Maß-, Form- und Lagetoleranzen (ISO GPS)
Basisseminar und Praxisworkshop
Auf vielfachen Wunsch unserer Kunden bieten wir nunmehr auch unser bewährtes zweitägiges Praxisseminar in Kombination mit einem eintägigen Praxisworkshop als kompakte dreitägige Kombiveranstaltung an. Sie können selbstverständlich die beiden Veranstaltungen (Basisseminar und Praxisworkshop) auch einzeln buchen und zu unterschiedlichen Zeiten teilnehmen.
Die Kombination aus Basisseminar und unmittelbar anschließendem Praxisworkshop erlaubt es Ihnen, die theoretischen Grundlagen noch besser zu verstehen und unmittelbar an praktischen Tolerierungsaufgaben anzuwenden.
Informationen zum Basisseminar (Tag 1 und Tag 2)
Zum Thema
Die ersten Normen zur dimensionalen und geometrischen Tolerierung ("Maß-, Form- und Lagetolerierung") wurden in Deutschland bereits Ende der 1950er-Jahre veröffentlicht. Jedoch auch heute, mehr als ein halbes Jahrhundert nach ihrer Veröffentlichung, ist die Mehrzahl der Anwender mit der funktions-, fertigungs-, prüf- und kostengerechten Anwendung sowie der richtigen Interpretation und messtechnischen Umsetzung noch immer überfordert.
Dies zeigt sich unter anderem daran, dass weit mehr als die Hälfte aller technischen Produktspezifikationen (Konstruktionszeichnungen) alleine im Hinblick auf ein sinnvolles Toleranzmanagement unvollständig, mehrdeutig oder falsch sind. In Konsequenz lässt die den meisten Konstruktionszeichnungen zugrunde liegende Tolerierung die Herstellung funktionsunfähiger Produkte zu, da eine eindeutige und vollständige Produktspezifikation ohne geometrische Toleranzen nicht möglich ist.
Eine fehlerhafte und nicht funktionsgerechte Tolerierung führt häufig zur Festlegung zu enger "Angsttoleranzen", zu einer aufwändigen und teuren Fertigung, zu einer schwierigen und teuren Prüfung und letztlich zu einem unnötig hohen Abstimmungsbedarf zwischen Konstruktion, Produktion und Qualitätssicherung, während die Qualität des Produkts hierdurch nicht verbessert wird.
Eine sinnvolle, funktionskonforme und kosteneffiziente geometrische Tolerierung ist in vielen Unternehmen auch heute noch nicht mit genügender Sorgfalt eingeführt, obwohl sich gerade hierdurch erhebliche Kosten bei der Kommunikation, der Fertigung sowie der Prüfung einsparen lassen.
Seminarziel
Das Seminar vermittelt Ihnen die wichtigsten, heute verfügbaren Werkzeuge zur dimensionalen und geometrischen Tolerierung (Maß-, Form- und Lagetolerierung) auf Basis der neuen internationalen GPS-Standards der ISO.
Es sollte Ihnen nach dem Besuch des Seminars möglich sein, die dimensionalen und geometrischen Toleranzen ("Maß-, Form- und Lagetoleranzen") zur Lösung - auch komplexer - konstruktiver Aufgabenstellungen sicher und normkonform anzuwenden, insbesondere im Hinblick auf die Verminderung der Fertigungs- und Prüfkosten sowie des innerbetrieblichen und des externen Abstimmungsbedarfs. Weiterhin werden Sie in der Lage sein, Kundenzeichnungen richtig zu interpretieren, kritisch zu hinterfragen und auf "Augenhöhe" mit Ihren Vertragspartnern zu kommunizieren. Besonderer Wert wird auf eine durchgängig anschauliche und praxisgerechte Vermittlung der Inhalte gelegt.
Ihr Nutzen - Sie lernen in diesem Seminar:
- die wichtigsten "Werkzeuge" und Änderungen mit Einführung unter anderem von ISO 14405-3:2016 bzw. ISO/DIS 14405:2024, ISO 1101:2017, ISO 5458:2018, ISO 5459:2024 kennen, sowie die wesentlichen Inhalte ausgewählter ergänzender GPS-Normen der ISO, wie zum Beispiel ISO 1660:2017,
- die Anwendungsgrenzen dieser Normen bei der Lösung funktionell-konstruktiver Aufgabenstellungen kennen und erhalten wertvolle Tipps für die Praxis,
- die wesentlichen Inhalte von ISO 8015:2011 und ihre nicht unerheblichen Auswirkungen auf die korrekte Interpretation von Toleranzinformationen in Technischen Produktdokumentationen (z. B. "Grundsatz der Unabhängigkeit"),
- die Auswirkungen einer mehrdeutigen Tolerierung auf die Fertigungs- und Prüfkosten, die Funktionalität und Produkthaftung, (z. B. fehlerhafte Bezüge und Bezugssysteme) kennen und sicher zu beseitigen,
- die Festlegung funktions-, fertigungs- und prüfgerechter Bezüge,
- auf welche Weisen durch eine funktionsorientierte Tolerierung die Fertigungs- und Prüfkosten vermindert und die Produktwertigkeit erhöht werden kann,
- eine zeitgemäße Tolerierungsstrategie unter Einbindung digitaler CAD-Datensätze im Sinne der modellbasierten Produktdefinition (MBD) kennen,
- Möglichkeiten zur Vermeidung von Fehlinterpretationen interner und externer Konstruktionszeichnungen.
Alle Seminarteilnehmer erhalten eine ausführliche, teilweise zweisprachige (dt. und engl.) Seminardokumentation mit vielen nützlichen und aktuellen Informationen, Tipps und Praxisbeispielen.
Seminarinhalte
Themenbereich 1: Einführung in das Toleranzmanagement und das GPS-Normensystem der ISO (ISO GPS)
Recht, Produkthaftung und Konsequenzen typischer Tolerierungsfehler
- Recht und Produkthaftung: Konsequenzen einer fehlerhaften, mehrdeutigen oder nicht normkonformen Produktdokumentation – Wer haftet im Schadenfall?
- Überblick der häufigsten Tolerierungsfehler in Konstruktionszeichnungen und ihre Konsequenzen
- Kostenwirksamkeit von Toleranzen und Zusammenarbeit im Unternehmen
Das GPS-Normensystem der ISO – Aufbau, Ziele und Nutzen
- Geometrische Produktspezifikation (GPS) – Das GPS-Matrixmodell (ISO 14638:2015)
- Das GPS-Normensystem der ISO als Voraussetzung für die modellbasierte Produktbeschreibung (Modellbasierte Produktdefinition, MBD)
- Dokumentenarten mit GPS (ISO/TS 21619)
- Operatorkonzept und Spezifikationsoperatoren (ISO 17450-2:2013)
Digitale Produktdefinition und 3D-Visualisierung
- Zeichnungslose Produktdokumentation (VDA 4953-2:2015)
- Verfahrensregeln für die digitale Produktdefinition (ISO 16792:2021)
Themenbereich 2: Grundlegende Prinzipien und Regeln des GPS-Normensystems der ISO
- Grundlegende Prinzipien und Regeln auf Basis von ISO 8015:2011 – Bedeutung der Grundsätze, erklärt an typischen Beispielen:
- Grundsatz des Aufrufens
- Grundsatz der GPS-Normenhierarchie
- Grundsatz der bestimmenden Zeichnung
- Grundsatz des Geometrieelementes
- Grundsatz der Unabhängigkeit
- Grundsatz der Dezimaldarstellung
- Grundsatz der Standardfestlegung
- Grundsatz der Referenzbedingungen
- Grundsatz des starren Werkstücks
- Grundsatz der Dualität
- Grundsatzes der Dualität
- Grundsatz der Funktionsbeherrschung
- Grundsatz der allgemeinen Spezifikation
- Grundsatz der Verantwortlichkeit - Auswirkung von ISO 8015:2011 auf bestehende und neue Produktspezifikationen (Interpretation)
Themenbereich 3: Dimensionale Tolerierung (Maßtolerierung) – Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen
- Typische Fehler der dimensionalen Tolerierung (Maßtolerierung) in Technischen Produktdokumentationen (Fallbeispiele) und ihre weitreichenden Auswirkungen auf die Funktion
- Zweipunktgrößenmaß als Default-GPS-Spezifikationsoperator für lineare Größenmaße (ISO 14405-1:2016 und ISO 17450-3:2016) – Funktionelle Konsequenzen und messtechnische Umsetzung (Verifikation)
- Die Hüllbedingung als zeichnungsspezifischer, spezieller Default-GPS-Spezifikationsoperator der ISO für lineare Größenmaße ("Hüllprinzip"): Konsequenzen auf Funktion, Fertigungs- und Prüfkosten
- Festlegung eines sinnvollen zeichnungs- oder firmenspezifischen GPS-Spezifikationsoperators u. a. unter Berücksichtigung der verfügbaren Prüfmittel
- Funktionen beschreiben durch korrekte Auswahl und Festlegung von Spezifikations-Modifikatoren (ISO 14405-1:2016) für lineare Größenmaße (z. B. Hüllbedingung)
- ISO-Maßtoleranzsystem (ISO 286-1:2010, -2:2010): Richtige Interpretation ISO-codierter linearer Größenmaße (z. B. 30 H7)
Themenbereich 4: Grundlagen der geometrischen Tolerierung, Toleranzindikator und Toleranzzonen
- Typische Fehler der geometrischen Tolerierung (Fallbeispiele) und mögliche Konsequenzen
- Referenzgeometrieelemente
- Toleranzindikator - Aufbau und Eintragungsregeln für integrale und abgeleitete Geometrieelemente. Alternative Kennzeichnungsmöglichkeit für abgeleitete Geometrieelemente
- Kennzeichnung eingeschränkter Bereiche
- Theoretische Maße (TED) und theoretisch exaktes Geometrieelement (TEF)
- Toleranzzonen - Form (z. B. linear, zylindrisch, sphärisch) und Weite, Anwendungsbeispiele
- Spezifiziert versetzte Toleranzzone (UZ-Modifikator) und unspezifiziert versetzte Toleranzzone (OZ-Modifikator)
Themenbereich 5: Formtolerierung (ISO 1101:2017, ISO 1660:2017)
- Geradheit von Linienelementen einer nominellen Ebene sowie von Linienelementen und zentralen Linie eines Zylinders
- Ebenheit für integrale und zentrale nominell ebene Geometrieelemente
- Rundheit von zylinderförmigen Flächen und nicht zylinderförmigen Rotationsflächen, Richtungselemente-Indikator
- Zylindrizität
- Linien- und Flächenprofil ohne Bezüge (ISO 1660:2017)
- Typische Anwendungsbeispiele für die Formtolerierung (z. B. Dichtflächen)
- Referenzgeometrieelemente: Default-Festlegungen (ISO 12180-1, -2; ISO 12181-1, -2 ISO 12780-1, -2; ISO 12781-1, -2), Modifikatoren für die Assoziation von Referenzgeometrieelementen und Entstehung möglicher Widersprüche
- Erkennen unvollständiger und fehlerhafter Prüfprotokolle
Themenbereich 6: Bezüge und Bezugssysteme (ISO 5459:2014)
- Die Rolle der Bezüge, funktionsgerechte Festlegung von Bezügen, typische Anwendungsfälle, Praxisbeispiele und Tipps
- Bezugssymbol, Eintragungsregeln für integrale und zentrale Geometrieelemente
- Direkte und indirekte geometrische Tolerierung von Bezügen
- Standardmäßige Regeln für die Bildung von Einzelbezügen nach ISO 5459: Ebene, Kreis und Zylinder, Kugel, Parallel-Linien- und Parallel-Ebenenpaar, Kegel und Keil
- Gemeinsamer Bezug: Zeichnungseintragung und Regeln für die Bezugsbildung, Anwendungs- und Praxis-beispiele, Bildung eines gemeinsamen Bezugs aus einer Kollektion von mehr als zwei Flächen, messtechnische Probleme bei der Bildung eines gemeinsamen Bezugs
- Bezugssysteme: Aufbau und Interpretation von Bezugssystemen, Mehrdeutigkeit von Bezugssystemen, Anwendungsbeispiele und Praxistipps
- Erkennen unbrauchbarer Bezüge und Bezugssysteme, Abhilfemaßnahmen
- Bezugsstellen: Symbolik, feste und bewegliche Bezugsstelle, berührendes Geometrieelement [CF]
- Übungen und Praxisbeispiele zur funktions-, fertigungs- und prüfgerechten Bezugsbildung
- Änderungen und neue Tolerierungsmöglichkeiten mit Einführung von ISO 5459:2024 sowie kritische Diskussion der Norm
Themenbereich 7: Richtungs-, Orts und Lauftolerierung (ISO 1101:2017)
Logik der Richtungs- und Ortstolerierung
- Elementare Prinzipien, Funktionen beschreiben durch Blockieren und Freigeben von Freiheitsgraden
- Symmetrieklassen von Flächen und Linien, Reduktion auf Situationselemente sowie Beschreibung funktionaler Anforderungen durch Reduktion von Freiheitsgraden
Richtungstoleranzen
- Anwendungsregeln, Beispiele und Anwendungsgrenzen (ISO 1101:2017)
- Parallelität
- Rechtwinkligkeit
- Neigung
- Richtungsgebundenes Linien- und Flächenprofil (ISO 1660:2017)
Ortstoleranzen
- Fundamentale Regeln, Beispiele und Unterschiede zu Form- und Richtungstoleranzen
- Position
- Konzentrizität und Koaxialität
- Symmetrie
- Ortsgebundenes Linien- und Flächenprofil (ISO 1660:2017)
Lauftoleranzen
- Regeln, Anwendungsbeispiele und Anwendungsgrenzen
- Rundlauf (radial, axial, in beliebiger Richtung, in spezifizierter Richtung)
- Gesamtrundlauf (radial und axial)
- Unterschied zwischen radialem Rundlauf, Rundheit und Koaxialität, Praxisbeispiele
Themenbereich 8: Elementgruppenspezifikation (ISO 5458:2018)
- Konsequenzen aus dem Grundsatz der Unabhängigkeit (ISO 8015:2011) und Notwendigkeit der Bildung von Elementgruppen, grundlegende Konzepte
- Regeln der Elementgruppenspezifikation sowie Ausnahmen
- Einstufige und mehrstufige, einzelne Elementgruppenspezifikation, SZ-, CZ- und CZR-Modifikatoren, Identifikation fehlerhafter Sequenzen
- Mehrfache Elementgruppenspezifikation, SIM-Modifikator
- Unterschiede zwischen ISO 5458:2018 und ISO 5458:1998, signifikante Regeländerungen
Themenbereich 9: Mehrdeutige Allgemeintoleranznormen und eindeutige geometrische Spezifikation
- Mehrdeutigkeit und Lücken von ISO 2768-1, -2 (zurückgezogen) sowie ISO 20457:2018
- Mögliche Konsequenzen bei der Anwendung von ISO 2768-1, -2 (zurückgezogen) sowie ISO 20457:2018 auf die Zeichnungsinterpretation und Produkthaftung
- Allgemeine dimensionale und geometrische Spezifikation (ISO 22081:2021) – Anwendungsregeln und Anwendungsgrenzen
- Konsequenzen und mögliche Widersprüche aus der Anwendung von DIN 2769 in Zusammenhang mit ISO 22081 - Empfehlungen aus der Praxis
Themenbereich 10: Virtuelle Materialbedingungen (ISO 2692:2021) - Einführung
- Maximum-Material-Bedingung als Instrument zur Toleranzerweiterung ohne Beeinträchtigung der Funktion, Verminderung von Fertigungs- und Prüfkosten
- Begriffe und normgerechte Zeichnungseintragung
- Neue und erweiterte Anwendungsmöglichkeiten mit Einführung von ISO 2692:2021
- Übungs-, Praxis- und Anwendungsbeispiele zur Verdeutlichung der Maximum-Material-Bedingung
- Einführende Information zur Minimum-Material- und zur Reziprozitätsbedingung (LMR und RMR)
Themenbereich 11: Tolerierung nicht formstabiler Teile und projizierte Toleranzzone
- Tolerierung nicht formstabiler Teile (ISO 10579:2010)
- Unterscheidung formstabiler und nicht formstabiler Teile, Notwendigkeit der Spezifikation von Aufspannbedingungen, Erkennen fehlerhafter Spezifikationen
- Regeln für die Zeichnungseintragung, Modifikator für den freien Zustand
- Projizierte Toleranzzone (ISO 1101:2017)
- Eintragungsregeln für die projizierte Toleranzzone (toleriertes Geometrieelement und Bezugselement)
- Anwendungsbeispiele und Nutzen der projizierten Toleranzzone
Themenbereich 12: Allgemeine geometrische und dimensionale Tolerierung
- Konsequenzen aus dem Rückzug von ISO 2768-2
- Normen die im Sinne der Eindeutigkeit und Vollständigkeit einer Produktspezifikation zwingend vermeiden werden sollten (u. a. ISO 20457 sowie DIN 2769)
- Allgemeine dimensionale und geometrische Tolerierung: Wesentliche Inhalte von ISO 22081:2021 und ihre Anwendungsgrenzen
Themenbereich 13: Teilnehmerfragen, Abschlussdiskussion, wichtige GPS-Normen der ISO und Literatur
- Klärung offener Fragen und Verständnisfragen aus dem Teilnehmerkreis sowie Diskussion firmenspezifischer Fragestellungen
- Diskussion ausgewählter kundenspezifischer Produktdokumentationen («Zeichnungen»)
- Tipps für die Weiterarbeit nach dem Seminar: Betriebliche Implementierung eines Toleranzmanagementsystems auf Basis des GPS-Normensystems der ISO
- Hilfreiche Literatur zur dimensionalen und geometrischen Tolerierung
- Zusammenfassung der wichtigsten GPS-Normen der ISO für die dimensionale und geometrische Tolerierung
Informationen zum Praxisworkshop (Tag 3)
Ziele des Praxisworkshops
Das GPS-Regelwerk der ISO (ISO GPS) ist zwischenzeitlich eines der größten Regelwerke der mechanischen Technik. In unseren zweitägigen Basis- und Vertiefungsseminaren vermitteln wir Ihnen schwerpunktmäßig die Logik des geometrischen Tolerierens sowie aus unserer mehr als 20-jährigen praktischen Erfahrung eine sinnvolle Auswahl der wichtigsten Regeln, Grundsätze, Prinzipien und Modifikatoren. Die eigentliche Herausforderung ist jedoch weniger das Verständnis der Theorie als vielmehr die praktische Umsetzung am Produkt. Unserer eintägiger Praxisworkshop verfolgt dementsprechend vier primäre Ziele:
- Klärung offener Fragen, die sich im Nachgang zum Besuch unserer Seminare oder bei einer zwischenzeitlich möglicherweise erfolgten praktischen Umsetzung ergeben haben.
- Diskussion von Verständnisfragen aus weitgehend allen Themengebieten der dimensionalen und geometrischen Tolerierung zur „Festigung“ des vorhandenen Fachwissens.
- Lösung komplexer, praxisorientierter Aufgaben, insbesondere zeigen wir Ihnen den formalen Weg von der Analyse der Funktion einzelner Bauteile innerhalb einer Baugruppe bis zur vollständigen „Übersetzung“ in geometrisch-mathematische Operatoren auf Basis des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS).
- Korrekter Umgang mit den „Grenzen“ des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS). Unsere praktische Erfahrung aus mehreren tausend Zeichnungsdurchsprachen mit Kunden aus nahezu allen Industriebereichen zeigt, dass nur etwa 2/3 der funktionalen Aufgabenstellungen, mit den bisherigen „Werkzeugen“ des GPS-Regelwerks der ISO ausreichend bis gut lösbar sind. Bekannte Probleme stellen beispielsweise die allgemeine dimensionale und geometrische Tolerierung unter Berücksichtigung werkstoffphysikalischer Gegebenheiten, der korrekte Umgang mit Bezugssystemen, die Beschreibung einer nicht vorhandenen Formstabilität oder die Berücksichtigung fertigungstechnischer und messtechnischer Randbedingungen dar.
Das Veranstaltungsformat zielt darauf ab, die Teilnehmer aktiv in die Diskussion und Lösungsfindung einzubeziehen. Lösungen werden wir demensprechend gemeinsam erarbeiten und Lösungsalternativen im Teilnehmerkreis diskutieren. Selbstverständlich bietet der Workshop auch die Möglichkeit, offene Fragen zu klären.
Sie erhalten eine sehr ausführliche Aufgabensammlung sowie ausführliche Lösungsvorschläge. Damit wird es Ihnen möglich sein, die im Workshop nicht besprochenen oder offenen Aufgaben selbständig zu bearbeiten, den Lernerfolg anhand der Lösungsvorschläge zu überprüfen und letztlich Ihr Fachwissen weiter zu festigen.
Ihr Nutzen - Sie lernen im Praxisworkshop anhand einprägsamer Beispiele und Aufgaben
- die Auswirkungen des Grundsatzes der Unabhängigkeit (ISO 8015) auf die Funktion und die korrekte Bildung von Elementgruppen mit Hilfe verfügbarer Modifikatoren (z. B. „CZ“, „CZR“ „SIM“, „UF“, „SZ“ und "CT"),
- die korrekte Anwendung von Ebenen- und Geometrieelement-Indikatoren und deren Anwendungsgrenzen. Damit schaffen Sie die Voraussetzung geometrische Merkmale künftig im Sinne der modellbasierten Produktdefinition (MBD) als geometrische Attribute direkt dem digitalen Modell hinzuzufügen und nutzbar zu machen,
- die Assoziation (Defaults und Modifikatoren) als grundlegende Elementoperation zur Festlegung von dimensionalen und geometrischen Merkmale kennen und Sie vertiefen dabei Ihre Kenntnisse über die Logik des geometrischen Tolerierens,
- die grundlegende Bedeutung von Referenzgeometrieelementen (Defaults und Spezifikationselemente zur Anpassung an die funktionalen oder messtechnischen Anforderungen) sowie deren Auswirkung auf die Messergebnisse und deren korrekte Interpretation,
- dass die überwiegende Zahl der geometrischen Merkmale der Form-, Richtungs- und Ortstolerierung redundant und damit verzichtbar sind und durch konsequente Reduktion die meisten Produktspezifikationen nicht nur übersichtlicher gestaltet, sondern auch die Gefahr fehlerhafter Tolerierungen sowie von Fehlinterpretationen deutlich minimiert wird,
- auf welche Weise Situationselemente identifiziert, zur Lösung funktionaler Anforderungen (Reduktion von Freiheitsgraden) korrekt ausgewählt und der Technischen Produktdokumentation normkonform spezifiziert werden. Damit wird es Ihnen möglich sein, die Logik des geometrischen Tolerierens insgesamt und grundlegend zu verstehen und bisher unlösbare Tolerierungsaufgaben souverän zu lösen,
- die widerspruchsfreie und funktionskonforme Festlegung von Formtoleranzen kennen. Sie sind in der Lage, eine sinnvolle Zielfunktion bei der Assoziation des Referenzgeometrieelements zur Quantifizierung von Formabweichung zu wählen und korrekt zu spezifizieren,
- die korrekte Bezugsbildung sowie die richtige Anwendung von Operatoren zur Reduktion von Freiheitsgraden, wie zum Beispiel [PL], [SL], [PT], [HX] und ><. Damit wird es Ihnen möglich sein, für bisher unlösbare Tolerierungsaufgaben einfache Lösungen zu finden. Ferner werden wir auf die Problematik der Mehrdeutigkeit der überwiegenden Zahl von Bezugssystemen in GPS-Regelwerk der ISO (ISO GPS) eingehen und Ihnen einfache Möglichkeiten zur Identifikation und Festlegung eindeutiger Bezugssysteme aufzeigen. Abschließend werden die für den Anwender z. T. nicht durchweg positiven Änderungen in der neuen ISO 5459:2024 kurz besprochen,
- dass die Anwendung von Allgemeintoleranznormen, wie zum Beispiel ISO 20457 oder DIN 2769, hinsichtlich der eindeutigen und vollständigen Produktbeschreibung zu signifikanten Tolerierungsfehlern (Widersprüchen) führen kann und damit zwingend vermieden werden sollte. Anhand von Beispielen zeigen wir Ihnen aber auch, welche Konsequenzen und Risiken bei der Vereinbarung von zurückgezogenen Standards (z. B. ISO 2768-2) zu erwarten sind und weshalb auch ISO 22081 in der Praxis nur bedingt angewandt werden kann,
- anhand eines konkreten Funktionsbeispiels aus der Praxis den prinzipiellen Weg bzw. die Systematik von der Funktionsanalyse bis zur funktionsgerechten geometrischen Spezifikation aber auch die heutigen Grenzen des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) kennen,
- Strategien zur kosteneffizienten betrieblichen Implementierung des GPS-Regelwerks der ISO sowie die zwingend notwendigen Voraussetzungen kennen,
- eine Vielzahl hilfreicher Praxistipps zur funktionskonformen, kosteneffizienten, fertigungs- und prüfgerechten dimensionalen und geometrischen Tolerierung auf Basis des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) kennen.
Alle Seminarteilnehmer erhalten eine exklusiv für den Praxisworkshop ausgearbeitete (teilweise zweisprachige, dt. und engl.) Aufgabensammlung mit ausführlichen Lösungen.
Inhalte des Praxisworkshops
Themenbereich 1: Elementgruppen (ISO 8015, ISO 5458)
Der "Grundsatz der Unabhängigkeit" (ISO 8015) ist ein fundamentaler Grundsatz des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) und einer der signifikantesten Unterschiede zu anderen Regelwerken der geometrischen Tolerierung (z. B. ASME Y14.5). Wir werden Ihnen anhand einprägsamer Beispiele und Aufgaben für den Fall, dass die gewählten Bezüge nicht alle nicht-redundanten (blockierbaren) Freiheitsgrade der tolerierten Geometrieelemente (Referenzgeometrieelemente) einschränken können, die "Konsequenzen" dieses Grundsatzes für die relative Richtung bzw. den relativen Ort zwischen den Referenzgeometrieelementen und damit letztlich die Funktion aufzeigen.
In diesem Zusammenhang werden wir anhand sinnvoller Aufgaben die korrekte Bildung von Elementgruppen (ISO 5458 und ISO 14405-1 und -3) aufzeigen und die richtige Anwendung der Operatoren „CZ“, „CZR“ „SIM“, „UF“, „SZ“ und "CT" sowie beinhaltete Redundanzen (z. B. „CZ“ vs. „SIM“) und deren Anwendungsgrenzen besprechen.
Themenbereich 2: Ebenen- und Geometrieelement-Indikatoren (ISO 1101)
Wenngleich die "Technische Zeichnung" über mehr als ein Jahrhundert hinweg die alleinige Informationsquelle war, um Geometrien bildlich darzustellen und konstruktive Absichten zu beschreiben, so vollzieht sich mit zunehmender Einführung der "modellbasierten Produktdefinition" (MBD) ein grundlegender Wandel hin zu digitalen Datensätzen, die alle Informationen enthalten, um Produkte ohne die Notwendigkeit einer "Technischen Zeichnung" beschreiben, fertigen und prüfen zu können. "Zeichenregeln", welche an die Existenz einer "2D-Spezifikation" gebunden waren, können somit im GPS-Regelwerk der ISO nicht mehr existieren, d. h. das Regelwerk kennt keine "Zeichenebene" mehr.
Damit Produktspezifikationen dennoch eindeutig interpretiert werden können, sind Ebenen- und Geometrieelement-Indikatoren notwendig. Indikatoren existieren zur Identifikation von Geometrieelementen, zur Festlegung der Orientierung von Toleranzzonen, zur Festlegung von Schnittrichtungen zur Erzeugung von (tolerierten) Linienelementen sowie zur Spezifikation der Richtung einer geometrischen Abweichung („Messrichtung“). Erst damit wird die Voraussetzung geschaffen, geometrische Attribute direkt dem digitalen Modell hinzuzufügen ohne die Notwendigkeit eines „Medienbruchs“ (keine Zeichnungsableitung aus dem CAD-Datensatz notwendig). Die Erfahrung zeigt jedoch, dass diese Indikatoren einerseits nicht immer korrekt im Sinne ihrer Definition angewandt werden, anderseits jedoch im Regelwerk (u. a. ISO 1101) nicht vollständig, im Sinne einer Überführung in die Allgemeinheit, beschrieben werden.
Anhand typischer Beispiele zeigen wir Ihnen die korrekte Anwendung von Ebenen- und Geometrieelement-Indikatoren aber auch ihre Anwendungsgrenzen.
Themenbereich 3: Assoziation (ISO 4351)
Assoziation (ISO 4351) ist die grundlegendste Elementoperation zur Festlegung der meisten dimensionalen und geometrischen Merkmale (z. B. bei der Bezugsbildung im Rahmen der Richtungs- und Ortstolerierung, bei der Festlegung von Referenzgeometrieelementen, zur Definition geometrischer Merkmale und zur Festlegung assoziierter tolerierter Geometrieelemente). Wird die Logik des Optimierungsprozesses der Assoziation (das Assoziationskriterium) und deren Werkzeuge nicht verstanden (u. a. Zielfunktionen, wie die L- oder S-Funktionen sowie Nebenbedingungen des Materials, des Größenmaßes, der Richtung oder des Orts), dann ist – zumindest für komplexe Tolerierungsaufgaben - erfahrungsgemäß eine korrekte Tolerierung und ein vollumfängliches Verständnis einer gewählten Tolerierungsstrategie kaum möglich. Wir haben einprägsame Aufgaben vorbereitet, Ihnen das grundlegende Verständnis der Elementoperation der Assoziation näher zu bringen.
Themenbereich 4: Referenzgeometrieelement und korrekte Interpretation von Messergebnissen
Ein Geometriemerkmal, wie zum Beispiel die Ebenheit oder die Parallelität wird auf Basis lokaler geometrischer Abweichungen und einer Quantifizierungsfunktion festgelegt. Um jedoch eine Abweichung zu quantifizieren, damit sie nach der Verifikation mit den Vorgaben in der Produktspezifikation verglichen werden kann, sind Referenzgeometrieelemente nötig (ISO 17450-4). Da für die Merkmalsgruppen der Form- und Richtungstoleranzen der Ort des Referenzgeometrieelements durch die Bezüge jedoch eingeschränkt wird, werden - den Anwendern meist nicht bekannt - im GPS-Regelwerk der ISO (ISO 1101) ein standardmäßiges Assoziationskriterium festgelegt und Spezifikationselemente zu deren Modifikation zur Verfügung gestellt.
Diese auf den ersten Blick theoretisch erscheinenden und in der Praxis weitgehend unbekannten Zusammenhänge müssen seitens der Konstruktion aber auch der Qualitätssicherung zwingend bekannt sein, da eine fehlerhafte Festlegung und/oder Verifikation in Zusammenhang mit Referenzgeometrieelementen (z. B. Referenzebene der kleinsten Abweichungsquadrate LSPL, anstelle richtigerweise Referenzebene der minimalen Zone, MZPL) erfahrungsgemäß die Messergebnisse erheblich beeinflussen und somit zu Fehlentscheidungen führen können (z. B. ungerechtfertigte Reklamation oder Zurückweisung spezifikationskonformer Produkte oder umgekehrt).
Wir werden Ihnen die Zusammenhänge anhand einfacher aber einprägsamer Beispiele aus unserer eigenen langjährigen Praxis veranschaulichen und Ihnen aufzeigen, in welch hohen Ausmaß Messergebnisse von der Wahl der Zielfunktion bei der Assoziation der Referenzgeometrieelemente abhängen können.
Themenbereich 5: Geometrische Merkmale und deren Redundanzen
Eine „Herausforderung“ des geometrischen Tolerierens besteht erfahrungsgemäß darin, die verfügbaren geometrischen Merkmale der Form-, Richtungs- und Ortstolerierung korrekt anzuwenden. Sieht man jedoch von den Lauftoleranzen ab (welche aus geometrischer Sicht strenggenommen keine eigene Merkmalsgruppe darstellen) dann lassen sich alle übrigen geometrischen Merkmale (z. B. Geradheit, Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Position, usw.) auf das Linienprofil (für linienförmige zu tolerierende nominelle Geometrieelemente) und das Flächenprofil (für flächenhafte zu tolerierende nominelle Geometrieelemente) reduzieren (u. a. ISO 1101, ISO 1660). Auf alle anderen Merkmale könnte prinzipiell verzichtet werden, da sie (ggf. ergänzt durch Modifikatoren) in den genannten Profiltoleranzen bereits beinhaltet sind – vorausgesetzt die elementare Logik des geometrischen Tolerierens wird grundlegend verstanden.
Wir zeigen Ihnen an typischen Beispielen die Möglichkeit der Substitution geometrischer Form-, Richtungs- und Ortsmerkmale durch das Linien- und Flächenprofil und damit eine Möglichkeit die Produktdokumentation zu vereinfachen. Die Kenntnis dieser relativ einfachen Zusammenhänge wird es Ihnen künftig erlauben auch komplexe Tolerierungsaufgaben fehlerfrei zu lösen.
Themenbereich 6: Symmetrieklassen von Flächen und Freiheitsgrade (Klassifizierung und Reklassifizierung).
Bekanntlich lassen sich alle geometrischen Objekte (z. B. Flächen oder Linien) entsprechend ihrer Eigenschaft Freiheitsgrade gegenüber anderen Objekten (z. B. Referenzgeometrieelemente, assoziierte ideale Geometrieelemente bei der Bildung eines gemeinsamen Bezugs oder eines Bezugssystems) zu blockieren und damit deren Richtung (Winkel) bzw. deren Ort zu beschreiben, klassifizieren (Symmetrieklassen) und auf ihre Situationselemente reduzieren. Dieses elementare Wissen ist erforderlich, nicht nur um eine Vielzahl an GPS-Normen der ISO (wie z. B. ISO 5459) zu verstehen und richtig anzuwenden, sondern auch die Logik des geometrischen Tolerierens insgesamt und grundlegend zu verstehen und damit praktische Tolerierungsaufgaben - welche ansonsten unlösbar sind - souverän lösen.
Wir zeigen Ihnen anhand typischer Beispiele (Aufgabenstellungen) aus der Praxis auf welche Weise Situationselemente identifiziert, zur Lösung funktionaler Anforderungen (Reduktion von Freiheitsgraden) korrekt ausgewählt und der Technischen Produktdokumentation letztlich normkonform spezifiziert werden. Die Praxisbeispiele sind aus funktionaler Sicht relativ einfach aber ohne das Wissen der genannten zusammenhänge nicht in GPS-Operatoren der ISO „übersetzbar“ (mathematische Beschreibung der funktionalen Anforderungen ist nicht möglich).
Themenbereich 7: Formtoleranzen (ISO 1101, ISO 1660; ISO 12180-1 und 2, ISO 12181-1 und 2)
Formmerkmale sind intrinsische geometrische Merkmale, die sich nicht ändern, wenn sich das Objekt durch den Raum bewegt. Mit Hilfe von Formtoleranzen wird die Formabweichung eines Geometrieelements (toleriertes Geometrieelement) begrenzt. Obwohl Formtoleranzen prinzipiell einfache geometrische Merkmale sind, werden sie in der Praxis vielfach nicht korrekt oder unvollständig angewandt oder falsch interpretiert und verifiziert.
So werden mitunter Formtoleranzen festgelegt und damit Widersprüche erzeugt, obwohl die Formabweichung bereits durch andere dimensionale oder geometrische Toleranzen, wie z. B. Größenmaßtoleranzen (falls die Hüllbedingung vereinbart ist) oder Richtungs-, Orts-, oder Lauftoleranzen begrenzt wird.
Wir zeigen Ihnen anhand praktischer Anwendungsbeispiele – jenseits der Lehrbuchdidaktik - worauf Sie bei der korrekten Anwendung und Interpretation von Formtoleranzen achten müssen (z. B korrekte Zielfunktion bei der Assoziation des Referenzgeometrieelements, Vermeidung von Widersprüchen).
Themenbereich 8: Bezüge und Bezugssysteme und neue ISO 5459:2024
Bezüge bzw. deren Situationselemente sind theoretisch exakte Geometrieelemente und integraler Bestandteil einer geometrischen Produktspezifikation, insbesondere für die Richtungs- und Ortstolerierung. Eine geometrisch korrekte und funktionsgerechte Bezugsbildung ist – zumindest für „echte“ Tolerierungsaufgaben jenseits der trivialen Beispiele in Lehrbüchern und den Normen selbst - in der Regel komplex und erfordert gute Kenntnisse der Logik des geometrischen Tolerierens unabhängig vom zugrundeliegenden Regelwerk.
In unseren Seminaren haben wir intensiv diese Logik besprochen, im Workshop wollen wir das erlernte Wissen zur Lösung praxisorientierter Aufgaben umsetzen. Zur Beschreibung funktionaler Anforderung bzw. deren „Übersetzung“ in geometrisch-mathematische Operatoren auf Basis des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) ist es in Zusammenhang mit der Bezugsbildung häufig erforderlich, die Anzahl der Freiheitsgrade zu reduzieren. Hierfür stehen bekanntlich verschiedene „Werkzeuge“ wie z. B. die Operatoren [PL], [SL], [PT], [HX] und >< zur Verfügung.
Wir zeigen Ihnen anhand typischer Praxisbeispiele die korrekte Bezugsbildung sowie die richtige Anwendung der genannten Operatoren und erklären Ihnen, weshalb viele Tolerierungsaufgaben ohne das genannte Fachwissen unlösbar sind. Weiterhin werden wir aber auch auf die Problematik der Mehrdeutigkeit der überwiegenden Zahl von Bezugssystemen in GPS-Regelwerk der ISO (ISO GPS) eingehen und ihnen einfache Möglichkeiten der Identifikation und Festlegung eindeutiger Bezugssysteme aufzeigen.
Letztlich werden wir auch kurz auf die für den Anwender z. T. nicht durchweg positiven Änderungen in der neuen ISO 5459:2024 eingehen (z. B. Abhängigkeit der Nebenbedingung des Größenmaßes von der „Zeichnungseintragung“ bei der Bezugsbildung in Zusammenhang mit linearen Größenmaßelementen und Winkelgrößenmaßelementen) und Ihnen aufzeigen, wie Sie durch Ausschluss einzelner Regeln in ISO 5459:2024 das Risiko für Fehlinterpretationen, insbesondere in Zusammenhang mit der Einbindung digitaler Datensätze zur Beschreibung der Nenngeometrie, vermindern können.
Themenbereich 9: Mythos Allgemeintoleranz (ISO 2768-1, -2; ISO 20457, ISO 22081, DIN 2769)
Mit einer Allgemeintoleranznorm konnte und kann ein Produkt weder eindeutig noch vollständig beschrieben werden, jedoch gibt es deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Normen. Während einige Standards, wie zum Beispiel ISO 2768-2, richtigerweise ersatzlos zurückgezogen wurden, existieren – insbesondere außerhalb des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) Allgemeintoleranznormen, die hinsichtlich der eindeutigen und vollständigen Produktbeschreibung fachlich falsch (ISO 20457) oder unnötig sind und zu unbeabsichtigten Tolerierungsfehlern (Widersprüchen) führen können (z. B. DIN 2769). Die Anwendung dieser Normen in Vertragsdokumenten (z. B. Technischen Produktdokumentationen) kann – wie unsere Gutachtertätigkeit regelmäßig zeigt - zu nicht unerheblichen Tolerierungsfehlern, Fehlinterpretationen, Widersprüchen und nicht funktionsfähigen Produkten führen und somit letztlich ein Risiko im Sinne der Produkthaftung darstellen.
Aber auch ISO 22081 hat Anwendungsgrenzen. So können werkstoffphysikalische Besonderheiten (z. B. Schwindung von Kunststoff-Formteilen, Rückfederung von Blechteilen, Verwindung von Bauteilen, welche durch Strangpressen hergestellt werden, usw.) geometrisch-mathematisch nicht bzw. nur ungenügend beschrieben werden. Auch kann mit Hilfe von ISO 22081 die Toleranzgröße für integrale Geometrieelemente, die kein intrinsisches Größenmaßmerkmal (und somit kein Klassifizierungsmerkmal) aufweisen nicht differenziert werden.
Wir werden anhand typischer Beispiele die Problematik der allgemeinen Tolerierung diskutieren aber auch praktische und pragmatische Lösungsansätze aus unserer mehr als 20-järigen Erfahrung aufzeigen.
Themenbereich 10: Von der Funktionsanalyse zur korrekten Spezifikation - Sytematik der Tolerierung
Zum Abschluss unseres Workshops werden wir Ihnen anhand eines konkreten Funktionsbeispiels aus der Praxis den prinzipiellen Weg bzw. die Systematik von der Funktionsanalyse bis zur funktionsgerechten geometrischen Spezifikation aber auch die heutigen Grenzen des GPS-Regelwerks der ISO (ISO GPS) aufzeigen. Ferner werden wir Lösungsalternativen vorstellen und diskutieren. Die aufgezeigte systematische Vorgehensweise lässt sich prinzipiell auf alle Tolerierungsaufgaben in Zusammenhang mit Baugruppen übertragen.
Themenbereich 11: Strategien zur betrieblichen Implementierung des GPS-Regelwerks der ISO
Die meisten Projekte zur betrieblichen Implementierung des GPS-Regelwerks der ISO scheitern, da die Komplexität der Thematik und die Auswirkungen auf Konstruktions-, Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozesse vollkommen unterschätzt und Projekte fehlerhaft geplant werden. Auch Aufwand, Kosten und Zeit für die Einführung eines der größten zusammenhängenden Regelwerke in der mechanischen Technik werden regelmäßig falsch eingeschätzt. Die Einführung stellt erfahrungsgemäß ein mehrjähriges, zeit‐ und kostenintensives Projekt dar, das einer guten Vorbereitung, einer konsequenten Umsetzung und der Bereitstellung adäquater Ressourcen bedarf. Die Einführung erfordert ferner von allen Mitarbeitern sowohl in den Konstruktions‐/Entwicklungsabteilungen als auch in der Fertigung und der Qualitätssicherung/Messtechnik meist ein vollständiges "Umdenken".
Wir haben in unserer mehr als 20-jährigen Praxis weit über 2.000 Projekte begleitet und stellen Ihnen aus unserer Erfahrung, mögliche Strategien zur wirtschaftlichen betrieblichen Einführung des GPS-Regelwerks – jenseits von Seminaren und Workshops – vor. Hilfreiche Tipps aus unserer langjährigen Praxis runden den Workshop ab.