Was ist ISO GPS 8015?
ISO GPS 8015 ist seit 2011 die gültige übergeordnete Zeichnungsnorm (GPS = Geometrische Produkt-Spezifikation). Sie enthält selber keine Angaben, wie etwas gezeichnet oder vermasst wird, sondern legt nur den Grundsatz, also quasi die „Philosophie“ der Zeichnung und Vermassung fest.
Wie etwas eingetragen wird, ist in verschiedensten zunehmend der ISO GPS untergeordneten Normen geregelt wie z.B. ISO 2768 (SN EN 22768) für Allgemeintoleranzen, ISO 1101 für geometrische Tolerierung, ISO 1302 für Oberflächenbeschaffenheit, ISO 3601 für O-Ring-Einstiche, um nur ein paar Beispiele zu nennen.
Grundsatz des ISO GPS
Die ISO GPS 8015 in einem einzelnen Tipp zu erklären ist nicht einfach. Nicht ohne Grund dauern schon nur die ersten Basis-Schulungen zu dem Thema drei Tage, wie z.B. der Kurs vom VAKB (Verband Ausbildung Konstrukteure Bern). Trotzdem möchten wir hier versuchen die Grundlagen zu erklären und eine Übersicht zu verschaffen.
Der Grundsatz der ISO GPS 8015 ist: „die Zeichnung soll vollständig und unmissverständlich sein“. Das klingt im ersten Moment plausibel und einfach.
Dahinter steckt aber eine grundsätzlich andere Denkweise als bisher: unter Berücksichtigung der Globalisierung und des allgegenwärtigen Preisdruckes geht ISO GPS davon aus, dass das Teil auf jeden Fall seine Funktion wahrnehmen können muss, egal wo auf der Welt und mit welchem Herstellungsverfahren das Teil gefertigt wird. Dies ohne ergänzende Erklärungen oder Informationen (die z.B. wegen Sprachbarrieren falsch oder gar nicht verstanden werden könnten) und ohne jegliche Annahmen.
Ein paar Beispiele:
- Sind Sie sich bewusst, dass die Rechtwinkligkeits-Allgemeintoleranz gemäss ISO 2768 der Toleranzklasse (m)K für den Bereich 0-100mm 0.4mm ist? Mit diesem Bewusstsein muss ich mich bereits bei einer „einfachen“ rechtwinkligen Platte fragen, ob die Platte mit dieser Winkelabweichung noch funktionieren würde. Falls nicht, muss ich die Platte mit einer Formtoleranz „Rechtwinkligkeit“ genauer tolerieren. Das gleiche Problem finden wir beim Thema Rechtwinkligkeit einer Bohrungsachse zu (welcher der beiden) Basisflächen (Siehe Abbildung 1).
- Ein ähnliches Beispiel ist die Symmetrie: in der genannten Toleranzklasse ist die Symmetrie-Allgemeintoleranz für 0-100mm 0.6mm. Dass unter dieser Betrachtung z.B. die Funktion einer Passfedernute ohne zusätzliche Symmetrietoleranz alles andere als garantiert ist, erscheint plötzlich logisch (Siehe Abbildung 2).
- Je nach Hersteller oder Herstellverfahren kann ich nicht davon ausgehen, dass eine Zylinderkopf-Senkbohrung in einer Aufspannung gemacht wird. Das heisst, die Senkbohrung könnte komplett unabhängig von der Durchgangsbohrung hergestellt werden. Basierend auf diesem „Unabhängigkeitsprinzip = jedes Formelement ist unabhängig zu betrachten“ stellt sich die Frage, ob meine Schraube passt, wenn die beiden Bohrungen ihre jeweils zulässigen Toleranzen in entgegengesetzte Richtung ausschöpfen. Mit höchster Wahrscheinlichkeit komme ich unter dieser Betrachtungsweise zum Schluss, dass die Senkbohrung zur Durchgangsbohrung konzentrisch vermasst werden muss (Siehe Abbildung 3).
- Oft umstritten: wenn ich einen Lochkreis mit 6 Bohrungen sehe, nehme ich an, dass alle 6 Bohrungen gleich sind und die Verteilung 6×60° ist. Da Annahmen nicht eindeutig und definiert sind, muss ich also den Winkel mit 6×60° vermassen und bei der Vermassung des Bohrungsdurchmessers ebenfalls 6x vorab schreiben (z.B. 6xØ8). Jetzt ist es eindeutig und vollständig.
- Bei uns ist es üblich und klar, dass alle Masse in mm sind. Wenn ich das aber nicht auf die Zeichnung schreibe, ist es nicht eindeutig und ich könnte je nach Herstellungsland plötzlich z.B. ein um Faktor 25.4 (Zoll) zu grosses Teil erhalten.
Diese Beispiele zeigen anhand von vermeintlich einfachen Geometrien auf, wie die Sichtweise und Grundsätze von ISO GPS zu einer teilweise völlig neuen Betrachtungsweise von Zeichnungen und Massen führen.
ISO GPS 8015 für die Qualitätssicherung
Zu einer eindeutigen und vollständigen Zeichnung gehört natürlich auch, dass eindeutig definiert wird, wie die Masse und Toleranzen gemessen werden.
Am Beispiel einer Bohrung-Wellen-Passung: der Durchmesser wird mit einer Schieblehre oder einem Mikrometer (Zweipunktmessung), mit Grenzlehrdorn oder -ring (Pferch/Hülle), mit 3D-Messmaschine (je nach Einstellung Gauss, Pferch, Hülle, Umfang oder Fläche) gemessen. Entsprechend kann sowohl der gemessene Durchmesser als auch das dadurch festgestellte Zentrum unterschiedlich ausfallen.
Eine „neue“ Lösung hierzu ist das sogenannte Hüllprinzip: die Ergänzung der Masstoleranz mit einem eingekreisten „E“. Dies bedeutet, dass bei einer Bohrung die untere Toleranzgrenze mit Grenzlehrdorn und die obere Toleranzgrenze – falls relevant – mit 2-Punktmass und bei einer Welle umgekehrt gemessen wird. Damit wird bei Spiel- und Übergangspassungen sichergestellt, dass das entsprechende Spiel vorhanden ist. Gleichzeitig gilt dann die Toleranz als Zylinderform (im Gegenzug ist eine nicht gehüllte Tolerierung nur eine lokale Messung, die ohne entsprechende Formtoleranz nur lokal stimmen muss).
Aber Vorsicht: um mit Grenzlehrdorn/Grenzlehrring korrekt zu messen, muss das Messmittel vorhanden und mindestens so lang sein wie die tolerierte Fläche. Grund: sonst könnte theoretisch das Mass nur lokal stimmen, die gesamte Form aber z.B. bananenförmig sein.
Ab wann ist ISO GPS 8015 gültig?
Auch wenn die Norm für viele noch unbekannt oder neu ist, so ist sie bereits seit 2011 gültig für alle Zeichnungen. Somit ist auch die Erwähnung „Tolerierung nach ISO 8015“ wie im SNV Normenauszug 2018 vorgeschlagen nicht notwendig. Dies kann aber sinnvoll sein, damit z.B. firmenintern klar ist, dass diese Zeichnung bereits nach der neuen Norm überarbeitet wurde.
Wie führe ich ISO GPS 8015 ein?
Veränderungen gehören zum Wandel der Zeit und dass man mit der Zeit gehen muss ist in unserer Branche für jeden klar und immer wiederkehrend. Doch das Einführen von ISO GPS 8015 ist etwas komplexer als andere Anpassungen.
So wurden zum Beispiel in den meisten Betrieben während der letzten 16 Jahre die Oberflächenangaben von den alten Bezeichnungen „N7…“ auf die Angabe des Ra-Wertes aktualisiert. Dies konnte „top down“ gemacht werden: die Entwicklung führte die neuen Bezeichnungen ein und die Fertigung musste (nach der Beschaffung eines neuen Normenauszugs) nur nachschauen und sich daran gewöhnen.
Würde man dieses Vorgehen mit ISO GPS 8015 wählen, würde die Einführung voraussichtlich auf Opposition aus der Fertigung stossen und es wären Mehraufwand und Mehrkosten zu erwarten.
Denn wenn die Fertigung und die Prüfung die Norm nicht verstehen und nicht geschult werden, ist mit erheblichem Wiederstand zu rechnen und mindestens bei externer Fertigung wird mit höchster Wahrscheinlichkeit der Preis der Teile steigen, selbst wenn die effektiv geforderte Qualität nicht anders ist als die bisher gefertigte Qualität.
Das folgende Beispiel einer Zeichnung nach „bisher üblich“ (links) und „neu“ nach ISO GPS (rechts) zeigt, wie viel komplexer die Zeichnung aussieht, was logischerweise schnell teurer offeriert wird.
Somit braucht die Einführung professionelle Unterstützung und muss mit Schulung der Qualitäts-/Messtechnikabteilung und der Fertigung beginnen. Erst wenn diese Abteilungen (oder Lieferanten) vorbereitet sind, kann die Entwicklung auf ISO GPS wechseln.
Als Vorbereitung ist es empfehlenswert, dass die „Key-Player“ eine Einführung ins ISO GPS 8015 absolvieren, um die Tragweite abschätzen zu können. Diese Key-Player könnten z.B. Leiter Entwicklung, Leiter Produktion und Leiter Qualitätssicherung sein. Der Kurs könnte z.B. die Einführung ISO GPS vom VAKB sein. Bei diesem dreitägigen Kurs geht es darum, was die Norm enthält und um den Aufbau des Verständnisses. Um das System in der Firma einführen zu können braucht es dann je nach Firmengrösse trotzdem Spezialisten, die das Unternehmen betreuen (im Idealfall aus anderen Firmen, die bereits umgestellt haben).
Was bedeutet ISO GPS für uns als Dienstleister?
Für uns als Entwicklungsdienstleister gibt es zwei Konsequenzen:
- Während der Offertphase müssen wir mit dem Kunden klären, ob er Zeichnungen nach ISO GPS 8015 möchte oder „nach alter Norm“.
- Wenn der Kunde umstellt, müssen wir „Know-How-technisch“ bereit sein, die Norm anzuwenden. Diesen Prozess haben wir bei der Gimelli Engineering AG im Jahr 2017 initialisiert.
Ist die Einführung von ISO GPS 8015 zwingend?
Grundsätzlich gilt die Norm und früher oder später werden alle Zeichnungen entsprechend umgesetzt werden. Aber natürlich bedeutet die Umstellung auch einen beträchtlichen Aufwand für eine Firma und so gilt es abzuwägen, welchen Aufwand es gibt und welchen Vorteil die Firma davon hat. Denn Zeichnungen nach dem bisherigen Standard können immer noch sehr gut funktionieren. Sie sind nur nach ISO GPS nicht klar definiert und lassen Spielraum. Wenn man sich dieses Spielraums bewusst ist und damit umgehen kann ist das Risiko unter Umständen sehr klein. Entsprechend kann es gut sein, dass der Zeitpunkt der Einführung noch einige Zeit hinausgeschoben wird.
Gründe für eine Umstellung:
- Wenn Ihre Kunden umstellen, werden Sie nicht darum herumkommen, sich damit zu beschäftigen.
- Wenn Ihre Branche den Standard setzt, müssen Sie unter Umständen die Norm anwenden, um weiterhin liefern zu können (z.B. Sicherheitstechnik, Automobilindustrie usw.).
- Wenn Ihre Einkäufer zunehmend nach den günstigsten Lösungen suchen und Lieferanten wechseln, steigt das Risiko, nicht funktionierende Teile zu erhalten, die aber innerhalb der Toleranz sind. Sie tragen also die Konsequenzen dafür.
- Dasselbe gilt auch bei internen Personalwechseln: wenn Ihr langjähriger Mitarbeiter pensioniert wird, könnte evtl. ein jüngerer, ISO GPS geschulter Mitarbeiter Teile korrekt nach Zeichnung fertigen, die dann nicht mehr funktionieren.
Gründe gegen eine Umstellung:
- Wenn Sie intern produzieren und immer die gleichen Mitarbeiter die Teile fertigen oder der Know-How Transfer für neue Mitarbeiter gut klappt, wird das Risiko, mit bisherigen Zeichnungen Probleme zu bekommen, relativ klein sein.
- Dasselbe gilt, wenn Sie bei Ihren Stammlieferanten bleiben und diese tiefe Personalfluktuationen haben.
Konsequenzen für die Berufsbildung
Berufsbildner müssen sich bewusst sein, dass die Norm in der Konstrukteur-Ausbildung geschult und in der Teilprüfung gefordert wird. Das heisst die lernenden Konstrukteure müssen im 2. Jahr ISO GPS im Griff haben. Wir müssen sie also dabei unterstützen, d.h. die Berufsbildner müssen ISO GPS kennen (z.B. den erwähnten VAKB Kurs besuchen).
Ab dem 3. Lehrjahr können sie dann nach Betriebsstandard arbeiten.
ISO GPS im Normenauszug
Seit Mai 2018 ist die neuste Ausgabe des SNV Normenauszuges erhältlich. Im Gegensatz zum SNV Normenauszug 2014 wurden die Kapitel und Beispielzeichnungen grösstenteils konsequent gemäss ISO GPS 2018 angepasst. Eine Anschaffung des neuen Normenauszuges lohnt sich also auf jeden Fall.
Eine Antwort
Sehr geehrte Damen und Herren,
Sie stellen die ISO 8015 mit dem Hinweis auf die Herausforderungen der Globalisierung sehr gut dar. Auf den Punkt gebracht kann man sagen, dass vor Dem Einsatz der ISO GPS (als es auch bereits Form- und Lagetoleranzen gab) eine Konstruktionszeichnung mit ISO 2768 eine unmittelbare Fertigungszeichnung war. Mit dem Grundsatz der Dualität ermöglicht die ISO GPS die Trennung der funktionsbegründeten Konstruktionszeichnung „Engineering-GPS (E-GPS)“ von der Fertigungsspezifikation „Manufactoring-GPS (M-GPS)“, welche für die drei typischen Fertigungsaufgaben „Verifikation“, „Fertigung“ und „Fertigungssteuerung“ wesentliche Unterscheidungsmerkmale trägt. Jetzt ist erstmals im Rahmen der E-GPS die Konzentration auf die Funktion der Geometrieelemente eines Bauteils möglich.
Daraus folgen weitere (überraschende) Auswirkungen der ISO 8015 auf den Produktentstehungsprozess:
– Eine explizite Funktionsspezifikation der Geometrielemente eines Bauteils nach der nominalen Geometriegestaltung und vor der eigentlichen E-GPS ist dringlich geboten
– Als Vertragsgrundlage mit einem externen Fertiger kann erst die Verifikationsspezifikation dienen, da die Toleranzen der E-GPS gemäß ISO 8015 „Funktionsbeherrschung“ um die Meßunsicherheit reduziert werden müssen. Anderenfalls müssen aufgrund der Meßunsicherheit Bauteile auch jenseits der Funktionsgrenzen akzeptiert werden.
– Eine E-GPS kann also niemals die ürsprüngliche Zeichnung im Produktentstehungsprozess ersetzten, was in der Praxis der ISO GPS Einführung leider die verhängnisvolle übliche Vorgehensweise ist.
– Der Einsatz von ISO GPS stellt geradezu eine Explosion der Anzahl benötigter Spezifikationen dar, welche prakatikabel nur durch eine vollständige Digitalisierung der Prozesskette abbildbar ist: PMI und MBD ist ein Muß!
Ein kleiner Hinweis für Sie: Die ISO 2768-2 ist zurückgezogen.
Mit freundlichen Grüßen
Christian Meißner