Toleranzmanagement im Automobilbau downloaded from by on January 20, 2017

Transkript

1 8 Literaturverzeichnis [Boh-98] BOHN, Martin, Toleranzmanagement im Entwicklungsprozess, Dissertation TU Karlsruhe, 1998 [DIN 820-1] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Normungsarbeit. Teil 1, Ersatz für Aus gabe Berlin: Beuth Verlag, 2009 [DIN 7167] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Zusammenhang zwischen Maß-, Form-, und Parallelitätstoleranzen. Ergänzung der ISO Berlin: Beuth Verlag, 1987 [DIN EN 45020] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Normung und damit zusammenhängende Tätigkeiten Allgemeine Begriffe. Ersatz für DIN EN 45020, Ersatz für Ausgabe Berlin: Beuth Verlag, 2007 [DIN EN ISO 286] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) ISO-Toleranzsystem für Längenmaße. Teil 1, EN ISO 286-1, Ersatz für Ausgabe 1990; Berlin: Beuth Verlag, 2010 [DIN EN ISO 1101] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Geometrische Tolerierung Tolerierung von Form, Richtung, Ort und Lauf. EN ISO, Ausgabe 2008, modifiziert. Berlin: Beuth Verlag, 2011 [DIN EN ISO 2692] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Form- und Lagetolerierung: Maximum-Material-Bedingung, Minimum Materialbedingung und Reziprozitätsbedingung. DIN EN ISO 2692, Ersatz für Ausgabe Berlin: Beuth Verlag, 2007 [DIN EN ISO 5458] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Form- und Lagetolerierung: Positionstolerierung. EN ISO 5458, Ersatz für Ausgabe Berlin: Beuth Verlag, 1999 [DIN EN ISO 5459] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Technische Zeichnungen, Form- und Lagetolerierung: Bezüge und Bezugssysteme für geometrische Toleranzen. EN ISO 5459, Ersatz für Ausgabe Berlin: Beuth Verlag, 2011 [DIN EN ISO 8015] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Grundlagen Konzepte, Prinzipien und Regeln. EN ISO 8015, Ersatz für Ausgabe Berlin: Beuth Verlag, 2011 [DIN EN ISO 14405] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Dimensionelle Tolerierung Teil 1: Längenmaße. DIN EN ISO Berlin: Beuth Verlag, 2011 [DIN EN ISO 14660] Deutsches Institut für Normung (Hrsg.): Geometrische Produktspezifikation (GPS) Geometrieelemente Teil 1: Grundbegriffe und Definitionen. DIN EN ISO Berlin: Beuth Verlag, 1999 [ISO TR 14638] ISO (Hrsg.): Geometrical product specification (GPS) Masterplan, ISO TR 14638, 1995

2 122 8 Literaturverzeichnis [Dud-11] Dudenredaktion (Hrsg.): Duden: Deutsches Universalwörterbuch. Band 1, 7. Auflage. Mannheim: Dudenverlag, Bibliographisches Institut, 2011 [Fay-16] FAYOL, Henry; Administration industrielle et générale, Paris, 1916 [Pah-07] PAHL Gerhard, BEITZ Wolfgang, FELDHUSEN Jörg, GROTE Karl-Heinrich: Konstruktionslehre, Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung, Springer Verlag 2007] [MSA-10] A. I. A. G. Chrysler Corp., Ford Motor Co., General Motors Corp., Measurement Systems Analysis, Reference Manual, 4. Auflage, Michigan, USA, 2010 [VDA-4.8] Verband der Automobilindustrie (Hrsg.): Qualitätsmanagement in der Automobilindustrie: Sicherung der Qualität während der Produktrealisierung, Methoden und Verfahren, 4. Auflage 2003 [VDA-5] Verband der Automobilindustrie (Hrsg.): Qualitätsmanagement in der Automobilindustrie: Prüfprozesseignung, 2. Auflage 2011 [VDI/VDE 2617] VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE, VERBAND DER ELEKTROTECHNIK, ELEKTRONIK, INFORMATIONSTECHNIK (Hrsg.): Prüfprozesseignung von Messungen mit Koordinatenmessgeräten, VDI/VDE 2617, Berlin: Beuth Verlag, 2006

3 9 Anhang 9.1 Checkliste zum toleranzgerechten Konstruieren Checkliste zum toleranzgerechten Konstruieren Allgemein Sind die Bauteile entsprechen der Funktion bemaßt und toleriert? Sind die Toleranzen so groß wie möglich und so klein wie nötig gewählt? Welche realen Streuungen sind an Bauteilen und Baugruppen zu erwarten? Sind Bauteile formstabil und steif gestaltet? Sind Toleranzausgleichsmöglichkeiten vorgesehen? Blockbildung von Flanschen in funktionsrelevanter Richtung vermieden? Lagerung Kann das Bauteil bzw. der Zusammenbau bei der Lagerung beschädigt werden? Transportieren Sind zusätzliche Lasten durch den Werksprozess berücksichtigt? Ausrichten Sind Größe, Anzahl und Steifigkeit der Aufnahmestelle dem jeweiligen Zweck entsprechend gewählt? Sind Bezugsstellen an Funktionsstellen angeordnet? Sind Bezugsstellen durchgängig verwendet? Ist die Auflage des Bauteils statisch bestimmt möglich (3-2-1-Verfahren)? Werden Beschädigungen der Aufnahmestellen vermieden? Sind Bezugsstellen so weit wie möglich voneinander entfernt angeordnet? Sind Bezugsstellen netzparallel und eben ausgeführt? Berücksichtigt/Vorhanden

4 124 9 Anhang Checkliste zum toleranzgerechten Konstruieren Berücksichtigt/Vorhanden Zustand einfrieren Werden durch Spanner Kräfte oder Momente in das Bauteil eingeleitet? Werden Spanner in geeigneter Reihenfolge geschlossen? Umformen Werden Bezugs- und Funktionsflächen im ersten Zug bzw. in einer Operation hergestellt? Trennen Werden relative Funktionen und Bezüge in einer Operation hergestellt? Werden große Eigenspannungen frei, die zu einem Bauteilverzug führen? Fügen Sind Einstellmöglichkeiten der Verbindungen beachtet? Ist der Wärmeeinfluss durch das gewählte Fügeverfahren berücksichtigt? Ist die gezielte Verformung von Bauteilen in Betracht gezogen? Ist die Aufbaureihenfolge unter Beachtung der Einstellmöglichkeiten gewählt? Sind die Bauteile in Endstellung montierbar (z. B. geschlossene Klappen)? Messen Ist die Zugänglichkeit der Messstellen gewährleistet? Ist die Messung in Einbauposition möglich? 9.2 Fragen und Übungen Im Folgenden werden einige Aufgaben zu relevanten Themen gestellt und auf der nächsten Seite aufgelöst.

5 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL 3 Grundlagen des Toleranzmanagement Bestimmte Begriffe und deren Bedeutung sind zur Arbeit im Toleranzmanage ment unerlässlich. Ergänzen Sie die fehlenden Begriffe im Toleranzmanagementgebäude. Toleranzmanagement Geometrische Produktbeschreibung Zentrales Thema Fehlender Teil der ProduktQualitätsbeschreibung kenngrößen Bezüge Bauteilgeometrie Koordinatensystem Fahrzeugtechnische Grundlagen Sprache 125

6 126 9 Anhang LÖSUNG Toleranzmanagement Funktion (methodische Grundlagen) Geometrische Produktbeschreibung Qualitätskenngrößen Toleranzen Bezüge Bauteilgeometrie Koordinatensystem Fahrzeugtechnische Grundlagen Normung Funktion ist das zentrale Thema aller Betrachtungen. Toleranzen sind zur wirtschaftlichen Sicherstellung der Funktion erforder lich. Normen sind die Sprache zur technischen Beschreibung.

7 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL 3.5 Bezüge Tragen Sie schematisch das Regel ein. Erläutern Sie stichwortartig die Regel. Zeichnen Sie in das Koordinatensystem die 6 Freiheitsgrade ein. Erläutern Sie die Bedeutung der 6 Freiheitsgrade. 127

8 128 9 Anhang LÖSUNG Ein Bezugsystem wird im Regelfall nach der Regel (auch Prinzip) erzeugt. Dies schränkt die 6 Freiheitsgrade ein. Somit ist die Lage eines Körpers vollständig beschrieben. Dazu werden eine Ebene (3 Punkte), eine Gerade (2 Punkte) und ein Punkt definiert. Z Verschiebung in Z-Richtung Drehung um Z-Achse Verschiebung in Y-Richtung Y Drehung um Y-Achse X Verschiebung in X-Richtung Drehung um X-Achse Um die Lage eines Körpers im Raum zu definieren, müssen alle 6 Freiheits grade eingeschränkt werden. Dies sind je 3 rotatorische (Drehungen) und 3 translatorische Freiheitsgrade.

9 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL Toleranzrahmen Im Toleranzrahmen wird die Toleranz mit ihren Bezügen definiert. Füllen Sie das Toleranzfeld für eine Toleranz Profil einer Fläche von ± 0,5 mm zu einem Bezugssystem aus. Der Bezug ist wie folgt definiert: Primärebene Z Sekundärebene X Tertiärebene Y Erläutern Sie Symbolik. Erläutern Sie den Zusammenhang des Prinzips im Toleranzrahmen Füllen Sie das Toleranzfeld für eine Position eines Lochs mit kreisförmiger Toleranzzone von ±0,2 mm zu dem oben genannten Bezugssystem aus. 129

10 130 9 Anhang D LÖSUNG 1 Z X Y Im ersten Kästchen muss sich das Toleranzsymbol wiederfinden. Im zweiten Kästchen wird die Breite des Toleranzfeldes eingetragen. Hier sind +/ 0,5mm als 1mm Toleranzfeldbreite einzutragen. Die Reihenfolge der Bezüge (3-2-1) muss sich im Toleranzrahmen wiederfin den. Das heißt zuerst die Primärebene, dann die Sekundärebene und zuletzt die Tertiär ebene. Hinweis: primärer Bezug sekundärer Bezug tertiärer Bezug Ø 0,5 M Z Y X ( Bezugssystem (DIN ISO 5459) Regel) Modifikator (z.b. MMC) Toleranzwert Durchmessersymbol Toleranzsymbol Da in der zweiten Aufgabe die Toleranzzone rund sein soll, ist vor den Tole ranzwert das Durchmesserzeichen zu setzen. Symbol Ø 0,4 Toleranzfeld Z X Y Toleranzfeld rund mit Durchmesser 0,4 mm

11 9.2 Fragen und Übungen SYMBOLIK FÜR DIE TOLERANZVERGABE Bei der Vergabe der Symbolik ist mit hohem Bedacht vorzugehen, da die Be deutung sehr unterschiedlich sein kann. 1.) Bezeichnen Sie das tolerierte Element. 2.) Tragen Sie grafisch die Form des jeweiligen Toleranzfelds ein. B 2,0 A A 2,0 B B 2,0 2,0 X Y X Y 131

12 132 9 Anhang LÖSUNG Toleriertes Element = Achse quadratisch 2,0 X Y Toleriertes Element = Mantelfläche quadratisch 2,0 kreisförmig X Y

13 9.2 Fragen und Übungen TOLERIERUNGSGRUNDSATZ Beschreiben Sie in Stichworten die beiden Tolerierungsgrundsätze. In welcher Verbindung dazu steht der Taylorsche Grundsatz? 133

14 134 9 Anhang LÖSUNG Tolerierungsgrundsätze: Beim Unabhängigkeitsprinzip gilt der Grundsatz der Unabhängigkeit der einzelnen Toleranzen voneinander. Dabei muss jede Toleranzanforderung an ein Geometrieelement oder eine Beziehung zwischen Geometrieelementen unabhängig von anderen Anforderungen erfüllt werden, d. h. jeder eingetra gene Toleranzwert gilt unabhängig für sich und muss separat eingehalten werden. Beim Hüllprinzip müssen alle Formtoleranzen gleichzeitig erfüllt sein. Es muss gewährleistet sein, dass das Geometrieelement nicht die Hüllen der Maximum-Material-Bedingung einerseits oder die der Minimum-Material-Be dingung andererseits durchbricht. Diese Prinzipien sind in der DIN EN ISO 2692 beschrieben. Um sicherzustellen, dass die Hüllbedingungen eingehalten werden, müssen die Grenzmaße des Werkstückes nach dem Taylorschen Grundsatz geprüft werden. Dieser Grundsatz wird in folgender Weise interpretiert: Das Einhalten der Maximum-Material-Grenze eines Werkstückes muss mittels einer voll aus gebildeten Gutlehre geprüft werden, die nominell dem Maximum-MaterialMaß dieses Werkstückes entspricht. Die Länge der Gutlehre muss der Länge des Bauteiles entsprechen, das mit dem zu prüfenden Werkstück gepaart werden sollte. Das Einhalten der Minimum-Material-Grenze eines Werkstü ckes muss mittels einer Ausschusslehre geprüft werden, die so konstruiert ist, den Durchmesser eines Werkstückes an verschiedenen Stellen prüfen zu können, und die nominell dem Minimum-Material-Maß dieses Werkstückes entspricht.

15 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL Normalverteilung Um die Qualitätskenngrößen erläutern zu können, sind die mathematischen Statistikgrundlagen erforderlich. Diese sind im Speziellen die Normalvertei lung und die Standardabweichung. Im allgemeinen Fall sind Fertigungsprozesse in ihrem Ergebnis normal ver teilt. Zeichen Sie eine Normalverteilung mit ± 3σ Tragen Sie die Standardabweichung σ ein Verschieben den Mittelwert um 1σ 135

16 136 9 Anhang LÖSUNG Darstellung der Normalverteilung: 99,73% 95,45% 68,27% Mittelwert μ σ 2σ 3σ Darstellung der Verschiebung des Mittelwerts um 1σ. µ σ

17 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL 3.8 Toleranzrechnung Bei der analytischen Toleranzrechnung sind zwei Verfahren im Einsatz. Diese sind die Worst-Case-Rechnung und die Root-Sum-Square-Rechnung. Worin liegt der Unterschied der beiden Rechenverfahren? Wann wird welches angewendet? Ermitteln Sie das Funktionsmaß für den Toleranzausgleich des Verschraub loches. Wie groß muss das Loch in Wirkrichtung sein? Lochgröße für M8 Verschraubung A 1,5 A 1,5 Teil 1 1,2 Teil 2 C M8 C B 2.OP Teil 3 1.OP Geschweißter Zusammenbau Teil 4 Funktionsmaß Worst Case = Root-sum-square = B 137

18 138 9 Anhang LÖSUNG Prinzipieller Unterschied: Bei der Worst-Case-Rechnung liegen alle Kombina tionen innerhalb des Rechenergebnisses. Bei der statistischen Root-SumSquare-Rechnung liegen nur 99,7 % innerhalb des Rechenergebnisses. Daher kann kein statistisches Verfahren für sicherheitsrelevante Anwendungen ver wendet werden. Verfahren Prämissen Aufwand Genauigkeit Analytische Worst-Case Rechnung keine Möglichkeit zur Nacharbeit gering eingeschränkt gering mittel Merkmal ist zu 100 % zu gewährleisten einfache geometrische Zusammenhänge Analytische statistische Rechnung alle Toleranzen normal verteilt einfache geometrische Zusammenhänge Worst-Case Rechnung: Root-sum-square-Rechnung

19 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL 4.6 Vergabe von Bezugsstellen und Toleranzen Anhand der Funktionsbeschreibung ist ein Bezugstellensystem (3-2-1-Prin zip) einzutragen. Des Weiteren sind die Werte für die folgenden Toleranzeinträge bezogen auf das Bezugssystem: Positionstoleranz ± 0,25 mm Profilformtoleranz ± 0,5 mm Linienformtoleranz ± 0,4 mm (Kante/Beschnitt/Kontur) Die Geometrie ist ein tiefgezogenes Topfteil. Das Teil muss über die Anbindung in eine exakte Lage im Rohbau gebracht werden. Dieses Bauteil ist form- und lagebestimmend für weitere Anbauteile. Die Funktion und die zu tolerierenden Elemente sind in der folgenden Darstel lung beschrieben. Anlagefläche Loch für weiter Anbindung anderer Bauteile Anlagefläche Anbindungsloch Loch für weiter Anbindung anderer Bauteile Anlagefläche Anbindungsloch Anbindungsloch Loch für weiter Anbindung anderer Bauteile Loch für Ausrichtpin Anbindungsfläche Anschweißteil Funktions-Beschnitt Tragen Sie ein mögliches Bezugssystem und die Toleranzen ein. 139

20 140 9 Anhang LÖSUNG

21 9.2 Fragen und Übungen KAPITEL 4.1 Funktionen klären Aus kundenrelevanten Funktionen werden für das Toleranzmanagement rele vante Funktionen abgeleitet. Diese Funktionen können gegliedert werden. Vervollständigen Sie das Diagramm. Funktion Versatz sicherstellen Kinematik sicherstellen Fläche sicherstellen Abdichtung sicherstellen Verlauf sicherstellen 141

22 142 9 Anhang LÖSUNG Funktion Optische Funktion Technische Funktion Fugenmaß sicherstellen Anbindung sicherstellen Versatz sicherstellen Kinematik sicherstellen Fläche sicherstellen Abdichtung sicherstellen Verlauf sicherstellen

23 9.2 Fragen und Übungen Die Grundlage für eine Funktionsklärung sind methodische, offene Fragen. Füllen Sie die Tabelle aus und erläutern die W-Fragen hinter den Klammern. Wo? Durch welchen Prozess (Urformen, Umformen, Fügen, Trennen, Beschichten, Stoffumwandeln, usw.) wird die Funktion erzeugt? Wann? Welches Element erzeugt welche Funktion (Flächen, Flansche, Löcher, Kanten)? Was? 143

24 144 9 Anhang LÖSUNG Wo? In welchem Prozess (Einzelteil, Zusammenbau (ZB), Unter-ZB) wird die Funktion erzeugt? Wie? Durch welchen Prozess (Urformen, Umformen, Fügen, Trennen, Beschichten, Stoffumwandeln, usw.) wird die Funktion erzeugt? Wann? Welches? Was? Wann wird die Funktion erzeugt? - direkt - nachgelagerte Prozessschritte (Folgeprozesse) - spätere Funktionserzeugung Welches Element erzeugt welche Funktion (Flächen, Flansche, Löcher, Kanten)? Was wird zur Funktionserzeugung benötigt? - Anlage / Vorrichtung - Werkzeuge

25 Index Symbole Regel 17 A Allgemeintoleranzen 25 Analyse 99 Ausrichtkonzept 6 B Bauteilkoordinatensystem 13 Beitragsleister 42 Best-Fit 48 Beurteilungskriterien 67 Bezüge 14 Bezugsstellen 15 Bezugsstellenwechsel 81 Bezugssystem 17 Funktionsmaß 12, 65 Funktionsmaßkatalog 7 H Hüllprinzip 26 K Konzeptanalyse 101 L Langloch 75 M E Messmittelfähigkeit 105 Messprozesseignung 107 Messsystemeignung 106 Mittelwert 28 Monte-Carlo-Simulation 41 Eingriffsgrenze 35 Entwicklungsprozess 95 N F Fahrzeugkarosserie 44 Fahrzeugkoordinatensystem 13 Fügefolge 7, 70 Fugen- und Radienplan 7 Funktion 11 Funktionsklärung 55 Normalverteilung 27 P Positionstoleranz 23 Profil einer Fläche 24 Profil einer Linie 24 Prozessanalyse 103

26 146 Index Prozessfähigkeit 33 Prozesspotenzial 32 R Root-Sum-Square 40 S Schiebeflansche 50 Sensitivität 42 Soft Touch, Form & Pierce (STF&P) 52 Standardabweichung 28 Stichprobengröße 29 T Toleranz 5 toleranzgerechte Gestaltung 86 Toleranzgrenze 35 Toleranzkonzept 7 Toleranzmanagement 6 Toleranzpfeil 21 Toleranzrahmen 20 Toleranzrechnung 38 Toleranzspezifikation 6 Toleranzvergabe 18 Tolerierungsgrundsatz 26 U Unabhängigkeitsprinzip 26 V Verbundene Tolerierung 24 W Warngrenze 35 Wirkabstand 75 Worst-Case Rechnung 38

27 Bohn Hetsch Toleranzmanagement im Automobilbau Im klassischen Maschinenbau spielen Maßtoleranz und Passung sowie die Formund Lagetoleranzen seit langem eine wichtige Rolle. Der Maschinen bau zeichnet sich durch vorwiegend starre Körper und die Gestaltung anhand von Regel geo - metrien aus. Durch den gesteigerten Qualitätsanspruch im Automobilbau wurde es notwendig das Toleranzmanagement des klassischen Maschinenbaus auf den Auto - mobilbau zu übertragen, wobei viele Anpassungen erforderlich sind. Im Auto - mobilbau geht es um die komplexe, funktionsorientierte Ausrichtung von nachgiebigen Bauteilen zueinander und um ästhetische Aspekte des Designs. Für die wirtschaftliche Produktion eines Fahrzeugs ist ein durchgängiges Toleranzkonzept erforderlich. Nur so sind ein minimaler Nacharbeitsaufwand und eine störungsfreie Produktion zu gewährleisten. Das Toleranzkonzept beinhaltet Bezüge, Toleranzen und die Fügefolge. Das Toleranzmanagement ist der Prozess, der zu diesem Ergebnis führt. Das Buch beschreibt anwendungsorientiert das Toleranzmanagement entlang des Entwicklungs- und Produktionsprozesses. Ein durchgängiges Praxisbeispiel aus der Automobilindustrie zeigt anschaulich, wie ein funktionierendes Tole ranz - management aussieht. 49,99 [D] 51,40 [A] ISBN