Vorlesung Qualitätssicherung in der Produktionstechnik

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1 Vorlesung Qualitätssicherung in der Produktionstechnik V1: Auslegung, Nachweise und Qualitätsanforderungen nach EN 1090 (EC 0) und EN 1993 (EC 3) Tischvorlage Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Kannengießer Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Universitätsplatz Magdeburg iwf@uni-magdeburg.de Folie 1 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

2 Normensysteme im Stahlbau Nachweis der Übereinstimmung eines Bauwerks mit den Anforderungen der Bauproduktenverordnung erfolgt durch Normenspezifikationen! Konformitätsnachweis nach DIN EN (EC 0) Ausführung/Herstellung nach DIN EN (EC 0) Bemessung nach DIN EN 1993 (EC 3) Folie 2 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

3 Struktur der DIN EN 1090 (EC0) Ausführung von Stahlbauten Herstellen von Fügen von Bauteilen werksextern Bauproduktrichtlinie Zertifizierung Technische Regeln der Herstellung Technische Regeln der Montage werksintern Qualitätssicherung der Montage Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 3 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

4 Konformitätsnachweis und Ausführung nach EN 1090 (EC 0) Teil 1 regelt Konformitätsverfahren für tragende Bauteile (45 Seiten) 1 Anwendungsbereich 2 Normative Verweisungen 3 Begriffe und Abkürzungen 4 Anforderungen 5 Bewertungsverfahren 6 Konformitätsbewertung 7 Klassifizierung und Bezeichnung 8 Kennzeichnung Anhänge: A Hinweise zur Erstellung der Bauteilspezifikation (informativ) B Beurteilung der werkseigenen Produktionskontrolle (normativ) ZA Abschnitte dieser Norm, die... (die) Bauproduktenrichtlinie betreffen (informativ) sowie Literaturhinweisen Folie 4 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

5 Konformitätsnachweis und Ausführung nach EN 1090 (EC 0) Teil 2 regelt die Herstellung von Stahltragwerken (211 Seiten) 1 Anwendungsbereich 2 Normative Verweisungen 3 Begriffe 4 Ausführungsunterlagen und Dokumentation 5 Konstruktionsmaterialien 6 Vorbereitung und Zusammenbau 7 Schweißen 8 Mechanische Verbindungsmittel 9 Montage 10 Oberflächenschutz 11 Geometrische Toleranzen 12 Kontrolle, Prüfung und Korrekturmaßnahmen Anhänge: A Zusatzangaben auf die Ausführungsklassen bezogene Anforderungen (normativ) B Bestimmung der Ausführungsklassen (informativ) C Checkliste... QM-Plan (informativ) D Geometrische Toleranzen (normativ) E Geschweißte Hohlprofilverbindungen (informativ) F Korrosionsschutz (normativ) G Prüfung der Bestimmung der Haftreibungszahl (normativ) H Prüfung zur Bestimmung des Anziehdrehmomentes (normativ) J Scheiben mit direkten Kraftanzeigern (normativ) K Sechskant-Injektions-Schrauben (informativ) L Flussdiagramm zur Erstellung einer WPS (informativ) M Sequentielles Verfahren zur Kontrolle von Verbindungsmitteln (normativ) Folie 5 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

6 Konformitätsnachweis und Ausführung nach EN 1090 (EC 0) Teil 3 regelt die Herstellung von Aluminiumtragwerken (118 Seiten): 1 Anwendungsbereich 2 Normative Verweisungen 3 Begriffe 4 Ausführungsunterlagen und Dokumentation 5 Konstruktionsmaterialien 6 Bearbeitung 7 Schweißen 8 Mechanische Verbindungen und Klebungen 9 Montage 10 Behandlung von Oberflächen 11 Geometrische Toleranzen 12 Kontrollen, Prüfungen und Nachbesserung Anhänge: A Notwendige Festlegungen bei den Ausführungsklassen (normativ) B Checkliste für QM-Pläne (informativ) C Prüfung der geschweißten Kreuzprobe (normativ) D Verfahrensprüfung zur Bestimmung der Haftreibungszahl (normativ) E Befestigung kaltgeformter Bauteile (informativ) F Oberflächenbehandlung (informativ) G Geometrische Toleranzen Grundlegende Toleranzen (normativ) H Geometrische Toleranzen Ergänzende Toleranzen (normativ) I Geometrische Abweichungen Schalentragwerke (normativ) J Anforderungen an Schweißnähte (informativ) K Beschreibung der Baustellenbedingungen (informativ) L Festlegung der Q-Anforderungen für Schweißnähte (informativ) M Q-Anforderungen für Bauteile und Tragwerke in SC2 (informativ) N Erstellung einer Schweißanweisung (WPS) (informativ) Folie 6 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

7 Konformitätsnachweis nach DIN EN (Begriffe) Tragende Bauteile (Structural Components): Bauteile zur Sicherstellung der Festigkeit und Stabilität und/oder des Feuerwiderstandes unter Berücksichtigung Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Herstellung (Manufacturing): : Bearbeitung, Schweißen, mechanisches Verbinden, Montage, Prüfung, Dokumentation der Leistungsmerkmale Bauteilspezifikation (Component Specification): Dokumente, die für die Herstellung des Bauteils erforderlichen Angaben und Konstruktionsmaterialien (Constituent Products): Bei Herstellung verwendete Materialien oder Produkte mit Eigenschaften, die in die Bemessung eingehen oder mit der Stabilität des Bauwerks oder Teilen hiervon und/oder mit deren Feuerwiderstand, Leistungsmerkmale (Performance Charateristics): Eigenschaften der vorgefertigten Bauteile Deklaration bei Folie 7 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

8 Begriffe gemäß DIN EN Leistungsmerkmal: Oberbegriff für Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 8 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

9 Begriffe gemäß DIN EN Basismerkmal: Die Tragfähigkeit/Gebrauchstauglichkeit eines Bauteils ist gemäß EN stets durch Bemessung (nach ) und Herstellung (nach EN ) sicherzustellen, d. h.: Das Merkmal Herstellung nach Bauteilspezifikation und EN ist daher neben seiner primären Eigenschaft als Herstellungsmerkmal gleichzeitig auch ein Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 9 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

10 Begriffe gemäß DIN EN (Spezielle) Herstellungsmerkmale: Geometrische Toleranzen (= Toleranzen für Maße und Form) Einhaltung der geometrischen Toleranzen bei Bauteilfertigung ist notwendig bei CE- Kennzeichnung von Bauteilen nach DIN EN zu deklarierenden Herstellungsmerkmale, maßgebend ist Schweißeignung und Gehören eng zusammen / sind strenggenommen keine Bauteileigenschaften / stellen ein Merkmal Werkstoff dar: Brandverhalten Entflammbarkeit nach DIN EN Freisetzung gefährlicher Stoffe (Cadmium, radioaktive Strahlen) Europarechtliche Standardforderung, Dauerhaftigkeit bezieht sich ausschließlich auf Korrosion. Korrosionsschutz: Angabe der Oberflächenvorbehandlung und ggf. des Systems nach Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 10 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

11 Begriffe gemäß DIN EN Tragfähigkeitsmerkmale = Eigenschaften eines Bauteils, die sich auf dessen Tragfähigkeit (spezielle Tragfähigkeitsmerkmale): Tragfähigkeit unter quasi-statischen Deklaration nur in Ausnahmefällen in Form von zahlenmäßigen Tragfähigkeitswerten dagegen i.d.r. durch Verweis auf eine statische Berechnung. Grenzverformung - Verformung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit: Grenzwerte für vertikale und/oder horizontale Verformungen Deklaration nur in Ermüdungsfestigkeit: S-N-Kurve bzw. Kerbfallkategorie nach, evtl. auch erwartbare Lebensdauer oder Deklaration nur in Feuerwiderstand: Deklaration als Brandschutz-Leistungsmerkmal Folie 11 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

12 Konformitätsnachweis nach DIN EN Elemente des Konformitätsnachweises: Folie 12 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

13 Konformitätsnachweis nach DIN EN Erstprüfung durch notifizierte Stelle (Zertifizierungs(Z)-Stelle): Zweck: erstmalige Prüfung des Werkes und der werkseigenen Produktionskontrolle WPK (System und Funktion) Umfang: Überprüfung der zur Verfügung stehenden Ressourcen für die Produktion (Räumlichkeiten, betriebliche Einrichtungen, Personal einschl. Stellenbeschreibungen) Überprüfung der in der WPK-Systembeschreibung festgelegten betrieblichen Abläufe hinsichtlich Einhaltung der technischen Vorgaben von DIN EN Überprüfung der in der WPK-Systembeschreibung festgelegten Vorgehensweise bei Nichtkonformität Schweißen: Überprüfung der vorgenannten Punkte hinsichtlich Schweißprozesse, -einrichtungen, - personal usw. Schweißzertifikat : DVS-Richtlinie 1711 (Checkliste für Erstinspektionspunkte) Die Erstprüfung ist weniger wichtig als die WPK, wird vom Zertifizierer nicht überprüft! Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Siehe auch Umdruck Dr. Hübner Folie 13 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

14 Beispiele für Schweißzertifikat Siehe auch Umdruck Dr. Hübner Vorzulegen bei notifizierter Stelle (Z-Stelle) bei der Erstinspektion Folie 14 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

15 Konformitätsnachweis nach DIN EN Eigenkontrolle durch werkseigene Produktionskontrolle (WPK): Zweck: Aufbau: Die WPK ist essentiell für Konformitätsnachweis nach DIN EN ! Siehe auch Umdruck Dr. Hübner Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 15 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

16 Beispiele für Konformitätserklärung durch Betrieb Inhalt der Konformitätserklärung: Name und Anschrift des Herstellers (oder seines Vertreters im EWR). Beschreibung der Stahlbauteile Maßgebende Eur. Techn. Spezifikation Ggf. besondere Verwendungshinweise Nummer des WPK-Zertifikats, Name u. Anschrift der notifizierten Stelle (Z-Stelle). Name u. Funktion d. Person, die die Konformitätserklärung unterzeichnen darf Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 16 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

17 Beispiele für WPK-Schweiß-Zertifikat durch Z-Stelle Angaben in Schweißzertifikaten: Geltungsbereich und anzuwendende Normen Ausführungsklasse(n) Schweißverfahren Ausgangswerkstoff(e) verantwortliche Schweißaufsicht Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 17 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

18 Beispiele für Konformitätserklärung durch Betrieb CE-Kennzeichnung durch Betrieb 4 Deklarationsverfahren für CE- Kennzeichnung: Basismerkmal Sechs Herstellungsmerkmale Bei Verfahren 1 und 3a keine Tragfähigkeitsmerkmale, deshalb: NPD (No Performance Determined) Bei Verfahren 2 und 3b einige oder alle vier Tragfähigkeitsmerkmale (i. d. R. Verweis auf eine stat. Berechnung) Der Hersteller oder sein im EWR ansässiger Bevollmächtigter ist für das Anbringen der CE- Kennzeichnung verantwortlich Quelle: Beuth-Kommentar, M. Volz Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 18 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

19 Konformitätsnachweis nach DIN EN Laufende Überwachung durch Z-Stelle: Ziel: regelmäßige Überprüfung des Systems der WPK des Herstellers, um erneut zu bestätigen, dass das WPK-System zur Steuerung einer qualitätsgesicherten Produktion der vom Hersteller nach EN gefertigten tragenden Stahlbauteile tatsächlich funktioniert. Überwachungsintervalle: Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 19 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

20 Ausführung nach EN 1090 (EC 0) Teil 2 regelt die Herstellung von Stahltragwerken (211 Seiten) 1 Anwendungsbereich 2 Normative Verweisungen 3 Begriffe 4 Ausführungsunterlagen und Dokumentation 5 Konstruktionsmaterialien 6 Vorbereitung und Zusammenbau 7 Schweißen 8 Mechanische Verbindungsmittel 9 Montage 10 Oberflächenschutz 11 Geometrische Toleranzen 12 Kontrolle, Prüfung und Korrekturmaßnahmen Anhänge: A Zusatzangaben auf die Ausführungsklassen bezogene Anforderungen (normativ) B Bestimmung der Ausführungsklassen (informativ) C Checkliste... QM-Plan (informativ) D Geometrische Toleranzen (normativ) E Geschweißte Hohlprofilverbindungen (informativ) F Korrosionsschutz (normativ) G Prüfung der Bestimmung der Haftreibungszahl (normativ) H Prüfung zur Bestimmung des Anziehdrehmomentes (normativ) J Scheiben mit direkten Kraftanzeigern (normativ) K Sechskant-Injektions-Schrauben (informativ) L Flussdiagramm zur Erstellung einer WPS (informativ) M Sequentielles Verfahren zur Kontrolle von Verbindungsmitteln (normativ) Folie 20 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

21 Ausführungsunterlagen und Dokumentation nach DIN EN Funktion, Art und Umfang: am Ausführungsprozess beteiligte Nutzer sind mit den notwendigen Informationen zu versehen EN gibt keine Hinweise zur konkreten Art/Form der Ausführungsunterlagen ( execution specification = set of documents ) Zentraler Bestandteil der Ausführungsunterlagen sind die Ausführungszeichnungen!.. Inhalte: Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 21 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

22 Ausführungsunterlagen und Dokumentation nach DIN EN Bauteilspezifikation (Component Specification): Werkstattzeichnung eines vorgefertigten tragenden Bauteils nach DIN EN , gehört zu den Ausführungsunterlagen! Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 22 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

23 Ausführungsunterlagen und Dokumentation DIN EN Herstellerdokumentation: Dokumentation: Vor Beginn der Ausführungsarbeiten Qualitätsdokumentation (notwendig ab Ausführungsklasse EXC2) Inhalte: Organigramm Vorgesehene Arbeitsprozesse Prüfplan Vorgehensweise bei Änderungen Dokumentation: Nach Beginn der Ausführungsarbeiten Ausführungsdokumentation (notwendig für alle Ausführungsklassen) Es sind alle Ausführungsbelege zu dokumentieren! Inhalte: Prüfbescheinigungen nach EN Aufzeichnungen zwecks Rückverfolgbarkeit Qualitätsmanagementplan (QM-Plan) Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 23 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

24 Geltungsbereich der Ausführungsklassen EXC 1 bis EXC 4 EXC 1: - vorwiegend ruhend beanspruchte Tragwerke (bzw. Bauteile) - Stahl bis Festigkeitsklasse S275 - Bsp.: EXC 2: - vorwiegend ruhend und nicht vorwiegend ruhend beanspruchte Tragwerke ( ) - Stahl bis Festigkeitsklasse S700 - Bsp.: Tragewerke, die nicht in EXC 1, EXC 3 genannt sind oder auf die EXC 4 nicht zutrifft EXC 3: - vorwiegend ruhend und nicht vorwiegend ruhend beanspruchte Tragwerke ( ) - Stahl bis Festigkeitsklasse - Bsp.: EXC 4: - dynamisch beanspruchte Tragwerke ( ) mit extremen Versagensfolgen für Menschen und Umwelt - Bsp.: Folie 24 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

25 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Eigenkontrolle durch werkseigene Produktionskontrolle (WPK): Schweißen ist in Übereinstimmung mit den Anforderungen des maßgebenden Teils von DIN EN 3834 durchzuführen Je nach Ausführungsklasse gilt DIN EN : EXC1, Teil 4 Qualitätsanforderungen ; EXC2, Teil 3 Qualitätsanforderungen; EXC3 / EXC4, Teil 2 Qualitätsanforderungen. Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 25 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

26 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Werkstoff Herstellung von Schweißkonstruktionen Tragfähigkeit/Gebrauchstauglichkeit eines Bauteils ist nach EN stets durch Bemessung (EN 1993) und Herstellung (nach EN ) sicherzustellen. Nahtform (I-Naht, Kehlnaht) Bemessungsgeeignete Herstellung! Folie 26 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

27 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Schweißplan und Schweißfolgeplan Schweißplan: (ISO 857-1) Plan, in dem der gesamte schweißtechnische Fertigungsablauf festgelegt ist, z.b. Schweißfolgeplan, Schweißbedingungen, Schweißparameter. aller schweißtechnischen Fertigungspläne (Heftfolgeplan, Schweißfolgeplan, Schweißanweisung, Fertigungspläne), Schweißfolgeplan generelle Erfordernis nach DIN EN Teil 7 Schweißfolgeplan: Plan, in dem die Aufeinanderfolge des Schweißens an einem Werkstück festgelegt ist. Er enthält Angaben zur Folie 27 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

28 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Inhalte eines Schweißplanes (DVS-Merkblatt 1710): Schweißplan muss vorliegen als Bestandteil der geforderten Planung der Produktrealisierung des maßgebenden Teils von DIN EN ISO 3834 wird generell gefordert, unabhängig von der Ausführungsklasse a) Schweißanweisungen einschl. Anforderungen an Schweißzusätze b) Maßnahmen zur Vermeidung von Verzug c) Schweißfolge mit allen Einschränkungen d) Anforderungen bzgl. Zwischenprüfungen e) Drehen der Bauteile während d. Schweißens f) Details der anzubringenden Einspannungen g) Maßnahmen z. Vermeiden v. Terrassenbrüchen h) Spezialausrüstung für Schweißzusätze j) Abnahmekriterien für Schweißnähte k) Verweis auf Kontroll- und Prüfplan l) Anforderungen an die Schweißnahtidentifizierung m) Anforderungen an den Oberflächenschutz Quelle: H. Schmidt, Essen 2012 Folie 28 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

29 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Schweißfolgeplan - Übersicht Folie 29 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

30 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Schweißfolge festlegen Nahtreihenfolge einer Blechkonstruktion Anzahl der Schweißlagen für Kehlnähte (Richtwerte für konventionelles Lichtbogenschweißen) Lagenaufbau bei Doppel- V-Nähten Folie 30 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

31 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Wärmeschrumpfungen möglichst frei auswirken lassen, da sonst hohe Eigenspannungen entstehen (Sprödbruchgefahr). Fenster -Schweißung: eingeschränkte freie Verformung (ungünstig) Festlegung von Schweißfolgen: z.b. Pilgerschrittverfahren Folie 31 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

32 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Schweißfolge zur Minimierung von Eigenspannungen Pilgerschritt-Schweißfolge Kaskaden-Schweißfolge Schweißfolge bei ungleicher Spaltbreite Quelle: B. Scholtes, Uni Kassel Folie 32 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

33 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Beispiel: Schweißen einer ebenen Ringplatte aus Sektorenblechen. Jeder Stoß wird in der angegebenen Folge geschweißt, bevor die nächste Naht geheftet wird. Quelle: B. Scholtes, Uni Kassel Folie 33 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

34 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Beispiel für einen Schweißplan Folie 34 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

35 Schweißfolgeplan - Details Folie 35 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

36 Beispiel für einen Schweißplan Quelle: OU Schönebeck Folie 36 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)

37 Qualitätsanforderungen für geschweißte Konstruktionen Schweißfolge - Grundregeln Einzelteile so einbauen, dass sie möglichst ungehindert Schweißnähte, die starre Verbindungen ergeben, zuletzt schweißen Bei dünnwandigen Konstruktionen zuerst Aussteifungen schweißen Einzelteile und Schweißgruppen fertig schweißen Längs- und Querstumpfnähte: die in Kraftrichtung liegende Naht zuletzt als Durchlaufnaht heften und schweißen Kreuzung von Stumpf- und Kehlnähten: erst Stumpf-, dann Kehlnaht schweißen, um Querschrumpfung der Stumpfnaht Heftstellen kräftig ausführen, LBH-Wurzellage von Stumpfnähten >= 1 m Länge, Kehlnähte durchgehend schweißen, bei längeren Nähten von der Mitte beginnend Fest eingespannte dicke Teile: Kaskadenschweißung, um Risse in der Wurzel zu vermeiden, in der Mitte der Stoßstelle beginnen Räumliche Bauteile: Schrumpfmomente beachten, Schweißnähte symmetrisch zur Schwerachse, einander entsprechende Nähte gleichzeitig schweißen Ungleiche Spaltbreite: wechselseitig abschnittsweise schweißen Walzprofile: zuerst am dünnsten Querschnitt (Steg) schweißen, dann zum freien Flansch hin Quelle: B. Scholtes, Uni Kassel Folie 37 ( Kannengießer VL QS in PT SoSe 2014)