Qualitätsplanung bei Hydroforce: Was entschieden wird, bevor das erste Teil entsteht

Ein Prüfprotokoll sagt, ob ein Teil in Ordnung ist. Ob die nächsten tausend Teile in Ordnung sein werden, entscheidet sich viel früher, bei der Planung des Auftrags. Dieser Beitrag erklärt, wie wir Qualität für jeden Auftrag und jede Technologie planen: Prüfplan, Erstmusterfreigabe, Prüfungen während der Serie und die Rückkopplung, die den Prozess dort hält, wo er freigegeben wurde.

Unsere Qualitätsseite beschreibt die drei Prüfstufen, die wir fahren: Wareneingangsprüfung, prozessbegleitende Überwachung und Endabnahme. Kunden, die uns auditieren, stellen meist eine andere Frage: Woher wissen wir im Voraus, dass eine Charge bestehen wird? Die ehrliche Antwort lautet: Die Prüfungen wurden entworfen, bevor es die Charge gab, und genau deshalb besteht sie. Diese Entwurfsarbeit ist Qualitätsplanung, und sie sieht bei einem Hydraulikzylinder, einem Druckgussgehäuse, einem Sinterzahnrad und einer Hartmetalldüse jeweils anders aus.

Warum wir planen statt zu sortieren

Ein Lieferant, der sich auf die Endprüfung verlässt, betreibt in Wahrheit eine Sortieranlage. Gute Teile gehen zum Kunden, schlechte in den Schrott, und der Prozess selbst lernt nichts dabei. Bezahlt wird zweimal: einmal mit Ausschuss und einmal mit Termin, weil eine abgelehnte Charge erst am Ende auffällt, wenn keine Zeit mehr für eine neue bleibt.

Planung verlagert den Aufwand nach vorn. Bevor ein Auftrag in die Fertigung geht, sitzt eine kleine Gruppe über der Zeichnung: ein Fertigungsplaner, ein Qualitätsingenieur und bei werkzeuggebundenen Teilen ein Werkzeugkonstrukteur. Aus der Besprechung gehen sie mit vier Dokumenten: einem Arbeitsplan mit jedem Arbeitsgang in Reihenfolge, einer Risikoanalyse, die benennt, was an jedem Arbeitsgang schiefgehen kann, einem Prüfplan, der festlegt, was wo wie oft womit gemessen wird und was bei einem Messwert außerhalb der Toleranz passiert, und einem mit dem Kunden abgestimmten Abnahmeprotokoll. Diese vier Dokumente sind das, was von einem System nach ISO 9001:2015 übrig bleibt, wenn es in der Werkhalle ankommt.

Die Planungsabfolge

1. Vertrags- und Zeichnungsprüfung

Jeder Auftrag beginnt mit einer Prüfung von Zeichnung und Spezifikation gegen das, was unsere Prozesse halten können. Typische Befunde: eine fehlende Toleranz, ein Verweis auf eine zurückgezogene Norm, eine Oberflächengüte, die das gewählte Verfahren nicht erreicht, oder eine Werkstoffsorte ohne europäische Entsprechung. Jeder dieser Punkte wird schriftlich mit dem Kunden geklärt, bevor etwas gesägt oder gegossen wird. Die Prüfung stuft außerdem die Merkmale ein. Wenige Maße an jedem Teil entscheiden, ob es funktioniert: ein Bohrungsdurchmesser, eine Dichtfläche, ein Gewinde, ein Härtebereich. Sie werden zu kritischen Merkmalen, und der Prüfplan behandelt sie anders als eine Fase.

2. Prozessplanung und Messplanung

Der Arbeitsplan wird Arbeitsgang für Arbeitsgang geschrieben. Für jeden wählt der Planer die Maschine, die Vorrichtung, die Schnitt- oder Pressparameter und das Messmittel. Das Messmittel wird mit derselben Sorgfalt gewählt wie die Maschine. Eine Toleranz von 0,02 mm lässt sich nicht mit einem Gerät überwachen, das 0,01 mm auflöst, deshalb muss das Messverfahren etwa zehnmal feiner sein als die Toleranz. Auch das KMG-Programm für das Teil entsteht in dieser Phase, lange bevor die ersten Teile im Messraum ankommen.

3. Risikoanalyse

Für jeden Arbeitsgang fragt das Team, wo der Prozess driften kann und was daraus folgt. Die Antworten hängen vom Teil ab. Bei einer hartverchromten Kolbenstange liegt die Schwachstelle in der Schichtdicke an den Enden, bei einem Druckgussgehäuse in der Porosität unter einer bearbeiteten Dichtfläche. Ein Sinterzahnrad kann über einen dicken Querschnitt in der Dichte schwanken, und ein Hartmetalleinsatz aus einer neuen Pulvercharge schrumpft womöglich anders als der vorige. Jedes so gefundene Risiko bekommt seine eigene Zeile im Prüfplan. Bei Hydraulikzylindern ist diese Analyse formalisiert: eine Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse je Konstruktion, gespeist aus unseren Garantie- und Feldaufzeichnungen, damit ein einmal gesehenes Problem in der nächsten Konstruktion nicht wieder auftaucht.

4. Der Prüfplan

Der Prüfplan ist das eine Dokument, das ein Maschinenbediener, ein Prüfer und der Auditor des Kunden gleichermaßen lesen. Ein kurzer Auszug für ein bearbeitetes Zylinderrohr zeigt das Format.

Zwei Spalten wiegen am schwersten. Die Häufigkeit legt die Kosten der Prüfung fest, und bei kritischen Merkmalen wird sie mit dem Kunden verhandelt. Die Reaktion macht aus einer Messung erst eine Steuerung: Ohne Reaktionsregel liefert dieselbe Messung nur einen Bericht.

5. Werkzeugfreigabe und Erstmuster

Bei jedem Teil, das von einer Gießform, einem Spritzgusswerkzeug oder einem Presswerkzeug abhängt, wird das Werkzeug freigegeben, bevor der Plan unterschrieben wird. Die ersten Schüsse oder Pressungen werden vollständig vermessen, jedes Maß der Zeichnung, und mit dem CAD-Modell verglichen. Wird das Werkzeug korrigiert, wird das Muster erneut gemessen. Nur ein Werkzeug, das ein freigegebenes Erstmuster erzeugt hat, geht in die Fertigung, und der Erstmusterbericht wird zur Referenz für jede spätere Charge. Bei bearbeiteten Teilen gilt dieselbe Logik für das erste Teil aus einem neuen Programm oder einer neuen Vorrichtung.

Was für jede Technologie geplant wird

Die Abfolge oben ist bei jedem Auftrag gleich, der Inhalt des Prüfplans ändert sich dagegen mit der Technologie. Die folgende Liste zeigt die Planungsentscheidungen mit dem größten Gewicht in jedem unserer Fertigungsbereiche.

Hydraulikzylinder

Der Plan beginnt beim Werkstoff: Gehontes Rohr und hartverchromter Stangenstahl kommen mit Zeugnissen, die vor der Freigabe des Loses gegen die Zeichnung geprüft werden. Geschweißt wird nach schriftlichen Anweisungen, tragende Nähte erhalten zerstörungsfreie Prüfung in der im Plan festgelegten Häufigkeit. Die Montage wird um Sauberkeit und den Umgang mit Dichtungen herum geplant, denn die meisten frühen Leckagen gehen auf eine beschädigte Dichtung oder eine verschmutzte Bohrung zurück, nicht auf einen Bearbeitungsfehler. Die Endprüfung erfasst jede Einheit. Jeder Zylinder wird bei Betriebsdruck und bei Überdruck geprüft, auf äußere und innere Leckage kontrolliert, und die Aufzeichnung bleibt unter der Seriennummer erhalten. Die Dokumentation wird von Anfang an mitgeplant, wenn der Kunde sie für eine Klassifikation braucht: Pakete nach ISO, DIN, DNV, ABS oder API mit Festigkeitsberechnungen und Prüfprotokollen.

CNC-Bearbeitung und Zahnräder

Präzisionsteile werden um die Toleranzgrade IT6 bis IT7 und die Allgemeintoleranzen der Zeichnung herum geplant: ISO 2768, ISO 286 für Passungen, ISO 1101 für Form und Lage. Das KMG-Programm wird geschrieben und am ersten Teil erprobt. Während der Serie werden kritische Maße in festen Abständen gemessen, mit einer planmäßigen Kontrolle alle 45 Maschinenstunden und einer Regelkarte für die Maße, bei denen Werkzeugverschleiß die bekannte Drift ist. Bei Zahnrädern umfasst der Plan die Messung von Profil, Flankenlinie und Teilung nach ISO 1328 auf einer Verzahnungsmessmaschine sowie Härte- und Einhärtetiefenprüfung nach der Wärmebehandlung. Große Bauteile bis 16 Meter werden anders geplant: Ein Lasertracker oder ein 3D-Scanner ersetzt das KMG, und der Messaufbau wird zusammen mit der Vorrichtung entworfen, bevor das Teil aufgespannt wird.

Druckguss

Hier wird die Qualität in das Werkzeug hineingeplant. Formkonstruktion, Anschnitt und Kühlung werden auf das Porositätsrisiko in den Zonen geprüft, die später bearbeitet oder abgedichtet werden, und diese Zonen werden im Plan als kritisch markiert. Werkzeugerprobungen liefern das Erstmuster. In der Serie werden die Prozessparameter der Maschine in Echtzeit überwacht und aufgezeichnet, denn eine Druckgusszelle, die ihre Parameter hält, hält auch ihre Maße. Maßtoleranzen von ±0,1 bis 0,3 mm und Rauheiten von Ra 1,6 bis 6,3 µm werden am KMG und durch Oberflächenmessung geprüft. Wo das Teil druckdicht oder tragend ist, kommt Röntgenprüfung der kritischen Zonen in abgestimmter Häufigkeit in den Plan.

Pulvermetallurgie und MIM

Sinterteile werden über Werkstoff und Prozess gesteuert, nicht über Bearbeitung. Der Plan beginnt bei der Pulvercharge: Zusammensetzung und Fließverhalten werden beim Eingang geprüft. Das Pressen wird auf eine Grünlingsdichte über 95 Prozent ausgelegt, und die Presse wird auf Druck und Füllung überwacht. Sinteröfen fahren programmierte Zyklen mit einer Temperaturkonstanz von ±5 °C in kontrollierter Atmosphäre, und die Zyklusaufzeichnung gehört zur Chargenakte. Jedes Los wird auf Dichte, Härte und Maße geprüft, mit metallografischer Untersuchung in der im Plan festgelegten Häufigkeit. Bei MIM-Teilen ist die Gewichtskontrolle der Grünlinge das Frühwarnsignal: Eine Gewichtsänderung zeigt eine Drift von Feedstock oder Spritzgießen, bevor sich die Maße bewegen. Toleranzen von ±0,05 mm nach dem Sintern und ±0,02 mm bei MIM-Teilen sind die Werte, gegen die der Plan geschrieben wird.

Hartmetall

Hartmetall bringt einen Planungsschritt mit, den keine andere Technologie braucht: den Schrumpfversuch. Ein Teil schrumpft beim Sintern linear um 15 bis 20 Prozent, und der genaue Wert hängt von Sorte und Pulvercharge ab. Bevor ein Presswerkzeug endgültig ausgeführt wird, legt ein Probesintern den Koeffizienten fest. In der Fertigung erfasst der Plan die Sorte selbst, gewählt aus dem Bereich der ISO 513, und die Eigenschaften, die sie belegen: Dichte, Härte und bei kritischen Sorten die Biegebruchfestigkeit an Stäben aus demselben Sinterzyklus. Sintertoleranzen von ±0,15 mm werden durch Diamantschleifen auf ±0,01 mm gebracht, und die geschliffenen Teile werden am KMG mit Rauheiten von Ra 0,1 bis 0,4 µm verifiziert. Wo die Anwendung volle Dichte verlangt, kommt heißisostatisches Pressen in den Arbeitsplan und wird durch Dichtemessung bestätigt.

Hydraulikmotoren und Pumpen

Motoren und Pumpen werden als geprüfte Einheiten geplant. Jede Einheit durchläuft eine Funktionsprüfung, eine Druckprüfung und einen Leistungsabgleich mit den Katalogwerten und verlässt das Werk mit ihrem Dokumentationspaket.

Qualität steuern, während die Charge läuft

Ein Plan funktioniert nur, wenn ihn jemand während der Serie am Leben hält. Vier Routinen sorgen dafür.

• Liegt ein Messwert außerhalb der Toleranz, stoppt der Arbeitsgang. Die seit dem letzten guten Messwert gefertigten Teile werden beiseitegelegt und erneut gemessen, und die Ursache wird gefunden, bevor der Arbeitsgang wieder anläuft. Keines dieser Teile wandert in die nächste Stufe.
• Jedes Messmittel, vom Drehmomentschlüssel bis zum KMG, steht in einem Kalibrierplan. Ein Gerät mit überschrittenem Kalibriertermin wird aus dem Betrieb genommen. Messaufzeichnungen nennen das verwendete Gerät, sodass ein Kalibrierbefund bis zu den Teilen zurückverfolgt werden kann, die damit gemessen wurden.
• Ein Fehler, der in der Werkstatt, beim Lieferanten oder beim Kunden gefunden wird, wird erfasst, eingegrenzt und bis zur Grundursache analysiert. Die Korrekturmaßnahme ändert den Plan, das Werkzeug oder die Anweisung, und die Änderung wird an der nächsten Charge verifiziert.
• Werkstoffe und fremdvergebene Arbeitsgänge fallen unter denselben Plan. Lieferanten werden auditiert, eingehende Zeugnisse werden gegen die Spezifikation geprüft, und ein Lieferantenlos, das die Wareneingangsprüfung nicht besteht, wird gesperrt, bevor es eine Maschine erreicht.

Die Maschinenbediener sind Teil von all dem. Sie werden in den Messverfahren geschult, die ihr Prüfplan verlangt, und die Erstteil- und Intervallprüfungen führen sie selbst durch und zeichnen sie ab.

Was der Kunde anfordern kann

Planung gibt dem Kunden auch einen Blick vor Produktionsbeginn. Auf Wunsch legen wir den Prüfplan für das Teil offen, stimmen die kritischen Merkmale und die Prüfhäufigkeit ab und ergänzen Prüfungen unter Zeugen oder eine Abnahme durch Dritte, wo die Anwendung es verlangt. Mit der Lieferung oder auf Anfrage stellen wir Werkstoffzeugnisse, den Erstmusterbericht, Messaufzeichnungen zu den Merkmalen des Plans, Prüfprotokolle für Zylinder, Motoren und Pumpen sowie eine Konformitätsbescheinigung für die Charge bereit. Das Dokument Acceptance Conditions auf unserer Qualitätsseite beschreibt das Abnahmeverfahren im Detail.

Kurz gesagt

Die Prüfung fängt einen Fehler ab, nachdem er entstanden ist. Die Planung arbeitet an seiner Ursache. Bei Hydroforce wird der Plan geschrieben, bevor der Auftrag freigegeben wird, er richtet sich nach der Technologie, mit der das Teil gefertigt wird, und während der Serie halten ihn Kalibrierung, Reaktionsregeln und Korrekturmaßnahmen am Leben. Deshalb können wir uns auf die Toleranzen unserer Technologieseiten festlegen, und deshalb kommt die zehnte Charge so heraus wie die erste.

Senden Sie uns Ihre Zeichnung und Ihre Anforderungen über das Kontaktformular. Sie erhalten von uns ein Fertigungsangebot und den Entwurf des Prüfplans für Ihr Teil.