Koaxialität

Wellen mit mehreren Zylindern

Technische Antriebswellen übertragen Kräfte entlang einer Achse. Je nach dem, wie die Wellen ausgeformt sind, kann die Kraftübertragung verschieden ansetzen. Häufige Profilformen sind Schnecken- und Zahnradgetriebe, Nocken, versetzte Kurbeln oder Zapfen und Nuten.

Bei allen beliebig formbaren Konturen entlang einer Achse, ist es für die Stabilität des Bauteils von existentieller Bedeutung, dass stets die maximale Koaxialität bewahrt bleibt.

Auch wenn die Welle durch Nuten geschwächt oder durch Zapfen erweitert wurde, die Drehachsen jedes Segments muss maximal exakt auf der Gesamtdrehachse des Bauteils liegen.

Hierbei gilt: Je höher die Schwungmassen und die Geschwindigkeit der Rotation ist, desto wichtiger ist die Koaxialität entlang der Drehachse.

Abweichungen haben immer ein baldiges Zerstörung der Lager oder den Bruch der Welle zur Folge.

Anwendungsgebiete der Messung von Koaxialität

Vor allem im Motorenbau finden sich zahlreiche Wellen, die eine unregelmäßige Kontur besitzen. Dies ist wegen des Anbaus diverser Bauteile oder den multifunktionalen Aufgaben des Bauteils kaum anders umsetzbar.

Ein Turbolader besteht beispielsweise aus einer durchgehenden Welle, die aber an beiden Seiten Aufnahmepunkte für das Antriebs- und das Förderrad besitzen muss.

Angesichts der enorm hohen Rotationsgeschwindigkeit, welche in einem Turbolader herrscht, ist eine hochpräzise Koaxialität enorm wichtig.

Ein weiteres Bauteil, bei dem die Koaxialität zu 100% stimmen muss, ist die Nockenwelle. Auch sie besteht aus einem monolithischen Drehteil, welches aber durch elliptisch geformte Ausbuchtungen erweitert ist.

Der Drehpunkt dieser Zylinder mit elliptischem Querschnitt, den sogenannten Nocken, muss stets genau auf der gedachten Mittellinie der Drehachse liegen, sonst ist auch hier mit einem baldigen Ausfall des Bauteils zu rechnen.

Koaxialität an Bauteilen Herstellen

Um eine Koaxialität mit minimaler Toleranz herstellen zu können, kommt eigentlich nur ein einziges Fertigungsverfahren in Frage: Das Runddrehen auf einer klassischen Drehbank kann nicht nur rein radiale oder gestuft radiale Produkte zerspanen.

Mit dem notwendigen Geschick und der richtigen Ausstattung können auf Drehbänken auch unregelmäßig geformte Wellen, wie die benannten Nockenwellen, unter Wahrung der Koaxialität hergestellt werden. Die hergestellten Wellen sollten jedoch regelmäßig auf Korrektheit der Maße kontrolliert werden. Dies kann beispielsweise über optische 3D Messungen durchgeführt werden. Für zusätzliche Kontrolle der Innenansicht eignet sich industrielle Computertomographie.

Jedoch werden diese besonders unregelmäßig geformten Wellen in der Regel nicht aus Vollmaterial, sondern aus druckgegossenem und nachgewalztem Vorprodukt ausgearbeitet.

Eine besonders kritische Herausforderung bei der Wahrung von Koaxialität sind Zahnräder. Diese werden quer zur Achse heraus gefräst. Bereits kleinste Abweichungen bei der Frästiefe können die Koaxialität und damit die Laufruhe der Welle stark beeinträchtigen.

Die Koaxialität kann auch in Negativformen wichtig werden. Sack- und Durchgangslöcher werden beispielsweise häufig gestuft gebohrt. Die engere Bohrung dient als Lagepunkt für einen Zapfen oder eine Steckachse.

Um ein gestuft ausgearbeitetes Sack- oder Durchgangsloch herzustellen, können ebenfalls Drehmaschinen eingesetzt werden. Einen stabilen mit zuverlässiger Fixierung vorausgesetzt, kann dies auch mit einer Tisch- oder Ständerbohrmaschine erreicht werden.

Eine hochwertige Fräse ist dazu ebenfalls geeignet. Dennoch sollten bei diesen Anwendungen die Koaxialität unbedingt überprüft werden.

Es nützt einer hochpräzise ausgedrehten Steckachse wenig, wenn das für sie vorgesehene Sackloch in der Koaxialität unpräzise ist. Sie würde zweifelsfrei verklemmen und beim Rotieren einen Abrasionsschaden verursachen.

Koaxialität prüfen

Um die Deckungsgleichheit der Längsachsen mehrerer Bauteile zu überprüfen stehen verschiedene Ansätze bereit.

Diese Prüfaufgabe ist besonders für eine manuell-taktile Prüfung über eine Schablone geeignet. Das Messergebnis ist zwar nur digital und ohne einen tatsächlichen Wert. Dafür ist es sehr schnell umsetzbar und kann die Notwendigkeit einer genauen Prüfung und ggf. Nachbearbeitung zuverlässig anzeigen.

Diese Schablonen müssen aber für jedes zu messende Produkt individuell angefertigt werden. Sie eignen sich daher vor allem für Serienprodukte und für die Prüfung durch die Arbeitskraft an der Maschine.

Manuelle Prüfmittel zur Ermittlung der Koaxialität werden von SPREITZER, AUKOM, MAHR und BENZING hergestellt. Sie haben den Namen „Rundlaufprüfgeräte„, sind aber für die Messung der Koaxialität ebenso einsetzbar.

MAHR hat auch digital-taktile Messmittel im Angebot. Diese erlauben ein besonders komfortables Messen der Koaxialität bei Serienprodukten. Insgesamt ist jedoch das Angebot an elektronisch unterstützten Messmitteln für die Prüfung der Deckungsgleichheit von Längsachsen sehr gering.

Ein Grund dafür ist, dass die heute verfügbaren CNC-Drehmaschine bereits eine so hohe Produktionsqualität besitzen, dass sie sehr zuverlässig in der gewünschten Toleranz die Produkte herstellen können.

Aufgrund der bildgebenden Verfahren, sind die Laserscan-Prüfmaschinen auch für die Überprüfung der Koaxialität hervorragend einsetzbar.

Die Unternehmen VICISVISION und TESA SCAN verfügen über eine ganze Reihe sehr interessanter Maschinen, welche mit einem einzigen Scanvorgang eine ganze Reihe an Prüfansätzen bearbeiten können.