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Toleranzen bei Schweißkonstruktionen – ein unterschätzter Stolperstein

Wenn ein Bauteil normgerecht gefertigt ist und trotzdem nicht passt, liegt das Problem nicht immer in der Fertigung. Gerade bei großen Schweißkonstruktionen steckt der Teufel oft im Zusammenspiel verschiedener Toleranzen.

In der Lohnfertigung gibt es immer wieder eine Situation, die auf den ersten Blick widersprüchlich erscheint:

Ein Kunde schickt eine Zeichnung. Darauf ist eine Allgemeintoleranz meist, nach DIN EN ISO 13920 mit entsprechender Toleranzklasse, angegeben. Das Bauteil wird entsprechend den Vorgaben gefertigt, geprüft und ausgeliefert.

Und dann kommt die Rückmeldung:

„Das Bauteil passt nicht.“

Die Folge: Reklamation, Rückfragen, Nacharbeit – und im ungünstigsten Fall ein erheblicher Zeit- und Kostenaufwand auf beiden Seiten.

Dabei kann der Fertiger die Zeichnung vollständig normgerecht umgesetzt haben.

Genau hier liegt ein häufiges Missverständnis.

Normgerecht gefertigt – und trotzdem nicht passend

Die DIN EN ISO 13920 legt Allgemeintoleranzen für Schweißkonstruktionen fest. Unter anderem werden dabei Längen- und Winkelmaße sowie Geradheit, Ebenheit und Parallelität betrachtet. Wichtig ist: Diese Toleranzen beschreiben unterschiedliche geometrische Eigenschaften und gelten entsprechend unabhängig voneinander.

Genau hier kann es bei großen Bauteilen interessant werden.

Eine mehrere Meter lange Schweißkonstruktion kann beispielsweise hinsichtlich ihrer Länge innerhalb der zulässigen Toleranz liegen. Gleichzeitig darf eine Fläche eine bestimmte Abweichung in der Ebenheit aufweisen und eine weitere Fläche innerhalb der zulässigen Parallelität liegen. Jede einzelne Toleranz wird eingehalten. Die verschiedenen zulässigen Abweichungen können sich in ihrer geometrischen Wirkung jedoch ungünstig überlagern.

Was bei einem kleinen Bauteil kaum relevant ist, kann bei einer mehrere Meter langen Konstruktion einen deutlichen Unterschied machen – insbesondere dann, wenn eine Fläche später als Auflage, Führung oder Montagefläche benötigt wird.

Das Ergebnis:

Das Bauteil ist normgerecht gefertigt, entspricht aber möglicherweise nicht der Genauigkeit, die für seine tatsächliche Funktion benötigt wird.

Wenn die Zeichnung nicht die ganze Funktion beschreibt

Nehmen wir eine typische Konstruktion aus dem Maschinen- und Anlagenbau: eine mehrere Meter lange, geschweißte Stahlkonstruktion, die anschließend großflächig gefräst wird.

Auf der Zeichnung steht die Toleranzklasse AE. Für den Fertiger ist damit zunächst klar definiert, welche Allgemeintoleranzen einzuhalten sind.

Doch welche Genauigkeit benötigt die spätere Funktion?

Muss eine lange Auflagefläche über die gesamte Länge besonders eben sein? Müssen zwei Flächen exakt parallel zueinander verlaufen? Muss eine Führungsfläche zu einem bestimmten Bezug eine definierte Lage einhalten?

Wenn solche Anforderungen entscheidend für die Funktion sind, sollten sie entsprechend in der Zeichnung definiert werden.

Denn eine Allgemeintoleranz ist nicht automatisch eine vollständige Beschreibung der funktionalen Genauigkeit eines Bauteils.

Genau hier kommt Erfahrung ins Spiel

Wir bei SCHAUB Fertigungstechnik betrachten eine Zeichnung deshalb nicht nur unter dem Gesichtspunkt, ob wir sie fertigen können. Wir betrachten auch, was die angegebenen Toleranzen für das fertige Bauteil tatsächlich bedeuten.

Dabei achten wir beispielsweise darauf,

• welche Flächen für die spätere Funktion entscheidend sind,
• wie sich unterschiedliche Toleranzen zueinander verhalten,
• ob sich zulässige Abweichungen bei langen Bauteilen ungünstig überlagern können,
• welche Auswirkungen Schweißfolge, Wärmeeintrag und Schrumpfung haben,
• und ob die Angaben in der Zeichnung untereinander schlüssig sind.

Fällt uns eine mögliche Problemstelle auf, suchen wir frühzeitig das Gespräch mit dem Konstrukteur. Ein typischer Hinweis kann beispielsweise ein Aufmaß oder Maßbereich sein, der enger gewählt wurde, als es die gleichzeitig angegebene Allgemeintoleranz der Zeichnung zulässt.

Für uns ist das der Moment, genauer hinzusehen – nicht der Moment, einfach drauf los zu fertigen.

Erfahrung beginnt vor dem Schweißen

Bei großen Schweißkonstruktionen entsteht Genauigkeit nicht erst auf der Fräsmaschine. Schweißfolge, Wärmeeintrag, Schrumpfung und Eigenspannungen beeinflussen das Bauteil bereits während seiner Entstehung. 

Bei gestückelten Schweißgestellen aus Rohren berücksichtigen wir beispielsweise bereits bei der Fertigungsplanung die zu erwartende Schrumpfung der einzelnen Schweißnähte. Je nach Konstruktion und Randbedingungen können dabei Zugaben von etwa 0,5 bis 1 mm pro Schweißnaht relevant sein. Solche Erfahrungen fließen bei uns in die Planung ein, bevor das Bauteil überhaupt gefertigt wird.

DIN EN ISO 13920 AE+ SCHAUB Spezial

Aus unserer langjährigen Erfahrung hat sich bei SCHAUB Fertigungstechnik deshalb ein eigener interner Qualitätsanspruch entwickelt: DIN EN ISO 13920 AE+ SCHAUB Spezial

Der Zusatz steht für unsere eigenen, über die reine Normbetrachtung hinausgehenden Qualitätsanforderungen. Bei entsprechenden Bauteilen ist eine Ebenheit von 2 mm über die gesamte Länge unser interner Anspruch.

Damit ersetzen wir selbstverständlich keine normativen Vorgaben. Wir ergänzen sie dort, wo unsere Erfahrung aus der täglichen Fertigungspraxis einen zusätzlichen Qualitätsanspruch sinnvoll macht.

Gemeinsam besser fertigen

Gerade in der Lohnfertigung sind Konstruktion und Fertigung aufeinander angewiesen. Der Konstrukteur kennt die Funktion und die Anforderungen der späteren Maschine. Der Fertiger kennt die Möglichkeiten und Grenzen des Fertigungsprozesses. Wenn beide Seiten ihr Wissen frühzeitig zusammenbringen, lassen sich viele Probleme vermeiden, bevor sie entstehen.

Deshalb bringen wir bei SCHAUB Fertigungstechnik unsere Erfahrung bereits bei der Anfrage und Fertigungsplanung ein – und nicht erst bei der Endkontrolle.

Eine gute Fertigung erkennt darüber hinaus, wo die Zeichnung allein möglicherweise noch nicht die ganze Geschichte erzählt.

Sie planen eine anspruchsvolle Schweißkonstruktion?

Sprechen Sie mit uns bereits bei der Anfrage über die fertigungstechnischen Anforderungen. Wir schauen gemeinsam mit Ihnen auf Konstruktion, Toleranzen und Fertigungsweg und bringen unsere Erfahrung dort ein, wo sie den Unterschied machen kann.

SCHAUB Fertigungstechnik – Ihr Partner im Maschinen- und Anlagenbau.