Seminar GPS ADV. Steinbeis-Beratungszentrum Konstruktion. Werkstoffe. Normung. V2-0-2

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1 Form und Lagetoleranzen - Vertiefungsseminar 1

2 ZUM THEMA Die weltweite Einführung des ISO GPS Normensystems (u. a. Normen für die geometrische Tolerierung) schreitet mit großen Schritten voran. Das Normenwerk für eine geometrisch und funktionell eindeutige Produktdefinition wird zwischenzeitlich millionenfach in der Konstruktion/Entwicklung sowie in der Qualitätssicherung zur Beschreibung und Überprüfung der funktionellen Anforderungen weltweit vorteilhaft genutzt und ist heute für eine moderne, kostenoptimierte Produktentwicklung, Produktion und Qualitätssicherung unverzichtbar. Als Konsequenz einer fortschreitenden Globalisierung, zunehmenden Outsourcings der Produktion und Steigerung der Komplexität der Produkte, wird auch das ISO GPS Normenwerk komplexer. Es kommen neue "Werkzeuge" und Regeln hinzu (z. B. ISO ), während sich bekannte Konzepte, Prinzipien und Regeln verändern (z. B. Rückzug von ISO 5458:1998 und Einführung von neuer ISO 5458 in 2017). In 2017 werden u. a. mit der Einführung der neuen ISO 1101, ISO 5458, ISO 5459, ISO 1660, u. v. m. die GPS Standards zur geometrischen Tolerierung nicht nur erheblich erweitert, sondern es werden auch eine Reihe umfangreicher Veränderungen stattfinden, die sowohl in der Konstruktion/Entwicklung als auch in der Qualitätssicherung/Messtechnik zwingend beachtet werden müssen. So wird beispielsweise als Folge einer fortschreitenden Digitalisierung der Messtechnik die Bezugsbildung mit der Einführung der neuen ISO 5459 in 2017 (voraussichtlich) auf eine andere Art und Weise erfolgen, als dies in den letzten 35 Jahren standardmäßig der Fall war. Dieser Sachverhalt muss sowohl bei der Zeichnungserstellung als auch bei der Prüfung berücksichtigt und ggf. entsprechende Vereinbarungen getroffen werden. Den meisten Konstruktionszeichnungen liegt noch immer ein Toleranzmanagement zugrunde, das noch aus den 1970er, bestenfalls den 1980er Jahren stammt. Diese Zeichnungen sind heute im globalen Wettbewerb und im Umfeld einer modernen, digitalen Messtechnik nicht mehr brauchbar. Während Mängel dieser "klassischen Zeichnungen" bei einem hohen Eigenfertigungsanteil oder bei einem Zeichnungsaustausch mit angestammten Lieferanten kaum negativ in Erscheinung treten, können bei einem kurzfristigen Lieferantenwechsel unerwartete Problemecc auftreten: unnötig hoher, kosten und zeitintensiver Abstimmungsbedarf, Qualitätsmängel durch Fehlinterpretationen, unnötige Fertigungs und Prüfkosten durch funktionell nicht gerechtfertigte Angsttoleranzen, Nicht Konformität zu ISO 9001 und letztendlich wie die Erfahrung zeigt auch Rechtstreitigkeiten zwischen den Vertragspartnern. Das ISO GPS Normensystem gehört heute bereits zu einem der komplexesten Normensysteme der mechanischen Technik. Um die Werkzeuge richtig anzuwenden, bedarf es nicht nur konstruktiver Erfahrung, sondern es wird auch ein nicht unerhebliches Maß an Abstraktionsvermögen gefordert, da es zumindest bei den zur Beschreibung von Funktionsanforderungen überaus wichtigen Richtungs und Ortstoleranzen letztlich um das Blockieren oder Freigeben von Freiheitsgraden zwischen den Situationselementen des Bezugs bzw. Bezugssystems und dem/den Situationselement(en) der Toleranzzone handelt. Für einen korrekten Aufbau von gemeinsamen Bezügen und Bezugssystemen müssen Nebenbedingungen der Richtung und des Orts bzw. Nebenbedingungen der Richtung zwischen den Situationselementen der assoziierten Flächen eingehalten werden, auch hier handelt es sich letztlich um das gegenseitige Blockieren von Freiheitsgraden. Werden diese, prinzipiell sehr einfachen Regeln nicht grundlegend verstanden, dann werden erfahrungsgemäß Bezüge falsch angewandt, Bezugssysteme fehlerhaft aufgebaut und somit insgesamt eine unbrauchbare, d. h. nicht funktions und prüfgerechte Tolerierung spezifiziert. Eine weitere Herausforderung bei der Anwendung der GPS Normen ergibt sich im Zusammenspiel der unzähligen Werkzeuge und Regeln, mit Blick darauf, die Funktionsanforderungen möglichst optimal, d. h. funtions, prüf und kostengerecht abzubilden. Mit dem Vertiefungsseminar wollen wir Ihnen einerseits tiefere Einblicke in die Logik der geometrischen Tolerierung geben und Wege zur Kostenreduktion aufzeigen, andererseits aber auch die wichtigsten GPS Werkzeuge, die in der Kürze eines Basisseminars nicht ausreichend besprochen werden können, anhand konkreter Praxisbeispiele näher bringen. 2

3 Form und Lagetoleranzen - Vertiefungsseminar ZIELE des Vertiefungsseminars Das Vertiefungsseminar zu "Form und Lagetoleran zen" baut auf dem Basisseminar auf. Neben einer Wiederholung der wichtigsten Inhalte des Basis seminars sowie der Klärung von Teilnehmerfragen, werden im Vertiefungsseminar die wichtigsten neuen (2017) ISO GPS Werkzeuge für eine funktions, prüf und kostengerechte geometrische Tolerierung besprochen. Besonderer Wert wird auf mögliche Anwendungen dieser Werkzeuge zur Lösung von typischen Funktionsanforderungen gelegt. Schwer punkte sind hierbei unter anderem neue ISO 1101, ISO 5458, ISO 5459 und ISO 1660 in Nach dem Besuch des Seminars wird es Ihnen möglich sein, die elementare Logik der geometrischen Tole rierung, insbesondere der unverzichtbaren Richtungs und Ortstolerierung, vollumfänglich zu verstehen. To lerierungsfehler, die bislang unentdeckt geblieben sind, sollten damit der Vergangenheit angehören. Dementsprechend ist ein wichtiger Seminarschwer punkt der Aufbau und das Verständnis von komplexen Bezugssystemen im Gesamtkontext mit einer funk tionsorientierten Richtungs und Ortstolerierung. Ein weiterer Schwerpunkt des Seminars ist die aus führliche Besprechung der Maximum Material Be dingung (MMR), einem bei richtiger Verwendung wertvollen Werkzeug zur Reduzierung der Produkti ons und ggf. der Prüfkosten. Ein Blick auf die seltener eingesetzte Minimum Material Bedingung (MMR) sowie die Reziprozitätsbedingung (RMR) einschließ lich Praxisbeispielen und Anwendungstipps runden dieses Thema ab. Abschließend werden noch sinnvolle Möglichkeiten zur Einbindung digitaler CAD Modelle, Regeln zum Nachweis der Konformität bzw. Nicht Konformität mit Spezifikationen (ISO ) sowie die wissenswer ten Inhalte der neuen ISO :2016 besprochen. Übersicht der wichtigsten ISO GPS Werkzeuge für eine funktions, prüf und kostengerechte geometrische Tolerie rung. Die Bedeutung sowie die Anwendung werden anhand von praktischen Beispielen im Seminar besprochen. 3

4 IHR NUTZEN Sie lernen in diesem Seminar: die elementare Logik der geometrischen Tolerierung vollumfänglich zu verstehen, die wichtigsten GPS Werkzeuge zur dimensionellen und geometrischen Tolerierung, die mit Einführung der neuen ISO GPS Normen ISO 1101, ISO 1660, ISO 5458, ISO 5459 in 2017 sowie ISO :2016, u. v. m. zur Verfügung stehen werden, zu verstehen und richtig anzuwenden, die Grenzen und Lücken der heute verfügbaren ISO GPS Normen kennen, die Bedeutung und funktionsgerechte Anwendung der wichtigsten Modifikatoren für lineare Größenmaße kennen. Insbesondere werden im Seminar auch neue Modifikatoren, wie zum Beispiel das Minimax (Tschebyscheff) Größenmaß besprochen und als Grundlage für Toleranzrechnungen sowie als Alternative zur Hüllbedingung (Kostenreduktion) vorgestellt, den Unterschied zwischen Winkelgrößenmaßen und Winkelabständen kennen. Das Zweilinien Winkelgrößenmaß (neuer Standard für lineare Größenmaße mit Einführung von ISO ) wird vorgestellt und die Bedeutung sowie die funktionsgerechte Anwendung von Modifikatoren für Winkelgrößenmaße besprochen, auf welche Weise Toleranzzonen modifiziert werden können, um die Funktionsanforderungen richtig zu beschreiben. Beispiele sind die asymmetrische Toleranzzone mit spezifiziertem Versatz (UZ) oder die für Dichtflächen nützliche asymmetrische Toleranzzone mit nicht spezifiziertem Versatz (OZ), die Notwendigkeit und die richtige Anwendung der gemeinsamen Zone (CZ) vor dem Hintergrund des Grundsatzes des Geometrieelements (ISO 8015) sowie den Interpretationsunterschied zum vereinigten Geometrieelement (UF) kennen, den Einfluss der Wahl des Referenzelements auf die Formabweichung kennen und zugehörige Messergebnisse richtig zu interpretieren, alternative Tolerierungsmöglichkeiten für die Zylindrizität und somit eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung von Fertigungskosten kennen, komplexe Bezugssysteme funktions, fertigungsund prüfgerecht festzulegen. Insbesondere werden die unterschiedlichen Assoziationsverfahren für Bezüge in Abhängigkeit der Eigenarten des gefertigten Bauteils aufgezeigt, die vielfältigen Möglichkeiten, Freiheitsgrade zwischen Bezug und Toleranzzone mit Hilfe von Modifikatoren auf Basis der neuen ISO 5459 in 2017 zu verwalten und somit die Funktionsanforderungen möglichst exakt zu beschreiben, unbrauchbare und fehlerhafte Bezüge und Bezugssysteme zu erkennen und zu korrigieren, die Unterschiede der Interpretation von Bezugssystemen zwischen ISO GPS und ASME Y14.5, die vielfältigen Möglichkeiten und die praxisgerechte Anwendung der Positionstolerierung (neue ISO 5458 in 2017) sowie der Profiltolerierung (neue ISO 1660 in 2017) kennen und zur Lösung auch komplexer konstruktiver Anforderungen richtig anzuwenden, die richtige Anwendung von Profiltoleranzen, einschließlich der Einbindung von digitalen CAD Modellen als Ersatz für eine lückenhafte Tolerierung auf Basis veralteter Allgemeintoleranznormen (wie z. B. ISO und 2) kennen, die Maximum Material Bedingung (MMR) als Instrument zur Toleranzerweiterung und Kostenreduktion zu verstehen und richtig anzuwenden. Die Anwendungsgrenzen werden aufgezeigt. die wichtigsten "Default" Regeln und Regeländerungen, die mit der Einführung der neuen ISO GPS Normen (2017) stattfinden werden, anhand einer Vielzahl von Beispielen, die praxisgerechte Anwendung sämtlicher Aspekte der dimensionellen und geometrischen Tolerierung auf Basis der neuen ISO GPS Normen kennen. Alle Seminarteilnehmer erhalten einen exklusiven Zugang zum Kundenbereich unserer Homepage unter beratung.de/downloads/ kundenbereich/ mit vielen nützlichen und aktuellen Informationen, Tipps und Beispielen. Damit bleiben Sie stets auf dem aktuellen Stand und werden über wichtige Normänderungen sofort informiert. 4

5 INHALTE des Vertiefungsseminars Wiederholung der wichtigsten Inhalte aus dem Basis Seminar Wiederholung der wichtigsten Themen aus dem Basis Seminar zu "Form und Lagetoleranzen" GPS Matrix Modell (ISO 14638): Stand und Weiterentwicklung des ISO GPS Normensystems (Roadmap) Anwendungsgrenzen von ISO GPS, Anforderungen, die mit den GPS Standards nicht beschreibbar sind Maße und Maßtoleranzen (Dimensionelle Toleranzen) Die wichtigsten Modifikatoren für lineare Größenmaße zur Beschreibung des Typs eines linearen Größenmaßmerkmals (ISO :2016): Auswahl, Eintragung, Interpretation, Anwendung und Beispiele Das Minimax (Tschebyscheff) Größenmaß als Grundlage für Toleranzrechnungen und als Alternative zur Hüllbedingung (Kostenreduktion) Anwendung der Modifikatoren ACS, ALS und SCS, Anwendungsbeispiele Örtliche Größenmaße (u. a. Querschnitts und Teilbereichsgrößenmaß) und globale Größenmaße (direkt, indirekt, berechnet), Anwendungsbeispiele Vereinigtes Geometrieelement (UF) für dimensionelle Toleranzen und gemeinsame Toleranz (CT) Notwendigkeit und Anwendung von Schnittebene und Richtungselement für dimensionelle Toleranzen rule #1 (ASME Y ) Winkelgrößenmaße neue (ISO in 2017): Zweilinien Winkelgrößenmaß als "Default", Modifikatoren für Winkelgrößenmaße (z. B. LG, GG, GC) und Rangordnungs Winkelgrößenmaße, Beispiele Toleranzzonen Spezifikation einer veränderlichen Toleranzzonenweite Asymmetrische Toleranzzone mit spezifiziertem konstantem oder veränderlichem Versatz (UZ), Interpretationsunterscheide zwischen ISO GPS und ASME Y14.5 Asymmetrische Toleranzzone mit nicht spezifiziertem Versatz (OZ), Anwendungen (z. B. für Dichtflächen) Orientierung der Toleranzzone, Default Festlegung, Regeländerung (2014) und Richtungselement Kombination von Toleranzzonen: CZ (combined zone) und SZ (separate zone), Sonderregelung für MMR und LMR nach ISO 2692:2015 Formtoleranzen (neue ISO 1101 in 2017 sowie ISO , ISO , ISO , ISO ) Besondere Spezifikationselemente für Form (u. a. GT, GV, GP, GQ), Anwendungsbeispiele Geradheit von Linienelementen einer Ebene, Schnittebenen Indikator Kenngrößen der Geradheit nach ISO (STRt, STRp, STRv, STRq) und Referenzgeraden (LSLI und MZLI), Default Spezifikationsoperator für Geradheit Kenngrößen der Ebenheit nach ISO (FLTt, FLTp, FLTv, FLTq) und Referenzebenen (LSPL und MZPL), Default Spezifikationsoperator für Ebenheit, Ebenheitsmessung Rundheit von Rotationsflächen (z. B. Kegel), Richtungselement (neue ISO 1101 in 2017) Kenngrößen der Rundheit nach ISO (RONt, RONp, RONv, RONq) und Referenzkreise (LSCI und MZCI), Auswirkung der Wellenzahl je Umdrehung (UPR) auf das Messergebnis (Filterung) Default Spezifikationsoperator für Rundheit, Rundheitsmessung Kenngrößen der Zylindrizität nach ISO (CYLt, CYLp, CYLv, CYLq) und Referenzzylinder (LSCY und MZCY), Default Spezifikationsoperator für Zylindrizität Verminderung der Fertigungskosten durch Vermeidung der Spezifikation von Zylindrizität Alternative Tolerierungsmöglichkeiten Spezifikation eingeschränkter Bereiche, Anwendungsbeispiele 5

6 Geometrieelemente Allgemeine Begriffe und Merkmalstypen von Geometrieelementen zur Beschreibung von Werkstücken (ISO 22432, ISO ) Integrale und zentrale Geometrieelemente (ISO :2016) Bezüge und Bezugssysteme (neue ISO 5459 in 2017) Wiederholung der wichtigsten Regeln zur Bildung von Einzelbezügen, gemeinsamen Bezügen und Bezugssystemen aus dem Basisseminar Assoziationsverfahren (Zielfunktionen): Minimierung der Summe der Abstandsquadrate (G), Minimierung der Summe der absoluten Abstände (K), Minimierung des maximalen Abstands (C), Hüll und Pferchelement (N bzw. X) Vergleich der Verfahren, Auswahl eines optimalen Anpassungsverfahrens, Zeichnungseintragung und Anwendungstipps Nebenbedingung des Materials: Standardmäßige Festlegung nach ISO 5459, Modifikatoren (O, I, M, +, ), Eintragungsregeln, Anwendungsfälle und Erkennung von Widersprüchen Nebenbedingung für die Dimension des intrinsischen Merkmals: Standardmäßige Festlegung nach ISO 5459, Modifikatoren [SV] und [SF] Invarianzklassen von Flächen, Situationselemente eines Bezugs, Identifikation von Situationselementen Einzelbezüge: Regeln für die Bezugsbildung, Beispiele Gemeinsame Bezüge: Regeln für die Bildung eines gemeinsamen Bezugs; Freigeben der Nebenbedingung des Orts [DV]; Anwendungsbeispiele Bezugssysteme: Regeln für die Bezugsbildung, Erkennen unbrauchbarer Bezugssysteme, Blockieren der Nebenbedingung des Orts für den sekundären und tertiären Bezug [DF]; Unterschiede der Interpretation zwischen ISO GPS und ASME Y14.5 Verwaltung von Freiheitsgraden: Freigeben durch Auswahl von Situationselementen [PT], [SL] und [PL], Freigeben translatorischer Freiheitsgrade ><, Blockieren individueller Freiheitsgrade (Tx, Ty, Tz, Rx, Ry, Rz) Aufbau und Interpretation komplexer Bezüge und Bezugssysteme, Praxisbeispiele und Tipps Referenzpunkt System (RPS oder System), Anwendungsgrenzen Modifikatoren PD, MD, LD, ACS und ALS Übungen und Praxisbeispiele zur funktions, fertigungs und prüfgerechten Bezugsbildung Ortstoleranzen (neue ISO 1101 und ISO 5458 in 2017) Regeländerungen mit Einführung der neuen ISO 5458 in 2017 Unterschiede zwischen linearen, zylindrischen und kugelförmigen Toleranzzonen, Anwendungsbeispiele Orientierungsebene, Anwendungsfälle Positionstolerierung von Mustern: CZ, SZ, >< und SIM Modifikatoren (neue ISO 5458 in 2017), Beispiele Interpretationsunterschiede zwischen ISO GPS und ASME Y14.5 bei Position, Koaxialität und Symmetrie Übungs, Praxis und Anwendungsbeispiele zu den Ortstoleranzen Profiltoleranzen (neue ISO 1101 und ISO 1660 in 2017) Anwendung von Profiltoleranzen als Form, Richtungs und Ortstoleranzen, Beispiele Festlegung asymmetrischer Toleranzzonen mit spezifiziertem (UZ) und nicht spezifiziertem (OZ) Toleranzzonenversatz, Anwendungen (z. B. OZ Modifikator für Dichtflächen) Geometrieelementprinzip (ISO 8015:2011) und vereinigtes Geometrieelement (UF), Interpretationsunterschiede zwischen CZ und UF Modifikator 6

7 Kollektionsebene Profiltolerierung von Mustern: CZ und SZ Modifikatoren Tolerierungsmöglichen für komplexe Geometrien (Kunststoff Formteile, Rohgussteile, Schmiedeteile), Anwendungstipps und Anwendungsgrenzen Möglichkeiten der Profiltolerierung nach ASME Y , Unterschiede zu ISO GPS Übungs, Praxis und Anwendungsbeispiele, Klärung von Teilnehmerfragen Maximum Material Bedingung (ISO 2692:2015) Vertiefung Maximum Material Bedingung (MMR) als Instrument zur Toleranzerweiterung und Kostenreduktion Maximum Material Bedingung für toleriertes Geometrieelement und abgeleitetes Bezugselement Begriffe und normgerechte Zeichnungseintragung Anwendungsgrenzen der Maximum Material Bedingung, typische fehlerhafte Anwendungen Wechselwirkungs oder Reziprozitätsbedingung (RPR), Anwendungsbeispiele Lehrenprüfung Übungs, Praxis und Anwendungsbeispiele zur Maximum Material Bedingung Minimum Material Bedingung (ISO 2692:2015) Anwendungsbeispiele zur Minimum Material Bedingung Minimum Material Bedingung für toleriertes Geometrieelement und abgeleitetes Bezugselement Begriffe und normgerechte Zeichnungseintragung Besondere Anwendungen der Form und Lagetolerierung Tolerierung von Kegeln (ISO 3040:2016) Profiltolerierung von Rohren Tolerierung von Gewinden Definitionsnahe bzw. definitionskonforme Verifikation geometrischer Toleranzen Mess und Prüfverfahren (z. B. Koordinatenmesstechnik, Computertomographie) Messunsicherheit Nachweis von Konformität oder Nichtkonformität mit Spezifikationen (ISO :2013) Unterschiede (Interpretation, Spezifikation und Verifikation) zwischen ISO GPS und ASME Y Ausgewählte Unterschiede der Interpretation und Verifikation dimensioneller und geometrischer Toleranzen zwischen ISO GPS und ASME Y14.5 (Default Regeln und Symbolik) Anwendungsgrenzen von ASME Y Diskussion firmenspezifischer Fragestellungen, Teilnehmerfragen, Abschlussdiskussion Klärung offener Fragen und Verständnisfragen aus dem Teilnehmerkreis Tipps für die Weiterarbeit nach dem Seminar, betriebliche Einführung von ISO GPS Normen und Literatur Hilfreiche Literatur zur dimensionellen und geometrischen Tolerierung Zusammenfassung der wichtigsten ISO GPS Normen für die dimensionelle und geometrische Tolerierung 7

8 ZIELGRUPPEN Projekt, Konstruktions und Entwicklungsleiter Ingenieure aus Konstruktion und Entwicklung, Normung und Qualitätssicherung/Messtechnik Messtechniker und Mitarbeiter aus der Qualitätssicherung Technische Zeichner / Technische Produktdesigner Techniker Technischer Einkauf Mitarbeiter des betrieblichen Ausbildungswesens Mitarbeiter aus Arbeitsvorbereitung und Produktion SEMINARDAUER: 2 Tage ERGÄNZENDE HINWEISE Die vorgeschlagenen Seminarinhalte können an Ihre firmenspezifischen Fragestellungen sowie an die Vorkenntnisse der Teilnehmer angepasst werden. Dementsprechend ist es auch möglich, einzelne Themen aus dem Basisseminar (soweit didaktisch sinnvoll) zu integrieren. Alle Seminarteilnehmer erhalten ausführliche, zweisprachige (dt./engl.) Seminarunterlagen auf dem neuesten Stand der Normung, die sich auch für das Selbststudium eignen. Über den exklusiven Zugang zum Kundenbereich auf unserer Homepage haben die Teilnehmer auch nach dem Seminar stets Zugriff auf die jeweils aktuelle Fassung der Seminarunterlagen und behalten somit sämtliche Normänderungen fest im Blick. KONTAKT Büro Schorndorf: Prof. Dr. Ing. Volker Läpple Steinbeisstraße 18 D Schorndorf Fon: Fax: Mail: info@toleranzen beratung.de Web: beratung.de Fotos (Titelseite): istockphoto/wragg; Engine Images Fotolia.com; Alterfalter Fotolia.com; Andrey Armyagov Fotolia.com 8

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