IWG I - Skript - 01 Grundlagen des Technischen Zeichnens PDF

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Skript, Prüfungsvorbereitung, WS/SS 20/21, Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen...

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IWG I – Kap. 01 – Grundlagen des Technischen Zeichnens

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1. Technischen Zeichnens 1.1 Grundlagen des Technischen Zeichnens 1.1.1

Normung und Begriffe

Technische Zeichnungen werden in der Ingenieurtechnik zur Darstellung von Bauteilen und Baugruppen bis hin zu Apparaten und der Anlagen erstellt. Die Technische Zeichnung umfasst die erforderlichen grafischen und schriftlichen Informationen zur Herstellung oder zur Montage der Bauteile und Baugruppen und dient als Teil der Technischen Dokumentation. Die Technische Zeichnung muss - vollständig, - eindeutig und - gut verständlich sein. Das setzt voraus, dass der Ersteller die Zeichnung nach verbindlichen Regeln – den Zeichnungsnormen – anfertigt, die auch über Ländergrenzen hinweg klar und eindeutig sind. Im Folgenden wird dazu immer wieder auf relevante Normen für Technisches Zeichnen eingegangen. Die verwendeten Normen sind grundsätzlich zu unterscheiden in nationale Normen wie: - DIN Deutsches Institut für Normung e.V., herausgegeben vom Beuth-Verlag, Berlin - RAL Reichsanordnung Lacke für Farbauswahl (Reichs-Ausschuß Lieferbedingungen) - ASME American Society of Mechanical Engineers für amerikanische Normen - GBJ Guo Biao, d.h. Nationale Norm für Konstruktion & Entwicklung in China und harmonisierte internationale Normen: - EN / CEN Europäische Norm / Central European Norm - ISO International gültige Norm (ISO = International Organisation for Standardization) - DIN ISO International gültige ISO-Norm in deutscher Fassung - DIN EN Europäische Norm mit dem Status einer deutschen Norm Die Begriffe für Technische Zeichnungen gibt die DIN-Norm DIN 199 an. Teil 1 dieser Norm definiert die allgemeinen Begriffe, Teil 4 betrachtet Änderungen und Teil 2, 3 & 5 die Begriffe und Organisation von Stücklisten Technischer Zeichnungen. In DIN 199, Teil 1, sind folgende relevanten Begriffe definiert: 1. nach Darstellung - Skizze vorwiegend freihändige Zeichnung, meist nicht maßstäblich - Zeichnung aus Linien & Text bestehende maßstäbliche & bildliche Darstellung - Plan Funktionszusammenhänge, z. B. Fließschema oder Schaltpläne - Graphische Darstellung bildliche Darstellung, z. B. Anlage 2. nach Anfertigung - Original - Revision - Bleistiftzeichnung - CAD-Zeichnung 3. nach Inhalt - Einzelteilzeichnung - Gruppenzeichnung - Gesamtzeichnung

erstmalig angefertigte Zeichnung revidiertes Original mit eindeutigem Änderungsindex von Hand angefertigte Zeichnung oder Skizze mit Computer angefertigte Zeichnung (CAD = Computer Aided Design) stellt ein Einzelteil mit vollständiger Bemaßung, Werkstoffangabe und Oberflächenangabe dar stellt eine Gruppe eines Erzeugnisses in zusammengebautem Zustand dar zeigt Anlage oder Maschine in zusammengebauten Zustand

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Ergänzend dazu gibt es noch weitere inhaltlich zu unterscheidenden Zeichnungstypen wie Rohteilzeichnung oder Schweißgruppenzeichnung. 4. nach Zweck - Entwurfszeichnung - Fertigungszeichnung - Zusammenbauzeichnung

ist der Entwurf einer Anlage oder Komponente beinhaltet alle zur Fertigung benötigten Angaben Darstellung aller Einzelteile

Ergänzend dazu gibt es noch eine Reihe Sonderfälle, z. B. Fundamentzeichnung für Maschinen, Gestellzeichnung für Apparate und Anlagen, Schaltschrankzeichnung, Angebotsund Bestellzeichnung, Genehmigungszeichnung oder Patentzeichnung.

1.1.2

Linien und Schrift

Die Erstellung technischer Zeichnungen erfolgt elektronisch mit CAD-Systemen. Handzeichnungen werden oft zur Erstellung von Skizzen durchgeführt, in der Regel mit Bleistift. Dazu werden Bleistifte mit spezifischen Mineneigenschaften verwendet, z.B. HB 05: -H Härte -B Black (schwarz) - 05 Linienbreite, weitere Linienbreiten sind 0,3 mm, 0,5 mm, 0,7 mm & 0,9 mm. Üblich sind Bleistifte mit 0,5 mm und 0,7 mm Linienbreite, die je nach gewünschter Linienart verwendet werden. Für eine maßstäbliche Handzeichnungen werden meist auch Geodreieck, Lineal und Zirkel verwendet. Aufbauend auf der ursprünglichen Stiftauswahl wurden in ISO 128-20 und ISO 128-24 für Technische Zeichnungen, insbesondere CAD-basierte Zeichnungen, nach Tabelle 1.1 folgende Zuordnungen empfohlen: -

Anwendungen, z.B. - sichtbare Körperkanten oder - Mittellinien

-

Linienarten, z.B. - breite Volllinie für sichtbare Körperkanten oder - strichpunktierte Linie für Mittellinien

-

Linienbreiten für die jeweiligen Anwendungen nach Blattgröße der Zeichnung, z.B. wird meist für - Blattgröße DIN A0 – DIN A2 die vorletzte Spalte verwendet, also - 1,0 mm breite Volllinie für sichtbare Körperkante und - 0,5 mm breite strichpunktierte Linie für Mittellinien sowie - Blattgröße DIN A3 – DIN A5 die drittletzte Spalte verwendet, also - 0,7 mm breite Volllinie für sichtbare Körperkante und - 0,35 mm breite strichpunktierte Linie für Mittellinien

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Tabelle 1.1: Empfohlene Zuordnung Anwendung, Art und Breite von Linien nach ISO 128 Die Schrift in Zeichnungen soll nach der harmonisierten Norm DIN EN ISO 3098 erfolgen. Grundsätzlich können vertikale oder kursive (um 15° geneigte) Schriftbilder verwendet werden. Es wird empfohlen für Handskizzen die kursive und für Schablone und CAD die vertikale Schreibweise zu benutzen. Die Form von Buchstaben, Zahlen und Zeichen ist ebenso genormt wie Schrifthöhe und breite von Klein- und Großbuchstaben und deren Abstand voneinander.

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Es sind drei genormte Größen von Groß- und Kleinbuchstaben und Strichstärken, siehe Abbildung 1.1, mit folgenden Werten gebräuchlich: x

Strichstärke 0,25 mm (ISO 0,25): - Schriftgröße h - Höhe der Kleinbuchstaben (7/10 h)

2,5 mm 1,75 mm

x

Strichstärke 0,5 mm (ISO 0,5): - Schriftgröße h - Höhe der Kleinbuchstaben (7/10 h)

5 mm 3,5 mm

x

Strichstärke 0,7 mm (ISO 0,7): - Schriftgröße h - Höhe der Kleinbuchstaben (7/10 h)

7 mm 4,9 mm

Abbildung 1.1: Vertikale und kursive Normschrift nach DIN EN ISO 3098 Weitere Schriftgrößen sind möglich, die Höhen entsprechen jeweils der 10-fachen Linienstärke. Innerhalb einer Zeichnung werden immer nur 3 aufeinanderfolgende Schriftgrößen verwendet. Die kleinste genormte Schrift ist 1,3 mm hoch (0,13 mm Strichstärke). Griechische Buchstaben sind in DIN EN ISO 3098-3 angegeben.

1.1.3 Formate für Zeichnung, Schriftfeld, Stückliste und Faltung Technische Zeichnungen werden in die DIN-Blattgrößen A, B und C eingeteilt. Die A-Reihe definiert die Größe der Blätter, die B- und C-Reihe für Umschläge und Behältnisse in die Blätter der A-Reihe passen. Es gelten nach DIN EN ISO 5457 folgende Vereinbarungen für die A-Reihe x Die DIN-Formate sind dem metrischen Maßsystem angeschlossen. Das Ausgangsformat A0 für die DIN-Blattgrößen ist ein Rechteck mit dem Flächeninhalt von 1 m2 x Je zwei benachbarte DIN-Formate gehen durch Halbieren oder Verdoppeln jeweils einer Seitenlänge auseinander hervor (Flächenverhältnis 1:2) x Alle DIN-Formate sind einander ähnlich. Für ihre Seiten gilt das Verhältnis x:y = 1:√2. Durch Umformen der Gleichung nach y erhält man: y = x √ 2. Mit der Fläche von 1 m2 ergeben sich daraus sich daraus für die Zeichnungsgröße A0 die folgenden Seitenlängen: x0 = 0,841 m & y0 = 1,189 m. Diese Vorgaben für Blattformate sind in Abbildung 1.2 und 1.3 grafisch dargestellt:

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Abbildung 1.2: Aufbau der DIN - Blattgrößen

Abbildung 1.3: Abmessungen der DIN - Blattgrößen

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Technische Zeichnungen werden in der Regel mit einem Schriftfeld versehen. Das Schriftfeld ist nach DIN EN ISO 7200 definiert und enthält alle zentralen Informationen zur Identifikation - der Zeichnung selbst, - des dargestellten Bauteils und - des Eigentümers der vorliegenden Zeichnung Darüber hinaus enthält die Zeichnung auch Angaben zu - Titel / Beschreibung der Zeichnung, - Ersteller, Prüfer und Freigeber der Zeichnung - häufig weiteren Informationen wie Maßstab, Werkstoff, Toleranzmaße, Oberflächenangaben und Gewicht Zeichenblattgrößen können in Hoch- oder Querlage verwendet werden, der Schriftfeldabstand vom Rand beträgt dabei immer 5 mm. Der Aufbau der Technischen Zeichnung mit Schriftfeld ist in Abbildung 1.4 beschrieben, ein exemplarisches Schriftfeld selbst ist in der nachfolgenden Abbildung 1.5 näher erläutert.

Abbildung 1.4: Darstellung des Rahmens mit Positionierung Schriftfeld

Abbildung 1.5: Darstellung des Schriftfelds

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Neben dem Schriftfeld für die Zeichnung selbst gehört zur Gruppen- und Gesamtzeichnung stets eine Stückliste. Sie ist das Verzeichnis der Einzelteile, der Normteile einer Baugruppe oder auch einer Unterbaugruppe. Ein Beispiel für eine Stückliste ist in Abbildung 1.6 dargestellt. Da sich in der Praxis gezeigt hat, dass in Unternehmen die Stücklisten ganz unterschiedlich aufgebaut und genutzt wurden, wurde die DIN 6771-2 zum Aufbau von Stücklisten zurückgezogen.

Abbildung 1.6: Beispiel eines Stücklistenvordrucks Zeichnungen werden üblicherweise auf DIN A4 Format zusammengefaltet, damit die Aufbewahrung in entsprechenden Ordnern möglich ist. Abbildung 1.7 zeigt die Faltungsmodi nach DIN 824.

Abbildung 1.7: Faltungsvorschriften nach DIN 824

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1.1.4 Maßstäbe Die Zeichnung gibt die genaue Form des Bauteils an. Je nach Größe des darzustellenden Bauteils kann es erforderlich sein, die Zeichnung in natürlicher Größe, in vergrößertem oder verkleinertem Maßstab aufzubauen. Die zu verwendenden Maßstäbe sind in DIN ISO 5455 festgelegt: -

Die „natürliche Größe“ eines Gegenstands entspricht dem Maßstab M 1:1. Für Verkleinerungen wählt man die Maßstäbe M 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50, 1:100, usw.. Für Vergrößerungen gelten die Maßstäbe M 2:1, 5:1, 10:1, 20:1 und 50:1

Im Schriftfeld der Zeichnung gibt man den Hauptmaßstab in großer und alle übrigen Maßstäbe in kleiner Schrift an. Die vom Hauptmaßstab abweichenden Maßstäbe werden außerdem an die zugehörige Darstellung geschrieben.

1.2 Darstellen und Bemaßen Im Kapitel 1.2 wird die genormte Vorgehensweise zum Darstellen und Bemaßen von Bauteilen in technischen Zeichnungen beschrieben. Darauf basierend wird auf die zur vollständigen Charakterisierung der Bauteile erforderlichen weiteren Aspekte wie Toleranzen und Oberflächenrauheit in technischen Zeichnungen eingegangen. 1.2.1 Ansichten Bauteile sind dreidimensionale Gebilde, die häufig in einer räumlichen Anordnung gezeigt werden. Diese Anordnung liefert zwar ein wesentlich besseres Verständnis der Form des Bauteils, jedoch sind die Möglichkeiten der Maßangaben sehr eingeschränkt. Außerdem sind die Abmessungen verzerrt dargestellt, wie das folgende Beispiel (Abb. 1.8) eines einfachen Würfels in der Kabinettprojektion zeigt. Der sogenannte Verkürzungsgrad k ordnet dabei die Länge der dritten Dimension (x-Achse) den wählbaren Winkeln zu. Neben der Kabinettprojektion gibt es noch weitere dreidimensionale Darstellungsformen, die grundsätzlich die gleichen Vor- und Nachteile haben. Relevant sind für die Darstellung von Rohrleitungsverläufen die sogenannte isometrische Darstellung und für zu montierende Baugruppen sogenannte Explosionszeichnungen.

Abbildung 1.8: Kabinettprojektion eines Würfel x:y:z = 0,5:1:1 Um die zweidimensionalen Ansichten eines Bauteils zu erhalten, bedient man sich der „senkrechten Parallelprojektion“. Mit Hilfe der Senkrechten Parallelprojektion erhält man die drei Ansichten eines Bauteils, die in der Abb. 1.9 am Beispiel eines Bauteils zu sehen sind. Man spricht bei dieser Darstellung auch von der „Dreitafelprojektion“. Bei der Anordnung der Ansichten nach DIN ISO 5456-2 und ISO 128-30 (ISO-Methode E) wird die Draufsicht senkrecht unter die Vorderansicht und die Seitenansicht von links waagerecht rechts neben die Vorderansicht gezeichnet. Es ist darauf zu achten, dass die Abstände zwischen den Ansichten genügend groß gewählt werden, um die Maße einzutragen.

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Abbildung 1.9: Dreitafelprojektion eines Bauteils mit Vorderansicht (VA), Seitenansicht links (SAL) und Draufsicht (DS) Das in Abbildung 1.9 links dargestellte Bauteil wird als technische Zeichnung in der Dreitafelprojektion mit drei Ansichten wie in der rechten Abbildungshälfte dargestellt. Die vordere Ansicht (VA) mit der Aussparung unten wird üblicherweise zuerst gezeichnet, die Darstellung entspricht einer geradlinigen Parallelprojektion wie im linken räumlichen Bauteil dargestellt. Diese Vorderansicht, abgekürzt VA, ist entsprechend maßstäblich in der Dreitafelprojektion dargestellt. Als nächstes werden Draufsicht (DS) und Seitenansicht links (SAL) dargestellt, siehe analog projizierte Flächen in der räumlichen Darstellung in der linken Bildhälfte. In der Dreitafelprojektion befindet sich die Seitenansicht (SAL) rechts neben der Vorderansicht und die Draufsicht (DS) unterhalb der Vorderansicht. Wird diese sogenannte Projektionsmethode 1 (früher auch ISO-Methode E) der Dreitafelprojektion angewendet, so wird dies durch das in Abbildung 1.10 dargestellte Symbol in oder in der Nähe des Schriftfelds kenntlich gemacht. Dies ist zur eindeutigen Darstellung von Zeichnungen wichtig, beispielsweise unterscheiden sich hier angloamerikanische Projektionsmethoden (Seitenansicht rechts) von der in Europa üblichen ISO-Methode E.

Abbildung 1.10: Symbol für ISO-Methode E zur Darstellung in der Dreitafelprojektion

1.2.2 Detailausschnitte und Schnittdarstellungen Die Dreitafelprojektion ermöglicht viele Bauteil ganz oder zu wesentlichen Teilen eindeutig und gut verständlich technisch darzustellen. Zur kompletten zeichnerischen Darstellung von Bauteilen sind häufig ergänzende Schnittdarstellungen und Detailausschnitte erforderlich: Detailausschnitte: Können Bereiche eines Bauteils nicht deutlich genug dargestellt oder bemaßt werden, so werden diese als Einzelheit gekennzeichnet und neben der Gesamtdarstellung – meist vergrößert – noch einmal wiedergegeben. Die herauszuzeichnende Stelle ist mit einem Kreis oder auch einer Ellipse in der Linienbreite „schmale Volllinie“ sowie mit einem großen Buchstaben zu kennzeichnen, siehe Abbildung 1.11. Es sollen vorrangig die letzten Buchstaben des Alphabets verwendet werden, um Kollisionen mit Schnittverlaufsbezeichnungen zu vermeiden. Die neben der Ursprungszeichnung dargestellte Vergrößerung ist ebenfalls durch den gewählten großen Buchstaben zu kennzeichnen und der Vergrößerungsmaßstab dazu anzugeben.

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Abbildung 1.11: Detailansicht – Darstellung mit Hilfe einer herausgezogenen Einzelheit

Schnittdarstellungen: Um beispielsweise Hohlkörper oder Bauteile mit Bohrungen darstellen zu können, die in der Dreitafelansicht nicht zu erkennen sind, verwendet man die Schnittdarstellung nach ISO 128. Bei der Schnittdarstellung denkt man sich einfach ein Teil eines Werkstücks weggeschnitten und zeichnet den übrig gebliebenen Teil. Dabei werden die durch den Schnitt sichtbar gewordenen inneren Körperkanten als breite Volllinie gezeichnet. Dort, wo der Schnitt durch den gedachten Werkstoff führt, sind die Flächen zu schraffieren, Hohlräume dagegen nicht. Die Schraffurlinien werden durch parallellaufende schmale Volllinien unter 45° zur Achse bzw. Grundkante in gleichmäßigem Abstand gezeichnet. Der Abstand der Schraffurlinien hängt von der Größe des Bauteils ab und sollte nicht zu eng gewählt werden. Verdeckte Kanten werden in Schnittdarstellungen möglichst nicht gezeichnet. Bei Maßangaben und Beschriftungen sind die Schraffurlinien zu unterbrechen.

a.)

b.)

Abbildung 1.12:

c.)

Schnittdarstellungen – Darstellung in Schnittarten: a.) Vollschnitt, b.) Halbschnitt und c.) Ausbruch

Die Schnitte werden im Wesentlichen in drei Schnittarten unterschieden, siehe Abbildung 1.12: -

-

Vollschnitt: Beim Vollschnitt denkt man sich die vordere Bauteilhälfte abgeschnitten und es wird nur die hintere Hälfte gezeichnet. Vollschnitte werden zumeist in Richtung der Längsachse oder senkrecht zu ihr gelegt. Halbschnitt (Teilschnitt): Dies ist einen Schnitt, in dem ein Viertel des Körpers gedanklich herausgeschnitten wird. Man verwendet Halbschnitte als vereinfachte Darstellung von

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-

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spiegelbildgleichen Hohlkörpern, um durch die Schnitthälfte die innere Form und durch die Ansichtshälfte die äußere Form zu zeigen. Optional können auch vom Halbschnitt abweichende Teilschnitte durchgeführt werden. Ausbruch: Der Ausbruch dient zur Verdeutlichung eines Bauteils. Hier wird der ausgeschnittene Teil durch eine schmale Freihandlinie gekennzeichnet, die nicht mit einer Kante zusammenfallen darf.

Beim Vollschnitt, Halbschnitt und Ausbruch ist der Schnittverlauf eindeutig erkennbar und wird daher nicht besonders gekennzeichnet. Ist der Schnittverlauf nicht klar zu erkennen, so wird der Schnittverlauf wie in Abbildung 1.13 durch breite kurze strichpunktierte Linien gleich der Breite der Volllinien angedeutet. Diese ragen in das Zeichnungsbild hinein, die Pfeile geben die Blickrichtung auf den Schnitt an. Bei mehreren Schnitten oder unübersichtlichem Schnittverlauf sind die Schnittverlaufslinien mit Großbuchstaben in alphabetischer Reihenfolge zu versehen.

Abbildung 1.13:

Darstellung von Schnittebenen, Welle mit Nuten

Treffen Schnittflächen mehrerer Bauteile zusammen, sind die Schraffurlinien der verschiedenen Schnittflächen entgegengesetzt (45° oder 135°) und der Abstand außerdem entsprechend enger zu zeichnen, siehe Abbildung 1.14. Bei sehr vielen aufeinandertreffenden Bauteilen in Schnittdarstellung werden ergänzend alternative Schnittmuster nach ISO 128 verwendet, bei sehr dünnen Bauteilen werden die Schnittflächen voll ausgeschwärzt.

Abbildung 1.14:

Zusammentreffen mehrerer Schnittflächen

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1.2.3 Bemaßung Die Arten und Regeln der Maßeintragung sind in der ISO 129 und DIN 406, Teil 1 bis 3, spezifiziert. Eine Maßangabe setzt sich stets aus Maßzahl, Maßlinie, Maßlinienbegrenzung und in aller Regel Maßhilfslinien zusammen, siehe Abbildung 1.15 oben links. Maßlinien sind als schlanke Volllinie zu zeichnen. Sie stehen im Allgemeinen rechtwinklig zu den Bauteilkanten bzw. zu den Maßhilfslinien. Die erste Maßlinie soll einen Mindestabstand von 8 mm zur Körperkante haben, während Maßlinien mindestens 5 mm voneinander entfernt sein sollen. Maßhilfslinien werden ebenfalls als schlanke Volllinien gezeichnet und ragen etwa 2 mm über die Maßlinie hinaus. Sie dürfen nicht von einer Ansicht in die nächste durchgezogen werden. Maßpfeile stellen die Begrenzung der Maßlinien dar; sie werden als spitze Vollpfeile gezeichnet. Die Bemaßung kann auch in einer Ansicht eingetragen werden. Maßzahlen sind als reine Zahl Längenangaben. Andere Maßangaben sowie wesentliche ergänzende Charakterisierungen sind im Text von Tabelle 1.15 angegeben.

Abbildung 1.15: Bemaßung von Bauteilen M8 Gewinde vom Typ M8 Ø22 Durchmesser 22 mm (bevorzugt bei Vollkreisen) R4 Radius 4 mm (bevorzugt bei Teilkreisen) 15° Winkelangabe (9) Überstimmtes Maß, d.h. die Länge ergibt sich bereits aus den anderen Abmessungen. Das Klammermaß gibt an, dass dieses Maß nur eine ergänzende Information ist. Primär gelten die anderen Maße. Gefälle mit Steigung 1:10...