Konzentrizität in der geometrischen Produktspezifikation und -prüfung: Bedeutung, Toleranz, Prüfung und Bearbeitungstipps

Geometrie, Konstruktion und Toleranzen sind die wichtigsten Anforderungen bei der Fertigung von Bauteilen. Konzentrizität ist dabei einer der wichtigsten geometrischen Begriffe. Sie beschreibt, wie genau die beiden Mittelachsen zweier rotierender Teile übereinstimmen. Ein bekanntes Beispiel für Konzentrizität findet sich bei einem Auto, wo sich ein Reifen perfekt mit der Achse dreht. Für zuverlässige Anwendungen ist Konzentrizität im Rahmen der geometrischen Produktspezifikation und -toleranzen (GD&T) von größter Bedeutung. Dieser Artikel erläutert verschiedene Aspekte der Konzentrizität im Kontext von GD&T.

Was ist Konzentrizität in GD&T?

In der geometrischen Produktspezifikation ( GPS ) bezeichnet Konzentrizität die Ausrichtung der Achse eines Bauteils auf eine Bezugsachse. Sie misst, ob alle Mittelpunkte des Bauteilquerschnitts innerhalb einer zylindrischen Toleranzzone liegen.

GD&T-Konzentrizität erklärt

Der wichtigste Zweck der Konzentrizitätsprüfung in der geometrischen Produktspezifikation (GD&T) besteht darin, sicherzustellen, dass das Material eines zylindrischen Bauteils gleichmäßig verteilt ist. Eine ungleichmäßige Massenverteilung während der Rotation führt zu Vibrationen im Betrieb und damit zu Verlusten.

Hier, in dieser Abbildung, konzentriert sich die Konzentrizität auf alle Medianpunkte, die perfekt mit der Bezugsachse A ausgerichtet sind.

Wird das Prinzip der Konzentrizität in GD&T noch angewendet?

Es findet Anwendung in sehr spezifischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie bei Gyroskopen usw., wo höchste Präzision unerlässlich ist. Es wurde aus ASME Y14.5-2018 entfernt, wird aber weiterhin in ISO-Normen verwendet.

Für die Konzentrizität:

• ASME Y14.5-2018 empfiehlt, den Rundlauf anstelle der Konzentrizität zu verwenden, es sei denn, die Massenverteilung ist von entscheidender Bedeutung.
• Die ISO-Norm betrachtet die Konzentrizität als eine mehrdeutige und schwer zu kontrollierende geometrische Eigenschaft. Sie empfiehlt die Verwendung der Koaxialität, die durch Positionstoleranz und Rundlaufgenauigkeit kontrolliert wird.

Warum die Rundlaufgenauigkeit bei Präzisionsteilen wichtig ist

Bei Präzisionsteilen , wie beispielsweise Turbinenschaufeln in der Luft- und Raumfahrt, ist die Konzentrizität für die Bauteilleistung von entscheidender Bedeutung. Sie gewährleistet, dass die Masse des Bauteils gleichmäßig um einen Mittelpunkt verteilt ist und alle Mittelpunkte korrekt auf die Bezugsachse ausgerichtet sind.

Ist die Masse im Bauteil ungleichmäßig verteilt, gerät es während der Rotation in Schwingung und Vibrationen. Dies kann zu schweren Schäden an der Turbinenschaufel und zum Verlust von Menschenleben führen.

Symbol für Konzentrizität in der Zeichnung

In Zeichnungen werden verschiedene Symbole verwendet, um eine bestimmte Dimension darzustellen. Beispielsweise bedeutet ǁ, dass zwei Linien parallel sind. Ebenso wird in Zeichnungen die Konzentrizität durch ein Symbol dargestellt.

Konzentrizität GD&T-Symbol

Bitte beachten Sie die folgende Abbildung, die das in Zeichnungen verwendete Konzentrizitätssymbol darstellt.

Das Symbol besteht aus zwei konzentrischen Kreisen:

1. Eines stellt die Toleranzzone dar.
2. Man präsentiert Datum A.

Symbol

• ◎stellt Konzentrizität in GD&T dar
• Gibt an, ob alle Medianpunkte innerhalb der zylindrischen Toleranzzone liegen.

Standort

• ◎ wird im ersten Block eines Form- und Lagetoleranzrahmens (FQF) in einer Zeichnung dargestellt.
• An der Durchmesserabmessung eines zylindrischen Merkmals befestigt
• Verwendet eine Bezugsachse zur Steuerung der Ausrichtung.
• Zum Beispiel: Ø20 ◎| 0.05 | A

Toleranzbezug

In der geometrischen Produktspezifikation (GPS) dient ein einzelner Punkt oder eine Achse als Bezugspunkt zur Definition von Positionen, Toleranzabweichungen und der Ausrichtung anderer Punkte oder Merkmale des Bauteils. Dieser Punkt wird als Toleranzbezugspunkt bezeichnet.

Grundlegende Konzentrizitätsmerkmale

Zu den grundlegenden Konzentrizitätsmerkmalen gehören:

• Geometrische Charakteristik

Die Konzentrizität misst die Ausrichtung aller Medianpunkte innerhalb einer zylindrischen Toleranz in Bezug auf die Bezugsachse.

• Toleranzwert

Es bezeichnet die zulässige Abweichung von der Ausrichtung gegenüber der Bezugsachse.

• Bezugspunkt

Eine Basislinie, die von einem Bezugspunkt abgeleitet wird, um den alle Medianpunkte zentriert werden müssen.

Was bewirkt die Toleranzkontrolle für Konzentrizität in GD&T?

Vereinfacht ausgedrückt, regelt die Winkeltoleranz, wie gleichmäßig die Masse in einem Bauteil verteilt ist. Technisch ausgedrückt, regelt sie die Lage der Mittelachse eines Merkmals relativ zu einer Bezugsachse.

Was ist die Konzentrizitätstoleranzzone?

Die Form der Konzentrizitätstoleranzzone ist zylindrisch und auf einer Bezugsachse zentriert. Innerhalb dieser Zone muss die Mittelachse des zu prüfenden Merkmals liegen.

Formel und Einheiten der Konzentrizität

In der CMM-Software wird die Konzentrizität anhand der folgenden Formel gemessen:

Formel:

C = (W _min / W _max ) * 100%

Dabei steht:

• C = Konzentrizität
• W_min= Mindestwandstärke
• W_max= maximale Wandstärke

Einheiten:

Je nach Größe des Bauteils werden unterschiedliche Einheiten verwendet:

• Zoll (Zoll)
• Millimeter (mm)
• Mikrometer (um)

Übliche zulässige Konzentrizitätsgrenzen

Dies sind die Konzentrizitätsgrenzen in Bezug auf verschiedene Teile:

• Für allgemeine bearbeitete Teile:

0.05 - 0.1M

• Für Präzisionsteile:

0.02 - 0.05 mm

• Für schnell rotierende Teile, wie z. B. Motoren:

0.005 - 0.02 mm

• Für Luft- und Raumfahrt- sowie Kreiselkomponenten:

≤ 0.005 mm

Konzentrizität vs. Auslauf und Position

Der Rundlauf wird in technischen Zeichnungen häufig anstelle der Konzentrizität verwendet, da er vergleichsweise einfacher zu berechnen ist. Die Position ist ein weiteres geometrisches Merkmal, das in der geometrischen Produktspezifikation und -prüfung (GPS) Anwendung findet.

Konzentrizität vs. Rundlauf

• Ein einzelner Punkt oder eine Achse, die als Bezugspunkt zur Ausrichtung von Punkten anderer Merkmale eines Bauteils dient, wird als Konzentrizität bezeichnet.
• Wie stark eine Oberfläche während der Rotation eiert, wird durch den Rundlauf gemessen.

Konzentrizität vs. Gesamtrundlauf

• Die Messung des Taumelns eines Bauteils über seine gesamte Länge während der Rotation wird als Gesamtrundlauf bezeichnet.

Obwohl es die Konzentrizität steuert, unterscheidet es sich in einigen Aspekten dennoch von der Konzentrizität:

Konzentrizität vs. Position und Koaxialität

• Die Position steuert die Ausrichtung der Achse, die Lage der Achse und die Koaxialität zu einer Bezugsachse.
• Koaxialität bedeutet, dass zwei oder mehr Flächen dieselbe Achse haben. Sie hat in GD&T kein eigenes Symbol wie die Konzentrizität.

Die Konzentrizität ist ein Mittel, um die Koaxialität zu kontrollieren. Die Position ist, ähnlich wie der Rundlauf, ein weiteres Instrument zur Messung der Konzentrizität.

Wie man die Konzentrizität misst

Die Konzentrizität wird nicht mit herkömmlichen Werkzeugen gemessen, sondern es kommen spezielle Werkzeuge wie Koordinatenmessgeräte und Messuhren zum Einsatz.

Arbeitsablauf zur Konzentrizitätsmessung mit dem Koordinatenmessgerät

Im ersten Schritt wird das Bauteil montiert und anschließend die Bezugsachse definiert. Die Messergebnisse werden am Ende auf einem Bildschirm angezeigt. Zur besseren Veranschaulichung siehe das folgende Ablaufdiagramm:

Messuhrmethoden

Zur Messung der Konzentrizität mit Hilfe von Messuhren werden folgende Schritte durchgeführt:

1. Bezugsachse festlegen
2. Montieren Sie die Messuhr
3. Drehen Sie das Bauteil oder die Messlehre.
4. Gesamtanzeigewert (TIR) ​​erfassen
5. Vergleichen Sie mit der Toleranz.

Dies sind die Konzentrizitätslehren, die zur Messung der Konzentrizität verwendet werden:

• Feste Messgeräte
• Master-Jig-Lehren (schnell)
• Luftdruckmesser (berührungslos)

Welche Werkzeuge eignen sich am besten zur Überprüfung von Konzentrizität und Koaxialität?

• Koordinatenmessgerät (KMG)
• Messuhr
• Luftdruckmesser
• Koaxialitätsmessgeräte
• Optische Methoden, wie zum Beispiel die Verwendung von Kameras

Konzentrizität in realen Bauteilen und Industrien

In vielen Branchen ist Konzentrizität von entscheidender Bedeutung und wird daher weiterhin angewendet. In einer Maschine spielt die Koaxialität zwischen zwei Teilen, wie beispielsweise zwischen einem Reifen und einer Welle, eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit.

Präzisionsrohre und Medizintechnik

Die Konzentrizität spielt eine Rolle bei:

1. Katheter
2. Genauigkeit des Flüssigkeitsflusses, wie z. B. bei Infusionsschläuchen
3. Führungsdrähte und Applikationssysteme
4. Anpassung und Montage von medizinischen Geräten

Die Sicherheit dieser Bauteile ist von entscheidender Bedeutung und wird durch die Konzentrizität gewährleistet. Diese Bauteile sind sehr klein und haben sehr dünne Wände. Konzentrizität sorgt für Sicherheit, indem sie Knicke, ungenaue Durchflussregelung und Brüche verhindert. Das Prinzip dieser Verhinderung beruht darauf, dass der Innendurchmesser perfekt mit dem Außendurchmesser übereinstimmt – dies ist die Konzentrizität.

Hochdruckgehäuse

Hochdruckgehäuse sind zylindrische Bauteile. Sie enthalten einen hohen Innendruck. Konzentrizität ist in folgenden Bereichen von Hochdruckgehäusen erforderlich:

1. Hydraulische Ventilkörper
2. Druckbehälter
3. Öl- und Gasbohrlochwerkzeuge
4. Pumpen- und Kompressorgehäuse

Die Konzentrizität gewährleistet eine gleichmäßige Wandstärke über die gesamte Länge, wodurch Spannungskonzentrationen, Dichtungsversagen, reduzierter Berstdruck und katastrophale Sicherheitsrisiken vermieden werden.

Fluidanschlüsse

Wie der Name schon andeutet, verbinden sie zwei oder mehr Rohrleitungen, die Flüssigkeiten oder Gase unter hohem Druck transportieren. Hierbei ist Konzentrizität erforderlich:

1. Medizinische Luer-Konnektoren
2. Pneumatische Kupplungen
3. Hydraulikarmaturen
4. Kraftstoffleitungsanschlüsse

Kundenspezifische Präzisionsteile

Wenn es bei der Teilefertigung auf Rundlaufgenauigkeit und Koaxialität ankommt, sind die CNC-Präzisionsbearbeitungsexperten von TUOFA dank modernster CNC-Maschinen, erfahrenen Fachkräften und stets aktuellen Prüfgeräten und -werkzeugen die beste Wahl. TUOFA gewährleistet die präzise Montage und einen reibungslosen Materialfluss in den Teilen. Um geometrische und technische Fehler auszuschließen, führt TUOFA sowohl während des Bearbeitungsprozesses als auch nach der Bearbeitung Kontrollen durch. Für Bearbeitungsdienstleistungen, bei denen Rundlaufgenauigkeit erforderlich ist, wenden Sie sich an TUOFA. Wir bieten unsere Leistungen zu kostengünstigen Preisen und mit kürzesten Lieferzeiten an.

Wie CNC-Bearbeitungsprozesssteuerung für Konzentrizität

Die Bearbeitung von Teilen mit hoher Rundlaufgenauigkeit ist mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen und -verfahren sehr schwierig. Daher ist hier die CNC-Bearbeitung erforderlich. Dabei können jedoch einige Bereiche beeinträchtigt werden , wie zum Beispiel:

• Zustand und Ausrichtung der Spindel
• Werkzeugbezogene Faktoren
• Schnittkraft und Werkstückmaterialverhalten
• Werkstückspannung und Vorrichtungen

CNC-Drehteile mit konzentrischen Zentren

Beim CNC-Drehprozess :

• Das Werkstück dreht sich
• Die Schneidwerkzeuge bleiben an ihren Positionen stationär.

Dieses Verfahren gewährleistet eine präzise Einhaltung der Maßtoleranzen und eine gleichmäßige Massenverteilung im Bauteil. Die Rundlaufgenauigkeit der nachfolgenden Teile bleibt während des gesamten Drehprozesses erhalten.

1. Stufenschäfte
2. Motorwellen
3. Buchsen und Hülsen
4. Lagersitze

CNC-gefräste konzentrische Teile

Beim CNC-Fräsvorgang :

• Das Werkstück bleibt unbeweglich.
• Aber die Schneidwerkzeuge funktionieren

Dieses Verfahren eignet sich gut zur Herstellung von Teilen mit komplexen Geometrien und ist besonders vorteilhaft, wenn es um die Konzentrizität der Teile geht.

1. Getriebegehäuse
2. Pumpengehäuse
3. Motor- und Servogehäuse
4. Bohrungen für die Luft- und Raumfahrt mit Präzisionshalterungen

Diese Teile erfordern Rundlaufgenauigkeit, weshalb ein CNC-Fräsverfahren zum Einsatz kommt.

Prozessinspektion

Um die Teile hinsichtlich der Rundlaufgenauigkeit perfekt zu bearbeiten, wird eine prozessbegleitende Prüfung durchgeführt, die bei der Festlegung der folgenden Punkte hilft:

• Frühe Fehlererkennung
• Den Schrott vermeiden
• Korrigieren Sie die Abweichungen sofort.

Diese prozessbegleitende Prüfung ist ein wichtiger Bestandteil der Bearbeitung der Teile, wenn Rundlaufgenauigkeit erforderlich ist, denn sobald ein Teil gefertigt ist, ist es sehr schwierig, Rundlauffehler zu finden.

Für die prozessbegleitende Inspektion werden folgende Werkzeuge verwendet:

• Überprüfung der Messuhr
• Berührungssensor
• Bohrungslehre für Löcher

Designtipps für eine bessere Herstellbarkeit

Um eine effiziente Konzentrizität zu erreichen, bietet dieser Abschnitt einige Tipps für Konstrukteure und DFM-Ingenieure, z. B. zum Schreiben in Zeichnungen und zur Auswahl von Zielen.

Konzentrizität nur bei Bedarf anwenden

Die Konzentrizität ist sehr schwer zu messen, daher sollten Sie die unten aufgeführten Alternativen verwenden. Diese Alternativen sind leicht zu messen und liefern, ähnlich wie die Konzentrizität, sehr genaue Informationen.

Alternativen:

1. Positionstoleranz
2. Rundlauf oder Gesamtauslauf
3. Profiltoleranz

Konstruktion für die Fertigung

Um bei der Fertigung eine optimale Rundlaufgenauigkeit zu erreichen, beachten Sie folgende Tipps:

1. Versuchen Sie, die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung durchzuführen.
2. Verwenden Sie eine geeignete Arbeitshalterung
3. Wählen Sie das richtige Bezugsdatum.
4. Werkzeugdurchbiegung minimieren
5. Thermische Effekte lassen sich durch Kühlmittel steuern.
6. Die Bearbeitungsreihenfolge ist wichtig
7. Prozessbegleitende Inspektion nutzen
8. Minimieren Sie das erneute Einspannen und die Teilehandhabung.
9. Fertigschleifen oder Honen

Tipps für individuelles Design

Bei Bauteilen wie Präzisionswellen, Fluidanschlüssen usw. kann eine Anpassung erforderlich sein, wenn die Konstruktion geringfügig vom Standard abweicht. Für die kundenspezifische Konstruktion sollten folgende Tipps zur Gewährleistung der Konzentrizität beachtet werden:

1. Berücksichtigen Sie die Konzentrizität bei der Konstruktion des Bauteils.
2. Verwenden Sie bei Hohlteilen eine gleichmäßige Wandstärke.
3. Versuchen Sie, dünne, lange oder asymmetrische Wände zu reduzieren.
4. Verwenden Sie keine unnötigen Toleranzen.
5. Bezugsflächen für die Vorrichtung einbeziehen
6. Gestalten Sie die Entwürfe nicht zu komplex.

Fazit

In der geometrischen Produktspezifikation (GPS) ist die Konzentrizität eine wichtige geometrische Kenngröße. Sie misst die Massenverteilung um eine Bezugsachse. Konzentrizität erhöht die Sicherheit eines Bauteils, indem sie dessen Taumeln während der Rotation kontrolliert und so ein Brechen verhindert. Sie wird in Millimetern (mm) oder Mikrometern (µm) gemessen. Zur Messung dieser geometrischen Konzentrizität werden Koordinatenmessgeräte und Messuhren verwendet. In der modernen Fertigung und Konstruktion werden Rundlauf- und Lagetoleranzen aufgrund der schwierigen Messbarkeit der Konzentrizität vorgezogen. Sie wird nur dann berücksichtigt, wenn die Massenverteilung kritisch ist.

Häufig gestellte Fragen zur Konzentrizität

Was besagt die 3/2/h-Regel in GD&T?

Es handelt sich um eine Bezugspunktregel, die drei, zwei und einen Kontaktpunkt verwendet, um die sechs Freiheitsgrade eines Bauteils vollständig einzuschränken.

Wie überprüft man die Konzentrizität?

Zur Überprüfung der Konzentrizität werden Koordinatenmessgeräte (KMG) und Messlehren verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen Konzentrizität und Rundlauf?

Konzentrizität: Sie bezeichnet den Mittelpunkt eines Bauteils, bei dem alle Mittelpunkte innerhalb der Toleranzzone einer Bezugsachse liegen.

Rundlaufprüfung: Dies ist eine Methode, um zu überprüfen, ob das Teil beim Drehen eiert.

Welche Konzentrizität gilt als akzeptabel?

Gemäß ASME-Norm ist dies nur zulässig, wenn die Massenverteilung von Bedeutung ist. Die ISO-Norm hingegen betrachtet es als eine mehrdeutige geometrische Eigenschaft.

Was stellt das Symbol ⌀ in GD&T dar?

Das Symbol ⌀ steht in GD&T für Durchmesser.