Quality Engineering Plus 01.18

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:: Titelthema Koordinatenmesstechnik im Einsatz für die Zahnradherstellung bei GMI Null Risiko bei minimalen Toleranzen Ultrapräzise Messungen sind entscheidend für die Risikominderung nach den Normen AS9100 Rev. C. Der kalifornische Zahnradhersteller GMI setzt daher auf eine durchgängige Lösung von Mitutoyo, die aus dem CNC-Koordinatenmessgerät Legex 574 und der Software-Plattform Mcosmos besteht. Der Autor Eric Tingle im Auftrag von Mitutoyo www.mitutoyo.de Gear Manufacturing, Inc. (GMI) wurde 1989 gegründet mit dem Ziel, qualitativ hochwertige, kundenspezifische Zahnräder sowie die zugehörigen Komponenten und Bausätze herzustellen. Das Unternehmen mit Sitz in Anaheim im US-Bundesstaat Kalifornien verfügt über hochmoderne CNC-Bearbeitungszentren. Hergestellt werden alle erdenklichen Arten von Präzisions-Zahnradkonfigurationen, und das in verschiedensten Materialien, angefangen bei Werkzeugstahl und Titan über Gusseisen, Kupfer, allen Arten von Legierungen bis hin zu Kunststoffen. Fast zwei Drittel der Produktion von GMI ist für die Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie bestimmt. Zu den Kunden gehören Northrop Grumman, Lockheed Martin und Boeing sowie Bell Helicopter und Sikorsky Aircraft. Es überrascht also nicht, dass GMI-Produkte den Normen der American Gear Manufacturer’s Association (AGMA), des Deutschen Institut für Normung (DIN), der National Aerospace Society (NAS), der Society of Automotive Engineers (SAE) und der American Society of Mechanical Engineers (ASME) entsprechen. Die Prozesse bei GMI erfüllen außerdem die Anforderungen der AS9100 – der Luft- und Raumfahrt-Version des Qualitätsmanagementsystems nach ISO 9000 – international anerkannt durch SAE und den Europäischen Verband der Luft- und Raumfahrtindustrie. Insbesondere entspricht GMI der im Januar 2009 herausgegebenen Revision C der AS9100, in der die Bedeutung der Risikominderung betont wird. Unter Risikomanagement und -minderung versteht man die Identifizierung, Einschätzung und Priorisierung von Risiken. Risiko ist in AS9100 Rev. C definiert als die Auswirkung der Unsicherheit – im positiven oder negativen Sinn – beim Erreichen von Zielen. Risiken, die eine Unsicherheit verursachen, entstehen aus Projektfehlern (in jeder Phase von Konstruktion, Entwicklung, Produktion oder während des Produktlebenszyklus), gesetzlichen Verpflichtungen, Finanzmarkt- und Kredit-Risiken oder durch Unfälle und Naturereignisse. Strategien zur Risikominderung beinhalten meist die Reduzierung der Wahrscheinlichkeit, dass das Risiko eintritt, und der negativen Auswirkung bei Eintreten des Risikos, die Übertragung des Risikos auf Dritte, die Vermeidung des Risikos oder sogar das Akzeptieren einiger oder aller möglichen oder tatsächlichen Konsequenzen eines bestimmten Risikos. Das Konzept des Risikos ist vielschichtig: „Risikominderung beinhaltet Dinge wie das Vorhalten eines Katastrophenplans, um für alle Ereignisse gewappnet zu sein – zum Beispiel, für schwere Unfälle wichtiger Mitarbeiter“, erklärt Gary Smith, Präsident von GMI. „Ein Risiko kann sich in den Qualitätsklauseln für das Auftragswesen befinden, die vielleicht Grauzonen enthalten, die nicht vollständig verstanden werden. Es kann aber auch in engen Toleranzen oder sonstigen Spezifikationen liegen, die nur schwierig zu bewerten sind.” Im Herstellungsprozess ist ein Aspekt der Risikominderung die Sicherstellung, dass die korrekten Versionen 22 Quality Engineering PLUS 01.2018

von technischen Dokumenten, Anleitungen und Spezifikationen verwendet werden. Werden Werkzeuge und andere Ausrüstung einschließlich CNC-Geräte eingesetzt, ist es unerlässlich, die Integrität der Ausrüstung in Bezug auf Tauglichkeit und Eignung für einen bestimmten Zweck der hergestellten Produkte zu demonstrieren. Maßhaltigkeit der hergestellten Teile ist für GMI ein wichtiger Faktor des Risikomanagements Die Herstellung eines so komplexen Produkts wie eines Flugzeugs oder eines Raumfahrzeugs verlangt höchste Sorgfalt bei jedem einzelnen Prozessschritt für jedes einzelne produzierte Teil – und sei es noch so klein. Die Sicherheit, dass die hergestellten Teile die vorgegebenen Maßtoleranzen einhalten, ist daher für GMI ein wichtiger Faktor des Risikomanagements und der Risikominderung. GMI produziert mit Toleranzen von 0,002 mm. Die Validierung dieser Toleranzen kann problematisch sein angesichts eingeschränkter Wiederhol- und Vergleichspräzision (GR&R) – sowohl beim Messinstrument als auch den Anwendern. GR&R gibt die Größe der Messabweichung eines Systems an, bestehend aus einem Messgerät und dem bedienenden Werker. Wiederholpräzision bezieht sich auf die Streuung, die durch das Messinstrument hervorgerufen wird, Vergleichspräzision auf die durch den Anwender verursachte Abweichung. Gage R&R gibt den kombinierten Effekt aus beiden Abweichungen an. Die messtechnische Herausforderung an das Unternemen wird noch größer durch die Anforderung seiner Kunden aus der Luft- und Raumfahrtindustrie: Demnach muss die eingesetzte Messtechnik der GR&R-10:1-Regel entsprechen. Diese Regel besagt, dass der GR&R-Gesamtbetrag 1/10 der geforderten Toleranz nicht überschreiten darf. Beträgt die Toleranz beispielsweise 0,002 mm so sollte der Gesamtwert für GR&R 0,0002 mm oder besser sein. Mit anderen Worten: Die Kombination der durch Messinstrument und Anwenderfehler hervorgerufenen Messunsicherheiten darf insgesamt nicht mehr als 10 % der Merkmalstoleranz betragen. Äußerst anspruchsvoll, aber unerlässlich in der Luft- und Raumfahrttechnik. GMI hat festgestellt, dass das Erreichen dieses Niveaus für Wiederhol- und Vergleichspräzision selbst für geübte Anwender und mit den genauesten Handmessmitteln eine enorme Herausforderung darstellte. Smith: „Etwa 20 Prozent der von uns produzierten Teile waren extrem schwierig gemäß den geforderten Toleranzen zu validieren“, erinnert sich Smith. „Unser Messprozess bestand daher aus dem Einsatz von hochgenauen Super-Bügelmessschrauben und dem direkten Vergleich von Referenz-Endmaß und Werkstück – und einem ständigen Hin und Her zwischen Endmaßen und Werkstücken.“ Diese Vorgehensweise beanspruchte viel Zeit und Bewegung. „Die Messungen wurden zu zeitaufwändig. Wir mussten also verhindern, dass unsere Kapazitäten Den Verantwortlichen bei GMI fiel die Entscheidung für die Legex nicht schwer, da das Koordinatenmessgerät extrem präzise ist: Seine Längenmessabweichung beträgt 0,00125 mm am entferntesten Punkt (bei 970 mm) des Verfahrbereichs Bilder: Mitutoyo Quality Engineering PLUS 01.2018 23