Ihr Drehmomentschlüssel hat die Maschinenfähigkeitsuntersuchung mit Cmk = 1,85 bestanden. Die Dokumentation ist vollständig, das Prüfmittel kalibriert, die Freigabe erteilt. Und trotzdem zeigt die nächste Kundenreklamation: Die Schraubverbindungen aus der Serienfertigung liegen außerhalb der Toleranz.
Dieses Szenario ist kein Einzelfall - es ist das klassische Resultat einer verwechselten Prüflogik. Wer die Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU) mit der Maschinenfähigkeitsuntersuchung (MFU) gleichsetzt, unterschätzt systematisch alle Störgrößen, die in der Realproduktion auftreten. Dieser Artikel beantwortet klar und präzise: Was ist eine PFU, was fordert die Norm VDI/VDE 2645-3, und wie führen Sie sie korrekt durch?
Definition: Was ist eine PFU?
Definition: Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU)
Eine PFU (Prozessfähigkeitsuntersuchung) prüft, ob ein Schraubprozess unter realen Produktionsbedingungen die geforderte Messgenauigkeit dauerhaft einhält. Im Gegensatz zur MFU (Maschinenfähigkeitsuntersuchung) im Labor berücksichtigt die PFU alle Störgrößen des Produktionsalltags: Mensch, Material, Methode und Mitwelt (Umgebung).
Norm: VDI/VDE 2645 Blatt 3 | Kenngröße: Cpk | Methode: Weiterdrehmomentmessung
Die VDI/VDE 2645 Blatt 3 beschreibt Verfahren für Prozessfähigkeitsuntersuchungen von Weiterdrehmomenten bei Schraubverbindungen mit Vorspannkraft. Ziel ist die Bewertung und Dokumentation der Qualitätsfähigkeit eines Schraubprozesses unter Serienbedingungen. Die PFU liefert Anhaltspunkte zur Beurteilung und kontinuierlichen Verbesserung des Schraubprozesses.
Konkret zählen dazu:
- Das Erkennen systematischer Einflüsse zur gezielten Prozessverbesserung
- Das Beurteilen der Wirkung von Korrekturmaßnahmen
- Das Festlegen der Eingriffsgrenzen von Qualitätsregelkarten
Im Unterschied zur MFU berücksichtigt die PFU zusätzlich zum Maschineneinfluss die Einflusskategorien Mensch, Material, Methode und Mitwelt (Umgebung). Das ist das bekannte 5M-Modell der Fertigungssteuerung - und in der Schraubtechnik wirken alle fünf Dimensionen gleichzeitig.
MFU vs. PFU: Der entscheidende Unterschied
Die häufigste Fehlerquelle in der Qualitätssicherung: MFU und PFU werden als gleichwertig behandelt oder verwechselt. Sie sind es nicht - sie beantworten grundsätzlich verschiedene Fragen.
Die MFU fragt: Ist das Werkzeug grundsätzlich präzise genug? Die PFU fragt: Hält der gesamte Schraubprozess die Toleranzen unter realen Bedingungen dauerhaft ein?
| Merkmal | MFU - Maschinenfähigkeitsuntersuchung | PFU - Prozessfähigkeitsuntersuchung |
|---|---|---|
| Norm | VDI/VDE 2645 Blatt 2 | VDI/VDE 2645 Blatt 3 |
| Bedingungen | Laborbedingungen, kontrolliert | Reale Serienproduktion |
| Einflussfaktoren | Nur Maschine | Mensch, Maschine, Material, Methode, Mitwelt (5M) |
| Kenngröße | Cmk (Maschinenfähigkeitsindex) | Cpk (Prozessfähigkeitsindex) |
| Mindest-Grenzwert (Allgemein) | Cmk ≥ 1,67 | Cpk ≥ 1,33 |
| Mindest-Grenzwert (Automotive) | Cmk ≥ 1,67 | Cpk ≥ 1,67 |
| Messmethode | Abschaltmomentmessung | Weiterdrehmomentmessung |
| Zeitpunkt | Vor Serienstart, bei Werkzeugabnahme | Serienbegleitend, nach Anlauf |
| Aussage | Ist das Werkzeug grundsätzlich präzise genug? | Hält der Prozess die Toleranzen in der Realität ein? |
| Pflicht bei Klasse A? | Ja | Ja (zusätzlich zur MFU) |
Eine bestandene MFU ist Grundvoraussetzung für die PFU - ersetzt sie aber nicht. Die MFU ist typischerweise der erste Schritt bei der Abnahme einer neuen Anlage (Gate 1). Die PFU folgt später und belegt die Beherrschung im realen Produktionsalltag (Gate 2). Ein guter MFU-Wert ist Voraussetzung, aber keine Garantie für einen guten PFU-Wert.
Praxisbeispiel: Ein Elektroschrauber erreicht im Labor Cmk = 1,85. In der laufenden Serienproduktion - mit wechselnden Bedienern, Temperaturunterschieden zwischen Früh- und Nachtschicht und einer neuen Schraubencharge - ergibt die PFU nur noch Cpk = 0,98. Der Prozess ist nicht fähig. Das Werkzeug war es - der Prozess war es nie.
Warum die PFU bei Klasse-A-Verschraubungen Pflicht ist
Die Norm VDI/VDE 2862 Blatt 2 definiert Mindestanforderungen an Schraubprozesse und klassifiziert Verschraubungen in drei Kategorien:
| Klasse | Bezeichnung | Beispiele | PFU erforderlich? |
|---|---|---|---|
| A | Sicherheitskritisch | Bremsanlage, Lenkung, Airbag-Zündung | ✅ Ja, Pflicht |
| B | Funktionskritisch | Motorhalterung, Getriebegehäuse | ⚠️ Empfohlen |
| C | Unkritisch | Verkleidungsteile, Zierleisten | ❌ Nicht zwingend |
Bei Klasse-A-Verschraubungen ist die PFU nach VDI/VDE 2862 Blatt 2 Pflicht. Das gilt für alle Industrien, in denen Schraubverbindungen sicherheitsrelevante Funktionen erfüllen - ausdrücklich nicht nur für die Automobilindustrie, sondern auch für Luftfahrt, Bahntechnik und Medizintechnik.
Fehlende oder ungültige PFU-Nachweise bei Klasse-A-Verbindungen können bei IATF-16949-Audits zu Major-Abweichungen führen - und im Schadensfall zur persönlichen Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz. Mehr zur Haftungsthematik lesen Sie in unserem Beitrag Haftungsrisiko in der Schraubmontage: Warum "Stand der Technik" nicht optional ist.
Der Cpk-Wert: Die zentrale Kennzahl der PFU
Was der Cpk misst
Der Prozessfähigkeitsindex Cpk bewertet, wie weit der Prozessmittelwert von den Toleranzgrenzen entfernt ist - unter Berücksichtigung der tatsächlichen Prozessstreuung.
Formel:
Cpk = min [ (OSG - x̄) / (3σ), (x̄ - USG) / (3σ) ]
Dabei gilt:
- OSG = Obere Spezifikationsgrenze (Nm)
- USG = Untere Spezifikationsgrenze (Nm)
- x̄ = Prozessmittelwert (Nm)
- σ = Standardabweichung der Messwerte
Während der Cp-Wert nur das Verhältnis von Toleranzbreite zu Prozessstreuung angibt, berücksichtigt der Cpk-Wert zusätzlich die Lage des Mittelwertes zur Toleranzmitte. Ein Prozess kann also ein gutes Streuverhalten aufweisen, aber dennoch einen schlechten Cpk haben - weil sein Mittelwert zu nah an einer Toleranzgrenze liegt.
Cpk-Grenzwerte: Was gilt in welcher Branche?
| Cpk-Wert | Bewertung | Typische Anforderung |
|---|---|---|
| < 1,00 | ❌ Nicht fähig | Sofortige Maßnahmen erforderlich |
| 1,00-1,33 | ⚠️ Bedingt fähig | Verbesserungsmaßnahmen einleiten |
| ≥ 1,33 | ✅ Fähig | Allgemeiner Industriestandard |
| ≥ 1,67 | ✅✅ Voll fähig | Anforderung Automotive für Klasse A (IATF 16949) |
Ein Cpk von 1,67 entspricht einer Ausschussrate von nur 0,57 ppm (parts per million). Ein Cpk von 1,33 ergibt dagegen 63 ppm.
Wichtig: Der Cpk gilt für die PFU - also für die Realproduktion. Für die MFU gilt der Cmk-Wert. Verwechseln Sie diese beiden Kenngrößen nicht. Mehr zu Formeln und Berechnungsbeispielen finden Sie in unserem Artikel Cmk und Cpk in der Schraubtechnik: Fähigkeitsindizes richtig berechnen und interpretieren.
Interaktiver Cpk-Rechner
Berechnen Sie Ihren Cpk-Wert direkt für Ihre Drehmomentmessung:
PFU in der Praxis: Schritt-für-Schritt-Anleitung
Klassifizieren Sie die Verschraubung nach VDI/VDE 2862 (Klasse A, B oder C). Die Klasse bestimmt die Toleranzgrenzen und den erforderlichen Cpk-Grenzwert. Bei Klasse A ist die PFU Pflicht.
Wählen Sie ein kalibriertes Prüfmittel mit nachgewiesener Messgeräteeignung (Cg/Cgk nach VDI/VDE 2645-1). Das QUANTEC MCS® von GWK bietet ±1 % Genauigkeit zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches und ist speziell für Weiterdrehmomentmessungen ausgelegt.
Prüfen Sie, ob eine gültige MFU (Cmk ≥ 1,67) für das Schraubwerkzeug vorliegt. Eine PFU ohne bestandene MFU ist nicht zulässig - eine fähige Maschine ist Grundvoraussetzung für einen fähigen Prozess.
Führen Sie Weiterdrehmomentmessungen unter Serienbedingungen durch - mit Bedienerwechsel, über mehrere Schichten, mit wechselnden Materialchargen. Empfohlener Stichprobenumfang: mindestens 125 Messwerte für belastbare statistische Aussagen.
Erstellen Sie vor der Cpk-Berechnung eine Qualitätsregelkarte. Nur ein statistisch stabiler Prozess (keine Eingriffsgrenzenverletzungen, keine unnatürlichen Muster) darf ausgewertet werden.
Berechnen Sie den Prozessfähigkeitsindex Cpk = min[(OSG - x̄)/(3σ), (x̄ - USG)/(3σ)]. Cpk ≥ 1,33 gilt allgemein als Mindestanforderung; in der Automobilindustrie werden oft Cpk ≥ 1,67 gefordert.
Erstellen Sie ein normkonformes Prüfprotokoll mit allen Messwerten, Regelkarten, Cpk-Ergebnis, Prüfmittelnachweis und Datum. Die Software QuanLab Pro® von GWK erstellt diese Dokumentation automatisch und revisionssicher.
VDI/VDE 2645-3: Was die Norm konkret fordert
Die VDI/VDE 2645 Blatt 3 (aktuelle Fassung: Februar 2019, ersetzt die Fassung von Juli 2016) definiert das methodische Vorgehen für die PFU in der Schraubtechnik. Die zentralen Anforderungen im Überblick:
Messmethode: Weiterdrehmoment
Die Norm setzt auf die Weiterdrehmomentmessung als Prüfverfahren. Das Weiterdrehmoment ist das Drehmoment, das nach abgeschlossenem Verschraubungsvorgang benötigt wird, um die Schraube geringfügig weiterzudrehen. Es gibt indirekt Aufschluss über die installierte Vorspannkraft - und damit über die reale Verbindungsqualität - ohne die Verbindung zu zerstören.
Stichprobenumfang
Für statistisch belastbare Aussagen empfiehlt die Praxis mindestens 125 Messwerte, erhoben über einen repräsentativen Produktionszeitraum. Ein typischer Fehler: zu kleine Stichproben. Halten Sie sich an etablierte Mindestgrößen (z. B. 125 Werte). Dokumentieren Sie die Stichprobengröße und begründen Sie diese. Das Konfidenzintervall des Cpk-Wertes wird bei kleinen Stichproben sehr groß - das mindert die Aussagekraft erheblich.
Prozessstabilität als Voraussetzung
Nur wenn die Regelkarte über einen repräsentativen Zeitraum keine Eingriffsgrenzenverletzungen oder unnatürlichen Muster (Trends, Runs) zeigt, ist der Prozess stabil und die PFU zulässig. Die Auswertung eines instabilen Prozesses liefert keine validen Cpk-Werte.
Dokumentationspflichten
Die PFU muss vollständig dokumentiert werden, einschließlich:
- Messprotokoll mit allen Einzelwerten und Zeitstempeln
- Regelkarte zum Nachweis der Prozessstabilität
- Cpk-Berechnung mit Prozessmittelwert, Standardabweichung und Toleranzgrenzen
- Prüfmittelnachweis (DAkkS-Kalibrierhistorie des eingesetzten Werkzeugs)
- Datum, Bediener, Produktions-Identifikation für lückenlose Rückverfolgbarkeit
Zur Dokumentationspflicht bei A-Klasse-Verschraubungen lesen Sie auch: Dokumentationspflicht bei Schraubprozessen: Was Sie dokumentieren müssen.
Häufige Fehler bei der PFU - und wie Sie sie vermeiden
In der Praxis scheitern viele PFUs nicht an der Messtechnik, sondern an methodischen Fehlern. Die sieben häufigsten:
MFU und PFU verwechseln: Der Cmk-Wert aus der MFU wird als Prozessnachweis interpretiert. Er ist es nicht - er belegt ausschließlich die Werkzeugfähigkeit unter Idealbedingungen.
Zu kleine Stichprobe: 30 oder 50 Messwerte reichen für eine belastbare Cpk-Aussage in der Regel nicht aus. Das Konfidenzintervall ist zu groß.
Instabilen Prozess auswerten: Wer die Regelkartenanalyse überspringt und direkt Cpk berechnet, erhält mathematisch ein Ergebnis - statistisch aber keines, dem Sie vertrauen können.
Laborbedingungen statt Serienumgebung: PFU-Messungen im ruhigen Prüfraum statt direkt am Produktionsarbeitsplatz blenden genau die Störgrößen aus, die die PFU sichtbar machen soll.
Falsche Toleranzgrenzen: OSG und USG werden aus Erfahrungswerten geschätzt statt aus der konstruktiven Vorgabe übernommen. Das verfälscht den Cpk systematisch.
Fehlende Prüfmitteleignung: Das Prüfwerkzeug selbst wurde nicht auf Messgeräteeignung (Cg/Cgk nach VDI/VDE 2645-1) untersucht. Ein ungenaues Messmittel liefert unrealistische Cpk-Werte.
Unvollständige Dokumentation: Messwerte vorhanden, aber Regelkarte fehlt, Prüfmittelnachweis nicht aktuell oder Bedienerinformation nicht erfasst. Bei einem Audit reicht das nicht aus.
Definition: Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU)
Eine PFU (Prozessfähigkeitsuntersuchung) prüft, ob ein Schraubprozess unter realen Produktionsbedingungen die geforderte Messgenauigkeit dauerhaft einhält. Im Gegensatz zur MFU (Maschinenfähigkeitsuntersuchung) im Labor berücksichtigt die PFU alle Störgrößen des Produktionsalltags: Mensch, Material, Methode und Mitwelt (Umgebung).
Norm: VDI/VDE 2645 Blatt 3 | Kenngröße: Cpk | Methode: Weiterdrehmomentmessung
PFU mit GWK: Die richtige Messtechnik für normkonforme Ergebnisse
Eine PFU ist nur so belastbar wie das eingesetzte Messsystem. GWK bietet dafür aufeinander abgestimmte Werkzeuge aus einer Hand - Accuracy by GWK.
QUANTEC MCS® - Das Schraublabor für Entwicklung und QS
Das GWK QUANTEC MCS® ist speziell für Prüfabläufe nach VDI/VDE 2645-3 ausgelegt:
- Festpunktlose Drehwinkelmessung für präzise Weiterdrehmomenterfassung
- ±1 % Genauigkeit zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches - lückenlos rückverfolgbar
- Automatische Auswertung und Protokollerstellung mit der Software QuanLab Pro®
- Integrierte Cpk-Berechnung, Histogramm und Regelkarte direkt im System
- WLAN-Datenübertragung für revisionssichere Archivierung
Das QUANTEC MCS® führt sowohl MFU als auch PFU durch - und liefert die vollständige normkonforme Dokumentation automatisch.
OPERATOR® - PFU direkt am Produktionsarbeitsplatz
Für die PFU unter echten Serienbedingungen eignet sich der GWK OPERATOR® als Produktionswerkzeug:
- Prüfung direkt am Arbeitsplatz - ohne Unterbrechung der Montagelinie
- Modulares Wechselvierkant-System für flexible Einsätze an verschiedenen Schraubstellen
- Robuste Alu-Titan-Konstruktion für dauerhaften Produktionseinsatz
- Optionaler Barcode-Scanner* zur Bauteilidentifikation und Rückverfolgbarkeit
*Optionales Sonderzubehör
Q-CHECK® - QS- und Audit-Werkzeug für die Weiterdrehmomentmessung
Der GWK Q-CHECK® ist als QS- und Audit-Werkzeug speziell für Weiterdrehmomentmessungen zur Prozessfähigkeitsuntersuchung konzipiert. Er eignet sich für stichprobenhafte Prüfungen im Produktionsbetrieb und bei Audits - mit direktem Ausdruck normgerechter Protokolle.
DAkkS-Kalibrierlabor: Die Grundlage jeder validen PFU
GWK betreibt ein eigenes DAkkS-akkreditiertes Kalibrierlabor mit der vollautomatischen DWPM-1000® Prüfmaschine der Genauigkeitsklasse 0,2. DAkkS-Kalibrierung ist die Grundlage für die Rückverfolgbarkeit Ihrer Prüfmittel - und damit Voraussetzung für eine auditfähige PFU. Zusätzlich bietet GWK mobile Kalibrierservices für die Vor-Ort-Kalibrierung in Ihrer Produktion - für minimale Ausfallzeiten.
Häufig gestellte Fragen zur PFU (FAQ)
Was ist der Unterschied zwischen PFU und MFU in der Schraubtechnik?
Die MFU (Maschinenfähigkeitsuntersuchung) nach VDI/VDE 2645 Blatt 2 prüft das Schraubwerkzeug unter kontrollierten Laborbedingungen und ermittelt den Cmk-Wert. Die PFU (Prozessfähigkeitsuntersuchung) nach VDI/VDE 2645 Blatt 3 bewertet den gesamten Schraubprozess unter realen Serienbedingungen und ermittelt den Cpk-Wert. Beide Untersuchungen sind eigenständig durchzuführen - eine bestandene MFU ist zwar Voraussetzung, ersetzt aber die PFU nicht.
Welcher Cpk-Wert wird für die PFU in der Automobilindustrie gefordert?
In der Automobilindustrie wird für sicherheitskritische Verbindungen der Klasse A typischerweise ein Cpk ≥ 1,67 gefordert. Der allgemeine Mindestwert beträgt Cpk ≥ 1,33. Ein Cpk von 1,33 entspricht statistisch rund 63 ppm Ausschuss, ein Cpk von 1,67 nur noch ca. 0,57 ppm.
Ist die PFU nach VDI/VDE 2645-3 für Klasse-A-Verschraubungen Pflicht?
Ja. Bei Klasse-A-Verschraubungen (sicherheitskritisch) nach VDI/VDE 2862 ist die PFU Pflicht. Dies ergibt sich aus den Mindestanforderungen an Prüfprozesse gemäß VDI/VDE 2862 Blatt 2. Fehlende oder ungültige PFU-Nachweise können bei Audits (IATF 16949) zu Abweichungen und im Schadensfall zu Haftungsrisiken führen.
Wie viele Messwerte sind für eine PFU nach VDI/VDE 2645-3 erforderlich?
Die Norm empfiehlt für eine statistisch belastbare PFU in der Regel mindestens 125 Messwerte, erhoben unter repräsentativen Serienbedingungen. Bei kleineren Stichproben wird das Konfidenzintervall des Cpk-Wertes sehr groß, was die Aussagekraft erheblich einschränkt.
Welches GWK-Werkzeug eignet sich für die PFU-Durchführung?
Das GWK QUANTEC MCS® ist speziell für Prüfabläufe nach VDI/VDE 2645-3 ausgelegt: festpunktlose Drehwinkelmessung, ±1 % Genauigkeit zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches, integrierte Weiterdrehmomentmessung und WLAN-Anbindung an die Analysesoftware QuanLab Pro®. Für die Prüfung direkt am Arbeitsplatz in der Produktion eignet sich der OPERATOR® - ideal für die PFU unter realen Bedingungen.
Was misst die Weiterdrehmomentmessung bei der PFU?
Das Weiterdrehmoment ist das Drehmoment, das nach abgeschlossenem Verschraubungsvorgang nötig ist, um die Schraube geringfügig weiterzudrehen. Es gibt indirekt Auskunft über die installierte Vorspannkraft und ermöglicht eine zerstörungsfreie, serienbegleitende Qualitätssicherung. Die VDI/VDE 2645-3 setzt explizit auf diese Messmethode.
In welchen Abständen muss die PFU wiederholt werden?
Die VDI/VDE 2645-3 schreibt keine fixen Wiederholintervalle vor - die Häufigkeit richtet sich nach der Schraubfallklasse, dem Risikopotenzial und den Anforderungen aus Kundenaudits (z.B. IATF 16949). In der Praxis werden PFUs bei wesentlichen Prozessänderungen (neues Material, neuer Bediener, Werkzeugwechsel) sowie in regelmäßigen Abständen (typisch: jährlich oder bei Kalibrierwiederholung) durchgeführt.
Fazit: PFU ist kein bürokratischer Pflichtnachweis - sie ist Prozesssicherheit
Die Prozessfähigkeitsuntersuchung nach VDI/VDE 2645-3 ist das einzige Instrument, das belegt, ob Ihr Schraubprozess unter realen Produktionsbedingungen zuverlässig funktioniert. Ein guter Cmk-Wert aus der MFU gibt Ihnen Sicherheit für das Werkzeug im Labor. Der Cpk-Wert aus der PFU gibt Ihnen Sicherheit für das, was zählt: die Schraubverbindung am Bauteil - Tag für Tag, Schicht für Schicht.
Wer die PFU konsequent einsetzt, erkennt Prozessdrift frühzeitig, verhindert Fehlteile und schützt sich im Audit. Wer sie überspringt, riskiert genau das Szenario vom Anfang dieses Artikels.
GWK unterstützt Sie bei der vollständigen Prozessfähigkeitsuntersuchung - von der Auswahl des richtigen Prüfmittels über die DAkkS-akkreditierte Kalibrierung bis zur normenkonformen Dokumentation mit QuanLab Pro®. Gemeinsam entwickeln wir die optimale Lösung für Ihre spezifischen Anforderungen.
Weiterführende Artikel:
- MFU vs. PFU: Warum die Maschinenfähigkeit allein nichts über Ihren Schraubprozess aussagt
- Cmk und Cpk in der Schraubtechnik: Fähigkeitsindizes richtig berechnen und interpretieren
- VDI/VDE 2862 einfach erklärt: Was Kategorie A, B und C für Ihre Schraubprozesse bedeuten
- Audit-Checkliste: 10 Punkte, die Ihr Auditor bei Schraubprozessen prüft
