Form- und Lagetoleranzen (GD&T oder auch GDT) sind ein symbolisches System zur Beschriftung von Bauteilkonstruktionen mit Beschreibungen der Form und Größe des Bauteils, wobei die zulässigen Fertigungsvarianten aus diesen Messungen verwendet werden. Dieses System wurde bisher in Form von zweidimensionalen technischen Zeichnungen kommuniziert. Moderne GD&T-Software dagegen bettet die Informationen direkt in das 3D-CAD-Modell ein und ersetzt die zweidimensionalen Zeichnungen, die traditionell für die Konstruktion verwendet wurden.
In der Fertigungsbranche werden heute standardisierte Form- und Lagetoleranzsysteme der American Society of Mechanical Engineers (ASME) und der International Organization for Standardization (ISO) verwendet, um Konstrukteuren, Herstellern und Prüfern die funktionalen Gründe hinter den Abmessungen eines Produkts besser zu vermitteln. Bei korrekter Verwendung können Form- und Lagetoleranzen Fehler, Überarbeitungen und die Markteinführungszeit reduzieren. Sie können auch die Produktionskosten senken, da die Ermittlung akzeptabler Toleranzen für ein Formteil den Prüfungsaufwand und den Ausschuss reduzieren kann.
GD&T-Standards sind effektiver als frühere Methoden, die nur auf linearen Bemaßungen oder langen Anmerkungen für eine Konstruktion basierten, und definieren sowohl die Konstruktionsabsicht als auch Prüfanforderungen besser als die herkömmlichen Koordinatenmesssysteme. Wenn alle am Prozess Beteiligten wissen, wie Form- und Lagetoleranzen nach Bedarf codiert und interpretiert werden können, fördert dies eine klare und präzise Kommunikation zwischen Teams und Fachbereichen.
Im Jahr 1940 begann der Marineingenieur Stanley Parker mit der Entwicklung eines Prototyps eines Form- und Lagetoleranz-Systems. Dessen Nutzung sollte zuverlässiger und kostengünstiger sein, als Bauteilelemente mithilfe von Koordinatenmessungen und Plus-/Minus-Toleranzen festzulegen. Dies führte zur Einführung eines militärischen Standards, und heute folgen die Hersteller weltweit den zuletzt Ende der 2010er Jahre aktualisierten GD&T-Standards für den Handel.
Moderne Form- und Lagetoleranzen werden oft auch in Form von Informationen bereitgestellt, die GD&T-Software in 3D-Modelle einbettet. Normkonforme Form- und Lagetoleranzen müssen „semantische“ Toleranzen enthalten, d. h. sie müssen der Logik der ASME- und ISO-Normen entsprechen. GD&T-Software verwendet jedoch im Allgemeinen keine semantischen Form- und Lagetoleranzen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen ist daher eine korrekte Beschriftung durch den Konstrukteur erforderlich.
Die organischen Geometrien von generativ konstruierten Bauteilen können die Anwendung von Form- und Lagetoleranzen unpraktisch erscheinen lassen, aber es gibt Möglichkeiten für ihre Verwendung. In diesen Fällen kann GD&T-Software verwendet werden, um Elemente zu entwickeln, die mit anderen Bauteilen verbunden sind. Die Elemente werden wiederum über geometrische Standardformen mit traditionellen Bezugspunkten definiert.
Während CAD-Modelle theoretisch perfekte geometrische Bemaßungen erzeugen, können physisch gefertigte Bauteile niemals perfekt sein. Form- und Lagetoleranzen definieren zulässige Toleranzbereiche für jedes Bauteilelement. Bauteile werden dabei in Baugruppen eingepasst und funktionieren ordnungsgemäß und ohne Zusatzkosten. Gut durchdachte Form- und Lagetoleranzen können die Qualität verbessern und gleichzeitig Kosten und die Markteinführungszeit reduzieren. Sie synchronisieren die Arbeit von Konstrukteuren, Maschinenbedienern und QA mit einer präzisen Symbolsprache.
GD&T ist für große Automobil-Erstausrüster, die Tausende von Zulieferern haben und Millionen von komplexen Teilen herstellen, von entscheidender Bedeutung, um Normen einzuhalten und Prüfungen zu bestehen.
GD&T sorgt für einen reibungsloseren Prozess bei der Prototypenerstellung einer Reihe von Design-Iterationen, bei denen Funktionalität, Ästhetik und Ergonomie eines Produkt miteinander in Einklang stehen.
Mechanische (Englisch), elektronische und Leiterplatten-Konstruktion umfassen komplexe Elektronik, und dank GD&T sind Lieferanten und Ingenieure immer auf dem gleichen Stand.
Größere Maschinen erfordern viele Bauteile in geringen Stückzahlen, die unter extremen Bedingungen funktionieren. Daher ist die Verbindung von Form- und Lagetoleranz zwischen Konstruktion und Fertigung von entscheidender Bedeutung.
Roboter bestehen aus vielen komplexen Teilen, die sehr repetitive und präzise Bewegungen ausführen. Diese Teile erfordern eine genaue Form- und Lagetoleranz für die Kalibrierung, Validierung und Prüfung.
Ob es um Möbel aus einer Massenfertigung oder maßgeschneiderte Boutique-Stücke geht – die richtige Form- und Lagetoleranz in der Holzbearbeitung hilft, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren.
Die Anwendung von Form- und Lagetoleranzen bietet zahlreiche Vorteile, darunter die kostengünstige und zeitnahe Herstellung zuverlässiger Bauteile mit weniger Fehlern und Ausschuss.
Form- und Lagetoleranzen beschreiben die Toleranzen eines Bauteils besser als lineare Bemaßungen, sodass Hersteller die Konstruktionsabsicht ohne teure Prototypen umsetzen können.
Mit einem gut funktionierenden GD&T-System können Abteilungen parallel und reibungslos arbeiten, beispielsweise durch eine erfolgreichere Montage und eine schnellere Qualitätskontrolle.
GD&T unterstützt Sie bei der Herstellung von hochwertigen Bauteilen mit weniger Ausschuss, die sich sicher und korrekt in die Baugruppen einfügen.
GD&T ist ein Symbolsystem, das von Menschen, die unterschiedliche geschriebene und gesprochene Sprachen verwenden, verstanden wird. Dadurch ist GD&T für internationale Projekte besonders effektiv.
Zu enge Toleranzen erhöhen aufgrund neuer Investitionen in Werkzeuge und unnötig hoher Ausschussquoten die Kosten und die Produktionszeit. GD&T-Systeme finden Toleranzen, die die Funktionalität bei niedrigeren Kosten gewährleisten.
Wenn Sie sich auf die Korrektheit der Form- und Lagetoleranz-Dokumentation verlassen, sind Produktions- und Prüfprozesse zu einem bestimmten Ausmaß wiederholbar. Die Prüfung wird digitalisiert und automatisiert, und die Daten werden für Ihr Prüfprotokoll erfasst.
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Erfahren Sie, warum es wichtig ist, dass alle Beteiligten dieselbe Vorstellung davon haben, wie die fertigen Teile aussehen sollten – und wie Sie GD&T verwenden, um stets auf dem gleichen Stand zu sein.
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Erfahren Sie, wie CAD-Daten in Produktionstechniken und CAM-Systemen verwendet werden, und warum Modelle mit mittlerer Toleranz bei der Fertigung eine optimale Methode zur Bereitstellung von CAD-Daten sind.
Toleranz in GD&T-Systemen ist gemäß ISO die „zulässige Abweichung des angegebenen Werts einer Größe, ausgedrückt als Differenz zwischen dem zulässigen Höchstwert und dem zulässigen Mindestwert“. Die fünf Kategorien von GD&T-Symbolen (Form, Profil, Ausrichtung, Position und Lauf) beschreiben die verschiedenen Kategorien von Toleranzen. Es gibt zwar eine große Vielfalt von Form- und Lagetoleranzen, diese beziehen sich jedoch auf die Form, Funktion und Passung des Bauteils.
Die ISO definiert einen Bezugspunkt als „ein oder mehrere Situationsmerkmale eines oder mehrerer Merkmale, die mit einem oder mehreren realen integralen Merkmalen verbunden sind“. Bezugspunkte sind beispielsweise Punkte, Linien, Ebenen oder eine Kombination innerhalb des dreidimensionalen Bezugsreferenzrahmens (DRF) der GD&T-Dokumentation. Bezugspunkte auf einer Tabelle sind theoretisch perfekt, wohingegen Bezugselemente physische Nuten, Bohrungen, Flächen und andere Merkmale eines gefertigten Bauteils sind, deren Messungen von den theoretischen Zahlen der zulässigen Toleranzen der Form- und Lagetoleranz abweichen können.
Vor der Verwendung der Form- und Lagetoleranzen haben Ingenieure Funktionen für Fertigungsteile mithilfe von Werkzeugen wie Koordinatenmessungen, Plus-/Minus-Toleranzen und X/Y-Bereichen definiert. 1940 veröffentlichte dann ein Marineingenieur namens Stanley Parker die ersten Arbeiten zu geometrischen Bemaßungen und Toleranzen. Er entwickelte einen Prototypen eines GD&T-Systems, das die Idee einer „echten Position“ nutzte, um Fehler zu vermeiden, und das für die vielen Bauunternehmer, die während des Zweiten Weltkriegs Bauteile produzierten, zuverlässiger und kostengünstiger war.
Die MIL-STD-8-Veröffentlichung wurde zum militärischen Standard für GD&T, wurde aber später wieder aufgehoben. GD&T sollte jedoch erhalten bleiben. Der aktuelle US-Standard für Form- und Lagetoleranzen ist die American Society of Mechanical Engineers ASME Y14.5-2018. In anderen Ländern gilt die Norm ISO 1101:2017.
GD&T beschreibt das Konstruktionsziel eines Teils statt nur dessen Geometrie, und zwar von der Produktentwicklung über die Montage bis hin zur Prüfung. Form- und Lagetoleranzen bieten einen besseren Einblick in die Herstellbarkeit und Funktionalität eines Bauteils als lineare Bemaßungen.
Mit der korrekten Form- und Lagetoleranz wird jedem Beteiligten eine explizite Symbolsprache zugewiesen, die die Toleranzen des Teils definiert und Ausschuss, Nacharbeit und andere Fehler reduziert. Gleichzeitig wird für jedes Teil der kostengünstigste Werkzeug- und Fertigungspfad ermittelt.
Die fünf Kategorien von Form- und Lagetoleranzsymbolen sind Toleranzprüfungen für Form, Profil, Ausrichtung, Position und Lauf:
GD&T in Form von 3D-Anmerkungen (z. B. in Autodesk Inventor) ermöglicht es dem CNC-Programmierer, während der Programmierung des Bauteils auf die Form- und Lagetoleranz zu verweisen, und hilft ihm, Toleranzprüfungen in seinem CNC-Code zu berücksichtigen. Beispielsweise kann das Schnittwerkzeug während der Bearbeitung Verschleißerscheinungen aufweisen, wodurch die Schnittgenauigkeit verringert wird. Die programminterne Prüfung wird dies feststellen und das Programm anhalten, sodass das Schnittwerkzeug ersetzt und das Programm neu gestartet werden kann.
Die Messgeräte, die nach der Bearbeitung zur manuellen Prüfung von Bauteilen verwendet werden, können in Autodesk Fusion ebenfalls automatisch die GD&T-Toleranzen übernehmen, was eine wiederholte Dateneingabe vermeidet. Autodesk Fusion kann die Ergebnisse der Prüfung dann in einem Bericht kombinieren, der zur späteren Referenz in einem PDM- oder PLM-System gespeichert werden kann.
