Koaxialität

Die Fachtermini Koaxialität und Konzentrizität gehören zur Gruppe der Lagetoleranzen. Dennoch schränken sie auch zulässige Formabweichungen ein. Die Koaxialität spielt bei rotationssymmetrischen Bauteilen eine besondere Rolle. Zu diesen zählen Wellen, Zahnräder sowie Kurbel- und Nockenwellen. Die Koaxialität gibt an, wie sich mehrere entlang einer Achse angeordnete Komponenten zu den Bezugselementen verhalten. Sie prüft, ob die Form und die Lageabweichungen noch die Anforderungen erfüllen. Toleranzzonen und Toleranzen der Koaxialität sind in der DIN EN ISO 1101 definiert.

Ein Beispiel: Mehrere Zylinder mit unterschiedlich großem Durchmesser sollen sich um eine Achse drehen. Um sich die Koaxialität besser vorstellen zu können, denkt man sich einen schmalen Zylinder mit einem Durchmesser von 0,3 mm. Diesen Zylinder, dessen Achse mit der Bezugsachse übereinstimmt, legt man als Toleranzzone für die Koaxialität zugrunde. Die Achse des tolerierten Zylinders muss sich innerhalb dieses 0,3 mm Toleranzbereichs befinden. Dies gilt natürlich, je nach Anforderung, auch für weitere Zylinder des Bauteils. Liegen Achse und Bezugsachse um mehr als 0,15 mm voneinander entfernt, gilt die Koaxialität als toleranzverletzt.

Die Einhaltung der maximalen Koaxialität ist für die Stabilität des koaxialen Bauteils essenziell. Liegt die Drehachse eines einzigen Teils nicht möglichst exakt auf der Gesamtdrehachse, kann es bei laufendem Betrieb zum Bruch der Nockenwelle kommen. Das Bauteil ist nicht mehr austauschbar, wenn die Achse einer Bohrung über dem Maximalwert von der festgelegten Idealposition abweicht. Gründe für das Überschreiten der Koaxialität sind unter anderem:

• Fehler beim Einspannen des Werkstücks
• Nachgeben der Werkzeughalterung
• Schwingungen der Maschine

Die Koaxialität spielt bei der Herstellung von Antriebswellen eine große Rolle. Koaxiale Schneckengetriebe werden von Unternehmen der Antriebstechnik hergestellt. Sie dienen als Antrieb von Transportsystemen. Nocken- und Kurbelwellen sind Bauteile, die bei der Automobilherstellung zum Einsatz kommen. Turbolader bestehen aus einer durchgehenden Welle mit je einem Aufnahmepunkt für Förder- und Antriebsrad. Sie müssen eine exakte Koaxialität aufweisen, weil sich die Welle mit extrem hoher Geschwindigkeit dreht. Rotoren sind Komponenten, die in Maschinen und Aggregate eingebaut werden. Für ihre Leistungsfähigkeit ist die Koaxialität ebenfalls wichtig.

Unternehmen, die koaxiale Werkstücke mit geringster Toleranz herstellen, nutzen dafür oft das Runddrehen an hochgenauen CNC-Drehmaschinen. Dort werden radiale, gestuft radiale und unregelmäßig geformte Wellen gefertigt. Die Herstellung von Zahnrädern stellt allerdings für das Runddrehen eine besondere Herausforderung dar. Die Ritzel werden quer zur Achse aus dem Vormaterial herausgefräst. Stimmt die Frästiefe und damit die Koaxialität nicht, ist die Laufruhe der Antriebswelle beeinträchtigt. Auch für die Bearbeitung von Innenzylindern spielt die Einhaltung der Koaxialität eine große Rolle. Sie erfolgt mithilfe von speziellen Bohr- oder Fräsmaschinen, in die das Werkstück für die Bearbeitung fest eingespannt wird.

Die Messung der Koaxialität erfolgt heutzutage fast ausschließlich digital. Die qualitätssichernde Prüfung ist erforderlich, um Werkstücke auszusondern, die eine Nachbearbeitung benötigen oder als Ausschuss deklariert werden. Die Messung der Koaxialität wird mithilfe von Messgeräten mit optischer oder taktiler Sensorik durchgeführt. So können mehrere Werte in einem Durchlauf oder an verschiedenen Positionen gemessen werden. 

Das optische Messsystem ATOS Triple Scan von GOM ermöglicht eine hochpräzise und berührungslose Messung der Koaxialität über vollflächige 3D-Scans. Die Messung erfolgt optisch mithilfe zweier hochauflösender Messkameras und an schlechter erreichbaren Stellen zusätzlich taktil. Einzelmessungen erlauben darüber hinaus das Prüfen jeder einzelnen Stelle.