Kosten senken und Risiken minimieren durch normkonforme Konstruktionszeichnungen

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1 Kosten senken und Risiken minimieren durch normkonforme Konstruktionszeichnungen Normkonforme Konstruktionszeichnungen, insbesondere eine funktionsgerechte Tolerierung von Maß, Form, Lage und Oberfläche - verringern die Fertigungs- und Prüfkosten, - erhöhen die Produktwertigkeit, - vermindern Haftungsrisiken gegenüber Kunden und Zulieferbetrieben, - reduzieren den internen sowie den externen Abstimmungsbedarf, - sichern langfristig die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens. Die Konstruktionszeichnung ist in der industriellen Fertigung ein zentrales Dokument zur eindeutigen und vollständigen Produktbeschreibung und das wichtigste Kommunikationsmittel zwischen Konstruktion, Entwicklung, Fertigung, Einkauf, Vertrieb und Kunde - weltweit. Sie beinhaltet die wichtigsten Informationen über ein (technisches) Produkt, ohne deren Hilfe eine funktionsgerechte und wirtschaftliche Fertigung nicht möglich wäre. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um eine konventionelle 2D-Konstruktionszeichnung in Papierform oder um einen digitalen Datensatz handelt. Steigende Qualitätsanforderungen in Verbindung mit zunehmender Arbeitsteilung sowie die Notwendigkeit der Senkung der Produktkosten, verlangen, dass technische Produktspezifi- Die Konstruktionszeichnung ist in der industriellen Fertigung ein zentrales Dokument und stellt bei externer Fertigung einen rechtsverbindlichen Vertrag dar - nahezu die gesamte normative Basis und die Interpretation der Symbolik haben sich zwischenzeitlich jedoch geändert. kationen, wie z. B. Konstruktionszeichnungen, alle relevanten Angaben enthalten, um eine kostengünstige Produktion und sichere Funktion der hieraus gefertigten Produkte zu gewährleisten. Dies ist jedoch nur möglich, wenn es gelingt, das Produkt auf Basis der heute verfügbaren internationalen Standards eindeutig und vollständig zu beschreiben. Die Praxis zeigt jedoch, dass die überwiegende Mehrzahl der Konstruktionszeichnungen diesen hohen Anforderungen bei Weitem nicht genügen. Nicht selten wird mit Grundsätzen, Symbolen und Angaben gearbeitet, die bereits seit Jahrzehnten nicht mehr dem Stand der Technik und damit der Normung entsprechen. Als bekanntes, typisches Beispiel dienen die bisweilen noch heute auf Konstruktionszeichnungen vorhandenen Oberflächenangaben nach DIN 140 (z. B. ), deren erstes Ausgabedatum auf das Jahr 1921(!) zurückgeht. Seite 1

2 Alleine im Hinblick auf eine funktions-, fertigungs- und prüfgerechte Tolerierung von Maß, Form, Lage und Oberfläche sind, wie u. a. die langjährige Erfahrung des Autors zeigt, weit mehr als die Hälfte aller Konstruktionszeichnungen unvollständig, mehrdeutig, sinnwidrig oder sogar falsch. Die den Konstruktionszeichnungen derzeit zugrunde liegende Tolerierung lässt es darüber hinaus zu, dass funktionsunfähige Produkte erzeugt werden können. Dies kann sich dann vor allem bei einem Lieferantenwechsel bemerkbar machen. Zur international eindeutigen Interpretation zwingend erforderliche Konzepte, Prinzipien und Regeln, wie zum Beispiel die neue, fundamentale GPS-Norm ISO 8015:2011 oder die konsequente Anwendung geometrischer Toleranzen (Form- und Lagetoleranzen) anstelle einer mehrdeutigen - Tolerierung bei linearen Abständen oder radialen Maßen, fehlen bisweilen gänzlich. Die hinlänglich bekannten Folgen sind unter anderem: überhöhte Fertigungs- und Prüfkosten durch unnötig enge Toleranzen, schwer oder nicht montierbare oder funktionsunfähige Produkte, aufgrund einer unbrauchbaren oder sinnwidrigen geometrischen Tolerierung bzw. keine Anwendung geometrischer Toleranzen, dort wo konstruktiv zwingend erforderlich, unnötige Kommunikation und Abstimmungsbedarf zwischen Konstruktion bzw. Entwicklung, Fertigung, Qualitätssicherung, Zulieferer und Kunde und somit weitere, vermeidbare Kosten. Weitgehend unbekannt ist jedoch auch die Tatsache, dass die Konstruktionszeichnung bei externer Fertigung nicht nur ein Kommunikationsmittel, sondern einen rechtsverbindlichen Vertrag darstellt. Unvollständige oder mehrdeutige Angaben (z. B. -Tolerierung bei linearen Abständen wie Bohrungsabstände) oder die Unkenntnis relevanter Default-Regeln (dies sind Vereinbarungen, die durch alleinige Verwendung der genormten Symbolik oder Nennung der entsprechenden Normen verbindlich sind) gehen dabei in der Regel zu Lasten des Auftraggebers, also des Zeichnungserstellers. Wie die praktische Erfahrung des Autors weiterhin zeigt, gewinnt eine strikt auf internationalen Normen basierende Zeichnungserstellung in den letzten Jahren eine zunehmende Bedeutung für die Unternehmen, da einerseits die Teilefertigung, als notwendige Konsequenz der Globalisierung, in zunehmenden Maße zu externen Zulieferbetrieben hin verlagert wird und sich andererseits die normativen und damit die vertraglichen Grundlagen an entscheidenden Stellen, als Folge der nahezu ausnahmslosen Umstellung auf internationale Normen, mitunter gravierend geändert haben. Somit führen unvollständige, mehrdeutige und nicht normkonforme Konstruktionszeichnungen, insbesondere aber eine mangelhafte Tolerierung, nicht nur zu vermeidbaren Fertigungs- und Prüfkosten (Toleranzen sind bekanntlich die heimlichen Kostentreiber), sondern in zunehmendem Maße auch zu einem unkalkulierbaren Haftungsrisiko. Zur Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens sowie der Prävention von Rechtstreitigkeiten ist daher eine normkonforme technische Produktspezifikation auf Basis der aktuellen internationalen Normen zwingend erforderlich und künftig unumgänglich. Vielfach unbekannt: Konstruktionszeichnungen stellen bei externer Fertigung einen rechtsverbindlichen Vertrag dar. Die derzeit den Konstruktionszeichnungen zugrunde liegende Tolerierung lässt es zu, dass funktionsunfähige Produkte erzeugt werden können. Nur durch die konsequente Anwendung der neuen internationalen Normen bzw. der dort beinhalteten Werkzeuge ist eine vollständige und eindeutige Produktbeschreibung möglich. Diese Standards sind in der konstruktiven Praxis jedoch noch weitgehend unbekannt und nicht eingeführt. Die unausweichlichen Folgen sind: Fehlinterpretation im Sinne der Konstruktionsabsicht, unwirtschaftliche Fertigung, teure Prüfung und damit Wettbewerbsnachteile, fehlerhaft produzierte und teilweise funktionsunfähige Produkte, unnötiger und kostenintensiver Kommunikations- und Abstimmungsbedarf, Rechtstreitigkeiten und risikoreiche Produkthaftung. Seite 2

3 Die Anzahl internationaler Standards im Zeichnungs- bzw. Konstruktionswesen nimmt im Zuge des technischen Fortschritts notwendigerweise stetig zu. Insbesondere mit Beginn der Entwicklung der Normenkette zur geometrischen Produktspezifikation (GPS-Normen) in den 1990er-Jahren entstanden und entstehen noch immer neue internationale Normen, um die bislang noch existenten normativen Lücken sukzessive zu schließen und zwingen den Anwender, sich mit diesem (nicht trivialen) Themenkomplex intensiv auseinanderzusetzen. Nur dadurch wird es künftig möglich sein, eine normkonforme und sowohl innerbetrieblich als auch international eindeutig interpretierbare Konstruktionszeichnung, besonders im Hinblick auf eine fertigungs-, funktions- und prüfgerechte Tolerierung von Maß, Form, Lage und Oberfläche, zu erstellen. Anhand eines sehr einfachen, jedoch typischen Beispiels aus dem Gebiet der Maße und Maßtoleranzen soll exemplarisch eine gravierende, aber zwingend erforderliche Änderung der Zeichnungsinterpretation in Zusammenhang mit den neuen bzw. weiterentwickelten ISO-GPS-Normen (ISO 8015:2011, ISO :2011 und ISO 286:2010) veranschaulicht werden: Viele Konstruktionszeichnungen, insbesondere im Maschinenbau, enthalten Passmaße (z. B. 25 h7) um die notwendigen Funktionseigenschaften, wie z. B. die Montierbarkeit oder das konstruktiv erforderliche Mindest- und Höchstspiel sicherzustellen. Damit jedoch diese Funktionsanforderungen erfüllt werden können, muss gewährleistet sein, dass die entsprechend gekennzeichneten und gefertigten Werkstücke auch zweckentsprechend, also funktionsgerecht, geprüft werden (Prüfung der Hülle mit einer Prüflehre oder sinngemäß mit einer Messmaschine). In Deutschland war dies bislang über die zwischenzeitlich zurückgezogene DIN 7167:1987 ( Hüllprinzip ) geregelt, selbst dann wenn DIN 7167 nicht explizit auf der Zeichnung stand ( Default-Regel ), siehe nachfolgende Abb. a) und b). International war dieser Sachverhalt identisch mit den Inhalten von ISO 286:1988 (falls nicht das Unabhängigkeitsprinzip nach ISO 8015:1985 vereinbart wurde, siehe nachfolgende Abb. c). Beispiel für die Interpretation von Längenmaßen und deren Toleranzen entsprechend der früheren Praxis, aktuelle Vereinbarungen und die gravierenden Auswirkungen auf die Funktion Seite 3

4 Mit Einführung von ISO 8015:2011 wurde in diesem Zusammenhang eine gravierende Änderung vollzogen. Falls keine anderweitigen Vereinbarungen zwischen den Vertragspartnern getroffen werden (z. B. der Hinweis Maß ISO E, siehe Abb. d), gilt generell das Unabhängigkeitsprinzip und in diesem Zusammenhang gemäß der neuen ISO :2011 als Default-Regel für die Interpretation von Längenmaßen und deren Toleranzen das Zweipunktmaß (örtlicher Abstand zweier gegenüberliegender Punkte muss innerhalb der spezifizierten Toleranzgrenzen liegen). Demnach ist künftig für alle Maßeintragungen, ob nun beispielsweise Allgemeintoleranzen festgelegt sind (z. B. Maß 25 mit Hinweis auf ISO 2768) oder Grenzabmaße (z. B. 25 0,2) bzw. ISO-Toleranzklassen (z. B. 25 h7) den Nennmaßen hinzugefügt werden, das Zweipunktmaß (ISO ) verbindlich vereinbart (ISO- Standardspezifikationsoperator für Maße). Um also künftig, insbesondere in Zusammenhang mit Passungen, die aus funktionellen Gründen erforderliche Hüllbedingung zu vereinbaren (entspricht sinngemäß einem Konformitätsnachweis mit der Prüflehre für das Maximum-Material-Maß), muss dem Nennmaß und seiner Toleranz das Modifikationssymbol E (E = envelope oder Hülle ) zwingend hinzugefügt werden (z. B. 20 0,2 E oder 20 h7 E ), siehe auch obige Abb. c). Fehlt diese Angabe, dann gilt das Zweipunktmaß als vereinbart und das Bauteil kann dann unerwünscht hohe, allenfalls durch die Allgemeintoleranz begrenzte Formabweichungen aufweisen. Die konstruktiv erforderliche Funktion ist damit zwangsläufig nicht mehr sichergestellt! Aufgrund des mit ISO 8015:2011 weiterhin vereinbarten Endgültigkeitsprinzips der Zeichnung (Definitive Drawing Principle), können Anforderungen welche nicht auf der Zeichnung angegeben sind, nicht erzwungen werden. Wird also das Modifikationssymbol E seitens der Konstruktion nicht eingetragen, dann müssen die gefertigten, jedoch funktionsunfähigen Produkte angenommen werden. Der Fehler dürfte zu Lasten des Auftraggebers gehen. Entgegen der früheren Praxis (DIN 8015:1985 bzw. ISO 286:1988), wonach das Unabhängigkeitsprinzip nur dann Gültigkeit hatte, falls dies auch explizit vereinbart war (z. B. der Hinweis Tolerierung ISO 8015 in oder in der Nähe des Zeichnungsschriftfeldes, siehe obige Abb. c), gilt es nunmehr, entgegen der bisherigen Festlegungen, nunmehr immer dann, falls keine anderweitigen Vereinbarungen zwischen den Vertragspartnern getroffen werden (z. B. der Hinweis Maß ISO E, siehe obige Abb. d). Der Hinweis auf ISO 8015 und somit u. a. das Unabhängigkeitsprinzip durch die Angabe Tolerierung ISO 8015 ist ebenfalls nicht mehr zwingend erforderlich, da auf Basis des Anwendungsprinzips (Invocation Principle) in der neuen fundamentalen GPS-Norm ISO 8015:2011 das gesamte ISO-GPS-System (und damit auch das Unabhängigkeitsprinzip, das Zweipunktmaß, usw.) als vereinbart gelten, selbst wenn nur Teile des GPS-Systems in der technischen Produktdokumentation (z. B. Konstruktionszeichnung) verwendet werden (z. B. Festlegung von Form- und Lagetoleranzen entsprechend der GPS-Norm ISO 1101:2012). Um jedoch auch künftig die erwünschten funktionellen Anforderungen sicherzustellen, müssen Konstruktionszeichnungen zwingend entsprechende zusätzliche Festlegungen erhalten (z. B. ein E hinter Nennmaß und Maßtoleranz um z. B. die Montierbarkeit oder das erforderliche Spiel auch weiterhin zu gewährleisten). Unternehmen, die bislang noch eine umfangreiche Eigenfertigung unterhalten oder langjährige Geschäftsbeziehungen mit denselben Zulieferbetrieben pflegen, werden eventuelle Mängel in ihren Konstruktionszeichnungen in der Regel nicht sofort offenbar, da sie durch das vorhandene Wissen um die jeweilige Funktion kompensiert werden. Allenfalls in Zusammenhang mit Rechtstreitigkeiten zwischen den Vertragspartnern und der damit verbundenen Beauftragung von Gutachtern werden Mängel im Sinne von unvollständigen, mehrdeutigen, sinnwidrigen, nicht normkonformen oder sogar falschen Angaben, Festlegungen oder Symbolen offensichtlich. Viele Ingenieure in Konstruktion und Entwicklung sowie Mitarbeiter in der Fertigung und Produktion beherrschen heute die Sprache, die eine eindeutige und vollständige Produktspezifikation ermöglicht nicht mehr Fehlinterpretationen, überteuerte Fertigung, fehlerhaft produzierte Werkstücke und schließlich Rechtstreitigkeiten und risikoreiche Produkthaftung sind die unausweichlichen Konsequenzen. Eine völlig andere Situation ergibt sich jedoch, sobald auf Basis dieser Konstruktionszeichnungen die Teilefertigung zu neuen, externen Zulieferbetrieben hin verlagert oder global gefertigt wird. In diesem Zusammenhang folgt regelmäßig die Feststellung: Lassen wir Werkstücke im eigenen Haus fertigen passen Seite 4

5 sie, werden sie nach derselben Konstruktionszeichnung extern gefertigt, passen sie nicht bzw. erfüllen ihre Funktion nicht mehr. In ausnahmslos allen Fällen, in denen der Autor eine Überprüfung durchführte, waren nach veralteten Normen und damit nicht den internationalen Standards entsprechende, mehrdeutige Konstruktionszeichnungen eine wesentliche Ursache. Vielen Unternehmen ist noch nicht bewusst, dass nach Jahren der normativen Abstinenz ihrer Mitarbeiter, der Anschluss an die aktuellen internationalen Standards häufig nicht mehr durch ein einfaches Update möglich ist, da sich die normativen Grundsätze und Prinzipien und damit die Interpretation der verwendeten Symbolik sowie grundlegende Konzepte und damit zwangsläufig auch die Denkweise gravierend verändert haben. Können Sie die Toleranzforderungen richtig interpretieren und ihre Auswirkung auf Funktion, Fertigbarkeit, Prüfbarkeit und Kosten beurteilen? - Falls nicht, dann wird es höchste Zeit für eine Schulung Damit die Teilefertigung im globalen Umfeld mit einer der Eigenfertigung vergleichbaren Qualität und im vorgesehenen Kostenrahmen erfolgen kann, müssen die an der Produktentwicklung beteiligten Mitarbeiter nicht nur die neuen internationalen Normen konsequent anwenden, es müssen darüber hinaus von der Konstruktions- bzw. Entwicklungsleitung bzw. von der Geschäftsführung auch Grundsatzentscheidungen getroffen werden, wie zum Beispiel die verbindliche Festlegung eines geeigneten Tolerierungsgrundsatzes, dort wo bislang noch keine verbindlichen Vereinbarungen existierten. Diese Gründsätze müssen dann im gesamten Unternehmen einheitlich angewandt und von den betroffenen Mitarbeitern in gleicher Weise umgesetzt werden. Die zwangsläufig erforderlichen Schulungsmaßnahmen aller an der Produktentstehung direkt und indirekt beteiligten Mitarbeiter (Konstruktion, Entwicklung, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Produktion, ggf. Qualitätssicherung, Technischer Einkauf und Mitarbeiter des betrieblichen Ausbildungswesens) sind einerseits zunächst mit einem Zeit- und Kostenaufwand verbunden, andererseits jedoch ein elementarer und zwingend erforderlicher Baustein zur dauerhaften Kostenreduzierung und Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens im globalen Umfeld. Seite 5

6 Berücksichtigt man abschließend, dass die Konstruktion und Entwicklung etwa 70 % der Kostenverantwortung für ein technisches Produkt trägt, dann werden der zeitliche Aufwand sowie die anfallenden Kosten, beispielsweise für die Teilnahme an einschlägigen Seminaren oder die Durchführung firmenspezifischer Inhouse-Veranstaltungen, durch den hieraus resultierenden Erkenntnisgewinn und der damit verbundenen konstruktiven und normativen Verbesserungen bereits nach kurzer Zeit wieder kompensiert. Aus der geschilderten Problemstellung heraus, wurden vom Autor diverse Seminarthemen entwickelt und in offenen Seminaren sowie in Inhouse-Veranstaltungen im In- und Ausland seit vielen Jahren vermittelt: Form- und Lagetoleranzen - Kosten senken, Produktwertigkeit erhöhen und Haftungsrisiken minimieren durch funktions-, fertigungs- und prüfgerechte Tolerierung. Erstellung Technischer Zeichnungen auf Basis aktueller internationaler Normen - Alle Wesentlichen Änderungen der neuen internationalen Normen, ihre weitreichenden Auswirkungen kennen und konstruktiv richtig umsetzen Oberflächenrauheit und Oberflächenkenngrößen - Kenngrößen richtig interpretieren, funktionsgerecht auswählen und normgerecht eintragen Die wichtigsten Normänderungen und ihre vertragsrechtlichen Auswirkungen - Alles Wissenswerte an zwei Tagen. Europäische und internationale Werkstoffnormung - Verwechslung von Werkstoffen sicher vermeiden, Werkstoffbezeichnungen richtig interpretieren. Die Themen werden als offene Seminare und auf firmenspezifische Fragestellungen zugeschnittene Inhouse-Veranstaltungen im In- und Ausland angeboten. Nähere Einzelheiten zu den Seminarthemen und deren Inhalte finden sich unter: Autor Prof. Dr.-Ing. Volker Läpple Seite 6