Definition der Rundheitstoleranz

Der Kreis ist die perfekte Form. Mit keiner anderen Geometrie kann man mehr Fläche mit weniger Umfang umschließen. Rundheit bedeutet deshalb stets die maximale wirtschaftliche Effizienz. Doch auch technisch ist der Kreis die ideale Form. Sie verspricht besten Gleitsitz bei maximaler Querstabilität, vibrationsfreie Laufruhe bei Rotationen und einfachste Montage.

Eine Rollfähigkeit ist außer mit der Verwendung von runden Rädern überhaupt nicht anders herzustellen. Rundheit ist auch bei Verbindungstechniken sehr wichtig: Sacklöcher- und Durchgangslöcher für Gewindebohrungen, Zapfen oder Nietverbindungen sind in einer Serienfertigung nur mit gleichbleibender Rundheitstoleranz wirtschaftlich sinnvoll. Aus diesen Gründen versuchen Konstrukteure beim Entwurf von Bauteilen möglichst oft einen radialen Querschnitt umzusetzen. Dies gilt übergreifend von Branche oder den Fertigungsverfahren.

rundheitstoleranz-3d-messtechnik

Runde Bauteile herstellen

Der runde Querschnitt ist mit allen Fertigungsverfahren herstellbar. In Kombination mit mehreren Verfahren lässt sich die Rundheitstoleranz maximieren.

Urformen: In der Gießtechnik sind vor allem die Strangguss- und Extrusionsverfahren, in denen Rundprofile hergestellt werden. Im Gegensatz zum Druck- oder Freiform-Guss sind sie weniger aufwändig und haben eine höhere Kontinuität in der Fertigung. Außerdem lassen sich die Strangguss-Matritzen einfacher herstellen, als die Zwei- oder Dreiplatten-Gussformen. Es entfallen die Nähte, welche bei Frei- und Druckgussverfahren unvermeidlich sind. Im Strang gegossene oder extrudierte Rundprofile sind deshalb häufig ohne oder nur mit minimaler Nachbearbeitung einsatzfähig.

Umformen: Das bekannteste Umformverfahren zur Herstellung radialer Profile mit gleich bleibender Rundheitstoleranz ist das Mannesmann-Zentrierdorn-Knetverfahren. Dieses wird bis heute zur Herstellung von Rohren eingesetzt, die zwar einen vergleichsweise kleinen Querschnitt besitzen, jedoch hoch belastbar sind.

Das Verfahren mit stehendem oder fliegendem Dorn sorgt bereits vom technischen Prinzip her für eine gut einstellbare und gleich bleibende Rundheitstoleranz. Darüber hinaus ist das Tiefziehen bei runden Querschnitten besonders effizient. Das gleichmäßige umlaufende Bogenmaß ist vor allem beim Entnehmen bzw. beim Auswurf aus einer Tiefziehpresse vorteilhaft. Verkanten und Verklemmen ist bei zylindrischen Produkten wesentlich unwahrscheinlicher als bei gekanteten Außenkonturen. Bei diesem Verfahren ist die Rundheitstoleranz der Werkzeuge besonders wichtig.

Zerspanen: Das Drehen ist das zentrale Herstellungsverfahren, wenn es um präzise Bauteile mit rundem Querschnitt und maximaler Rundheitstoleranz geht. Die in jeder Hinsicht ausgereiften Technologien sind für die Herstellung einer definierten Rundheitstoleranz unverzichtbar. Das Drehen ist heute mit allen Festmaterialien möglich. Was seinen Ursprung im Drechseln von Holz hatte, wird heute mit den entsprechenden Maschinen auch mit Mineralien, Kunststoffen und Hartmetallen erreicht.

Das Fräsen ist das freiformende Bearbeiten von Festkörpern. Rundheitstoleranz findet beim Fräsen vor allem partielle Anwendung. Beim Drehen ist in den meisten Fällen der gesamte Querschnitt in einer definierten Kreisgeometrie ausgeformt. Fräsen ermöglicht das Herstellen von nur teilweise runden Geometrien. Beim Freiformen gefräster Produkte sind es vor allem die Radien an Ecken, Kanten und Langlöchern, welche in definierter Rundheitstoleranz hergestellt werden müssen. Moderne CNC-Verfahren ermöglichen hier heute Präzisionsbereiche, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren.

Mehrachsen-CNC Fräsen beinhalten stets auch das Einbringen von Sack- und Durchgangslöchern für Verbindungsstellen. Auch das Einbringen von Gewindebohrungen wird bei diesen modernen Produktionsmitteln in gleichbleibender Qualität und beliebigen Stückzahlen umgesetzt. Die Rundheitstoleranz ist dabei stets im Fokus der QS.

Fügen: Bei den Fügeverfahren ist vor allem das Spiralschweißen der zuverlässigste für einen
gleich bleibenden Querschnitt mit exakt definierter Rundheitstoleranz. In der Rohrherstellung hat es sowohl im Dünn- wie im Dickblechbereich bis ca. 4 cm Wandstärke gegenüber den Längsnaht-Schweißverfahren erhebliche Vorteile. Diese betreffen nicht nur die gleich bleibende Rundheit. Vor allem im Punkt Effizienz und Produktivität sind in Spiralnaht geschweißte Rohre den Längsnaht-Rohren weit überlegen. Dieses Fertigungsverfahren ist jedoch nur bis zu einer gewissen Wandstärke umsetzbar.

Außerdem kann es nur einlagige Bleche verarbeiten. Rohre aus mehrfach plattierten Halbzeugen sind nur im Längsnaht-Schweißverfahren herstellbar. Um bei diesen Produkten eine definierte Rundheitstoleranz herstellen zu können, muss diese entweder besonders weit gefasst sein oder es sind aufwändige Schritte zur Nachbearbeitung (z.B. Runddrehen) notwendig.

Was für das Schweißen gilt, ist auch für die anderen Fügeverfahren zutreffend: Beim Kleben oder Nieten von Rundprofilen wird zum Herstellen einer maximalen Rundheitstoleranz idealerweise im Spiralverfahren erreicht.

Drucken: Der 3D-Druck ist das jüngste aller Fertigungsverfahren. Sein Durchbruch als massentaugliches Herstellungsverfahren steht noch aus. Rundprofile sind theoretisch auch in den diversen Druckverfahren ( Pulver-Metall, Kunststoff, Laser, Harz…) möglich. Die traditionellen Fertigungsverfahren sind bei diesen einfachen Geometrien bislang jedoch noch klar überlegen. Das Drucken als Produktionsweg ist bislang noch vor allem im Prototyping sinnvoll.

Zum Herstellen haptischer Dummys als Vorlage für ein Serienprodukt, haben diese Produkte in der Regel nicht die hohen Toleranzen, wie die Serienteile. Das gilt auch für die Rundheitstoleranz. Werden hier besonders enge Maße angestrebt, müssen die gedruckten Produkte auf einem traditionellen Bearbeitungsmittel (z.B. CNC-Fräse) nach bearbeitet werden.

Rundheitstoleranz kontrollieren

Was rund aussieht, ist es in den meisten Fällen leider nicht. „Rundheitstoleranz“ wird in der Messtechnik als Linie zwischen zwei gedachten Kreisen definiert. Ein Kreis ist der Außendurchmesser des Produkts, ein weiterer der durch die Rundheitstoleranz festgelegte maximale Abstand. Wenn sich der tatsächlich gemessene Weg um ein Rundprofil sich innerhalb dieser beiden Kreise befindet, ist die Rundheitstoleranz eingehalten. Liegt sie darüber oder darunter, ist die Rundheitstoleranz überschritten.

Aber auch wenn auch ein perfekt runder Querschnitt erreicht wurde, ist die Einhaltung des gewünschten Durchmessers immer noch eine besondere Herausforderung. Wie rund etwas ist, hängt vor allem von der geforderten Rundheitstoleranz ab. Darum ist die geometrische Qualitätskontrolle, ob die geforderte Rundheitstoleranz auch eingehalten wurde, in den modernen Fertigungsverfahren besonders wichtig. Rundheit garantiert Gleitsitz, Rollfähigkeit, Scherfestigkeit bei Rotation und Volumeneffizienz mit allen dazu gehörigen Parametern: Dichte, Masse, Druckkräfte.

Zum Kontrollieren eines Rundkörpers auf die geforderte Rundheitstoleranz hält die Meßtechnik diverse Prüfmittel bereit. Grundsätzlich kann die Rundheitstoleranz direkt am Produkt oder indirekt am Werkzeug geprüft werden. In den meisten Qualitätsverfahren wird eine Kombination aus beiden Prüfbereichen umgesetzt. Dies garantiert ein Minimum an Ausschuss.

Querschnittsmessung: Der einfachste Weg zur Messung einer Rundheitstoleranz ist die Vermessung des Querschnitts. Wenn der Umfang einen bestimmten Durchmesser definiert, ist die Messung des vorhandenen Durchmessers ein einfacher Soll/Ist Abgleich. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei der Herstellung großformatiger Rohre angewendet. Zunächst wird der Umfang mit einem Maßband kontrolliert.

Daraus lässt sich, nach Abzug der Wandstärke, über die einfache Umstellung der Kreisformel D×pi=U der theoretische Durchmesser errechnen. Sicherheitshalber wird der Durchmesser in der Praxis zwei Mal gemessen, wobei die Messstrecken um 90° voneinander versetzt werden. Stimmen die Werte überein und kommen sie dem errechneten Wert nahe, ist die Rundheitstoleranz hergestellt.

Taktile Verfahren: Wenn der Querschnitt des Rundprofils ausreicht, ist die Messsuhr das traditionell am längsten eingesetzte Verfahren, um eine Rundheitstoleranz zu kontrollieren. Wofür lange Zeit rein mechanische Messmittel eingesetzt wurden, sind heute hochgenaue QS-Geräte im Einsatz. Sie sind nicht nur sehr präzise, sie sind auch sehr komfortabel: Aufnahme der Messwerte, visuelle Umsetzung, Archivierung und Auswertung sind mit den heute verfügbaren Maschinen in einem Arbeitsgang möglich. Ein bewährtes Produkt zum taktilen Messen von Rundheitstoleranz ist die RONDCOM TOUCH von ZEISS.

Visuelle Verfahren: Reichen die taktilen Verfahren zur Messung der Rundheitstoleranz nicht aus, können sensorische bzw. visuelle Verfahren die gewünschte Kontrollleistung erbringen. Hier sind die Lasermeßverfahren und die optische 3D Streifenprojektion die beiden Ansätze, die sich am weitesten durch gesetzt haben.

Die Lasermessung kommt bei extrem engen Rundheitstoleranz zum Einsatz, sowie bei besonders kleinen Querschnitten. Drähte, Kanülen oder andere Rundprofile mit niedrigen Durchmessern können kaum anders auf Rundheitstoleranz geprüft werden, als per Laser. Die DM1 von OEG ist ein weit verbreitetes Gerät für die visuelle Messung von Rundheitstoleranz bei Rundprofilen mit kleinen Querschnitten.

Die 3D-Streifenprojektion ist ein hervorragendes Verfahren zur kontinuierlichen Kontrolle der Rundheitstoleranz. Sie wird bei größeren Querschnitten eingesetzt. Wie die Laser-Mess-Verfahren ist die 3D-Streifenprojektion berührungslos. Ihr Prinzip besteht darin, ein Streifenmuster auf das Rundprofil zu projizieren und die Projektion laufend zu kontrollieren. Verziehen sich die Streifen in unerwünschter Weise, ist die Rundheitstoleranz überschritten.

Dieses Verfahren ist preiswert und zuverlässig. Sie lässt sich hervorragend direkt an eine Produktionsmaschine, beispielsweise einen Drehautomat oder eine Spiral-Schweißmaschine, anbringen. Bekannte Hersteller von diesen Prüfmaschinen sind WENGLOR, GFMESSTECHNIK und STEMMER IMAGING.


Daniel Wilhelm

Daniel Wilhelm

CEO

Ihr 3D-Messtechnik Spezialist für taktile Messtechnik.

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