TQU Verlag
Haus der Qualität
Riedwiesenweg 6
89081 Ulm Deutschland

 

Jürgen P. Bläsing (Hrsg.)

Autor: Konrad Reuter

Moderne Methoden der Statistischen Tolerierung

Dr. Konrad Reuter aus Leipzig ist davon überzeugt, dass die Statistische Tolerierung eine große Zukunft hat. Er hat sich deshalb aufgemacht, mit diesem Workbook und mit den von ihm realisierten EXCEL-Anwendungen in praxisgerechter Form allen Interessierten die Möglichkeit anzubieten, die Vorteile der Statistischen Tolerierung in der täglichen Arbeit zu nutzen. Mit einer Fülle von hochwertiger Software auf Excel-Basis gibt er dem Nutzer wertvolle Möglichkeiten, eigene Aufgabenstellungen zu bearbeiten.

66 Seiten, 63 Abbildungen, Tabellen und Excel-Software. TQU Verlag 2007, EUR 68.- + MWSt. 

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Jürgen P. Bläsing (Hrsg.)
Autor Konrad Reuter

Workbook

Moderne Methoden der Statistischen Tolerierung

Toleranzen fertigungs- und funktionsgerecht festlegen

 

Tag für Tag stehen die Konstrukteure vor der Aufgabe, geeignete Maße für ihre Bauteile festzulegen. Konstrukteure denken funktionsorientiert. Werden alle von ihnen festgelegten Maße eingehalten, funktionieren das Getriebe, der Motor oder die Radaufhängung optimal. Funktionswichtige Spiele werden in die Maßvergabe der Einzelteile (Nennmaße) eingerechnet. Bei einer Einzelfertigung funktioniert das ganz gut, nicht so bei einer Serienfertigung. Keine Fertigungsmaschine der Welt ist in der Lage in der Serie ein Teil wie das andere exakt auf Nennmaß herzustellen. Konstrukteure sind also gezwungen der Fertigung gewisse Freiräume einzurichten, die sie in den sogenannten "Toleranzen" in ihren Zeichnungen festschreiben.

Der Konflikt: Im Interesse der Konstruktion (Funktion) liegt es, die Toleranzen möglichst eng zu halten, im Interesse der Produktion (Kosten) liegt es, möglichst große Toleranzbereiche nutzen zu können. Das zur Konfliktlösung in aller Regel angewendete Tolerierungsverfahren geht von der funktionswichtigen Schließmaßtoleranz aus und berechnet daraus rückwärts linear (arithmetisch) die Toleranzen der Baugruppen und der Einzelteile. Bei einer Toleranzanalyse kann man umgekehrt von den Einzelabweichungen aus auf die Schließmaßabweichung schließen. Der Vorteile dieser linearen Betrachtung liegt auf der Hand. Tatsächlich orientiert sich dieses Vorgehen an einem "Worst Case", der Annahme, dass die Fertigung bei jedem Einzelmaß den Toleranzraum vollständig (quasi rechteckverteilt) nutzt. In vielen Fällen ist diese Vorgehensweise ausreichend und führt nicht zu wesentlichen Funktionsstörungen oder zu erhöhten Fertigungskosten.    

Die Grenzen der linearen Tolerierungsbetrachtung sind dann erreicht, wenn hohe Funktionsanforderungen in Form enger Schließmaßtoleranzen durch ein Vielzahl von Einzeltoleranzen ereicht werden muss, die die Kosten der Herstellung oder der Beschaffung in die Höhe treiben. Hier hilft die Statistische Tolerierung weiter.

Jedes Fertigungsverfahren arbeitet nach einem bestimmten Ergebnismuster, das durch die mittlere Lage (Mittelwert) und die Streuung um diese Lage herum beschrieben werden kann. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit, ein Teil zu erhalten, das in der Nähe des Mittelwertes liegt, deutlich größer, als ein Teil zu bekommen, das in der Nähe der Toleranzgrenzen liegt. Montiert man nun eine Reihe solcher Teile, so überlagern sich die Wahrscheinlichkeiten und mit jedem Bauteil wird die Wahrscheinlichkeit immer kleiner, die Grenzen einer linear festgelegten Schließmaßtoleranz zu erreichen. Die Statistische Tolerierung berücksichtigt dies und bietet damit Möglichkeiten, die Einzeltoleranzen "aufzumachen". Sie hilft so im erheblichen Umfang Kosten zu sparen ohne die Funktion zu gefährden.

Diese Betrachtung ist nicht neu. Neu aber ist, dass durch die modernen Möglichkeiten, wie Excel, die Statistische Tolerierung ohne großen Aufwand von jedem Konstrukteur simuliert werden kann. Diese Möglichkeit erschließt der Autor in diesem Workbook. fertige Excellösungen einschließlich der Monte Carlo Simulation bieten dem Nutzer einen große Anwendungsvorteile. 

Inhaltsverzeichnis

Ausgangspunkt: Die Arithmetische Toleranzrechnung

Notwendige Begriffe

Maßtoleranz am Formelement
Form- und Lagemaße
Maßketten
Physikalische Maßketten
Geometrische Maßketten
Schlussmaß

Form- und Lagetoleranzen in linearen Maßketten
Beispiel Getriebe

Die Konstruktionrechnung
Mehrfachtoleranzen
Beipiel Rahmenmontage
Ebene Maßketten
Maßketten mit nicht linearen Gliedern

Reserven nutzen, Toleranzen realistischer gestalten

Die Auslesepaarung
Kompensationsmethoden

Lösungsansatz: Verlustüberlegungen

Toleranzgrenzen dynamisch verstehen
Verlustfunktion nach Taguchi
Anregungen zur verlustbezogenen Tolerierung

Lösungsansatz: Statistische Verfahren

Denken in Wahrscheinlichkeiten
Verteilung von Zufallsgrößen
Faltung von Verteilungen

Lösungsansatz: Simulation

Die Idee zum Verfahren
Zufallszahlen
Verteilungsmodelle
Normalverteilung
Rechteckverteilung
Dreieckverteilung
Trapezverteilung
Weibullverteilung
Logarithmische Normalverteilung
Prozesstypen nach DIN 55319
Korrelation zwischen Merkmalen

Das Simulationsmodell
Simulation ebene Maßketten
Simulation mit nichtlinearer Gliedern

Enthaltene Excel-Software in der Übersicht

 

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