig: Der Schritt von ±0,1 auf ±0,01 kann den Preis etwa verdoppeln, der Schritt auf ±0,005 verdreifachen.
Woher kommen die Kosten?
- Bearbeitungszeit: Enge Toleranzen erfordern einen separaten Schlichtschnitt, niedrigen Vorschub und häufige Werkzeugkorrektur.
- Messzeit: Für ±0,1 5 Sekunden mit dem Messschieber; für ±0,01 Minuten mit Mikrometer oder Koordinatenmessmaschine. In der Serie steigt auch die Prüfhäufigkeit.
- Werkzeugstandzeit: Bei engen Toleranzen erreicht der Einfluss des Werkzeugverschleißes auf das Maß schnell die Grenze; das Werkzeug wird früher gewechselt.
- Thermische Effekte: Stahl dehnt sich pro Meter und 1 °C um 11–12 µm aus; bei einem 100-mm-Teil bedeuten 5 °C Temperaturunterschied 6 µm. Bei ±0,005 ist das die halbe Toleranz. Maschinenerwärmung und Raumtemperatur müssen kontrolliert werden.
- Ausschuss und Nacharbeit: Mit enger werdender Toleranz steigt je nach Prozessfähigkeit (Cp) der Anteil der Teile außerhalb der Toleranz; jeder Ausschuss ist Werkstoff- und Zeitverlust.
- Dokumentation: Eng tolerierte Merkmale gehen meist ins Messprotokoll; die Protokollzeit kommt hinzu.
Wie wird die funktionale Toleranz bestimmt?
Die Frage zu jedem Maß lautet: „Was passiert, wenn dieses Maß die Toleranz verlässt?“ Lautet die Antwort „nichts“, reicht die Allgemeintoleranz.
- Funktion definieren: Passung (Welle-Bohrung), Lagersitz, Dichtung, Ausrichtung, Optik, Gewicht? Nur funktionsgebundene Maße erhalten enge Toleranzen.
- Passungssystem nutzen: Bei Welle-Bohrung-Beziehungen vergibt das Passungssystem nach ISO 286 (H7/g6, H7/k6 usw.) die Toleranz nach Funktion; schreiben Sie eine Normpassung statt willkürlicher ±0,01. H7 in der Bohrung und g6 oder h6 an der Welle sind Kombinationen, die der Fertiger kennt und wirtschaftlich herstellt.
- Toleranzkette berechnen: Liegen in der Baugruppe mehrere Teile übereinander, addieren sich ihre Toleranzen (Worst Case) oder werden quadratisch addiert (statistisch). Die Kette zu verkürzen ist günstiger, als einzelne Toleranzen zu verengen.
- Form- und Lagetoleranzen nur bei Bedarf vergeben: Koaxialität, Rechtwinkligkeit und Ebenheit sind von der Maßtoleranz unabhängige Kostenpositionen; sie müssen mit Bezug messbar sein.
- Oberflächenrauheit getrennt betrachten: Werden Ra 0,8 und ±0,01 zusammen gefordert, vervielfachen sich die Kosten; außer an Dichtflächen reichen meist Ra 1,6–3,2.
- Beschichtung und Wärmebehandlung berücksichtigen: Harteloxal und Beschichtungen verändern das Maß; Wärmebehandlung verzieht. Geben Sie an, in welchem Zustand die Toleranz gilt, und planen Sie bei Bedarf nachträgliches Schleifen.
Realistische Toleranzwerte: Was ist Routine, was Sonderfall?
| Merkmal | Routine (ohne Mehrkosten) | Erreichbar (mit Mehrkosten) | Sonderprozess erforderlich |
|---|---|---|---|
| Gedrehter Durchmesser (CNC-Drehmaschine) | ±0,02 | ±0,01 | Unter ±0,005 (Schleifen) |
| Gedrehter Durchmesser (Langdrehautomat, Ø<20) | ±0,01 | ±0,005 | Unter ±0,002 |
| Gefräste Länge/Breite | ±0,05 | ±0,02 | Unter ±0,01 |
| Bohrungsdurchmesser (gebohrt) | ±0,05 / H12 | H9 (gerieben) | H7 und darunter (Reiben/Ausdrehen/Honen) |
| Bohrungslage | ±0,05 | ±0,02 | Unter ±0,01 |
| Gewinde | 6g / 6H | 4h / 5H | Sondersteigung, enge Klassen |
| Ebenheit (100 mm) | 0,05 | 0,02 | Unter 0,005 (Schleifen/Läppen) |
| Koaxialität (in einer Aufspannung) | 0,02 | 0,01 | Unter 0,005 |
| Oberflächenrauheit Ra | 1,6–3,2 | 0,8 | 0,4 und darunter (Schleifen/Polieren) |
Die Werte sind in mm angegeben und typisch für Stahl/Aluminium; bei Tornelle liegen ±0,005 mm auf dem Langdrehautomaten und ±0,01 mm auf der konventionellen Drehmaschine im routinemäßigen Fertigungsbereich. Je nach Werkstoff und Geometrie werden sie in der Angebotsphase geklärt.
Häufige Toleranzfehler
- Dieselbe Toleranz an allen Maßen: Die Vorgabe ±0,01 aus der CAD-Vorlage bleibt an jedem Maß stehen. Lösung: Allgemeintoleranz (ISO 2768-mK) + Einzeltoleranzen nur an Funktionsmaßen.
- Nicht messbare Toleranz: Angaben wie ±0,005 nach Beschichtung oder Koaxialität ohne Bezug.
- Widersprüchliche Toleranz: Die Gesamtsumme in der Kette passt nicht zur Summe der Einzelmaße; der Fertiger weiß nicht, woran er sich halten soll.
- Unnötig einseitige Toleranz: Ø19,975 ±0,025 statt Ø20 +0,00/−0,05 erleichtert dem Fertiger das Anpeilen; beide beschreiben dasselbe Band, die zweite Form ist aber weniger fehleranfällig.
- Oberfläche und Toleranz ignorieren sich: ±0,005 an einer Fläche mit Ra 6,3 zu fordern ist praktisch sinnlos; Rauheit erhöht die Messunsicherheit.
Toleranzgespräch mit dem Lieferanten
Ein guter Lohnfertiger weist in der Angebotsphase auf teure Toleranzen hin und fragt „Ist dieses Maß funktional?“. Eine klare Antwort auf diese Frage senkt sowohl Preis als auch Lieferzeit. Tornelle klassifiziert im Angebotsprozess die Toleranzen nach Kostenwirkung und gibt Empfehlungen; zum Ablauf siehe unsere Seite So arbeiten wir. Die weiteren preisbestimmenden Positionen finden Sie in unserem Beitrag 12 Faktoren.
Häufig gestellte Fragen
Was passiert, wenn ich keine Allgemeintoleranz angebe?
Der Fertiger fragt entweder nach oder wendet seine eigene Annahme an; es entsteht Streitrisiko. Schreiben Sie unbedingt eine Allgemeintoleranznorm (z. B. ISO 2768-mK) in das Schriftfeld der Zeichnung.
Werden ±0,01 mm in jedem CNC-Betrieb gehalten?
Mit geeigneter Maschine, Messung und Prozessdisziplin ja; es erfordert jedoch Mehrkosten und Zeit. Fordern Sie von Ihrem Lieferanten ein Beispiel-Messprotokoll in dieser Toleranz an.
Steigt die Qualität mit engerer Toleranz?
Nein; Qualität ist die zuverlässige Erfüllung der Funktion. Unnötig enge Toleranzen bringen nur Kosten und Ausschuss und tragen nichts zur Funktion bei.
Wie werden Toleranzen auf Zoll-Zeichnungen bewertet?
±0.001" ≈ ±0,025 mm, ±0.0005" ≈ ±0,0127 mm, ±0.0002" ≈ ±0,005 mm. Dieselbe Kostenlogik gilt; achten Sie darauf, dass Rundungen bei der Umrechnung die Toleranz nicht verengen.
Fazit
Die Toleranz ist das stärkste Kostenwerkzeug in der Hand des Konstrukteurs: Funktionsmaße nur so eng wie nötig und den Rest mit Allgemeintoleranz zu versehen, kann den Teilepreis um 20–50 % senken, ohne die Funktion zu verändern. Um zu sehen, welche Toleranzen auf Ihren Zeichnungen teuer sind, senden Sie Ihre STEP- und PDF-Dateien über unser Angebotsformular; die Toleranzempfehlungen kommen zusammen mit dem Angebot.
