Toleranzanalyse

Das GPS-Regelwerk der ISO stellt mathematisch defi­nierte Operatoren zur Verfügung, um die zuläs­sige Ab­weichung einer realen (gefertigten) Bauteil­geometrie von seiner idealen Geometrie vollständig und eindeutig zu beschreiben. Ein wirtschaftlicher Mehrwert aus der Anwendung des Regelwerks wird aber hierbei - abgese­hen von der Vermeidung un­nötiger Diskussionen (inner­betrieblich oder mit Kunde bzw. Lieferant) - noch nicht unmittelbar ge­schaffen. Bedeutsam ist dabei weniger die „Über­set­zung“ funktionaler An­forderungen in geo­metri­sche Operatoren des jeweils zugrunde liegenden Regelwerks (z. B. ISO GPS oder ASME Y14.5) als vielmehr die ge­wählte Tolerierungsstrategie sowie die spezifizier­ten Toleranzwerte.

Erst durch eine sinnvolle Tolerierungsstrategie und sinnvoll gewählte Toleranzwerte können letztlich Produkti­onskosten und Kosten für die Qualitätssiche­rungsprozesse signifikant reduziert und ein messbarer wirtschaftlicher Nutzen erzielt werden.

Unnötig kleine Toleranzwerte („Angsttoleranzen“) können dabei zu ungerechtfertigt hohen Produkti­onskosten führen. Auch in der Qualitätssicherung führen kleine Toleranzen zu unverhältnismäßig ho­hen Prüfkosten und damit zu Problemen beim Konformitätsnachweis durch Verkleinerung des Akzep­tanzbereichs bzw. zu Prüfprozessen mit kleinen Messunsicherheiten. Eine wirtschaftlich sinnvolle Tolerierung muss immer im Gesamtkontext Toleranzspezifikation – Tole­ranzver­ifikation - Toleranzanalyse betrachtet werden.

Mit Hilfe einer Toleranzanalyse ist es unter anderem möglich, praxisorientierte Toleranzwerte festzulegen und die relevanten Beitragsleister innerhalb einer Toleranzkette zu quantifizieren. Toleranzanalysen ermöglichen daher nicht nur die Sicherstellung der Montagefähigkeit von Bauteilen innerhalb einer Baugruppe, sondern auch eine signifikante Reduktion der Fertigungskosten, da nur denjenigen Einzeltoleranzen, die einen erheblichen Einfluss auf die resultierende Schließmaßtoleranz haben, kleine Toleranzwerte zugeordnet werden.

Prinzipiell kann zwischen der arithmetischen Toleranzanalyse („Worst-Case-Methode“) und der statistischen Toleranzanalyse unterschieden werden. Der arithmetischen Toleranzanalyse liegt die Annahme zugrunde, dass sich die Geometrie der einzelnen Bauteile innerhalb einer Maßkette jeweils an der oberen oder unteren Toleranzgrenze befindet, d. h. den ungünstigsten Zustand einnimmt. Diese in der Regel unrealistische Annahme führt zu großen Toleranzen für das Schließmaß oder bei vorgegebenem Mindest- und Höchstschließmaß zu unrealistisch kleinen Einzeltoleranzen.

Bei der statistischen Toleranzanalyse wird die Streuung und Häufigkeitsverteilung der Istmaße in die Berechnung mit einbezogen. Eine statistischen Toleranzanalyse führt meist zu realistischeren Ergebnissen, da sich die Einzeltoleranzen (bis zu einem gewissen Grad) kompensieren. Die berechnete statistische Schließmaßtoleranz  ist deshalb bei einer statistischen Toleranzanalyse kleiner (bzw. die Toleranzen der einzelnen Bauteile innerhalb einer Maßkette größer) im Vergleich zu einer Schließmaßtoleranz, welche über eine arithmetische Toleranzanalyse ermittelt wurde.

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