Maße und Spannungen im Material

Häufig werden bei der Konstruktion von Kunststoffteilen Anforderungen an die Toleranzen gestellt, die diese Materialien nicht erfüllen können. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist folgende  Situation:

Eine Welle mit einem Durchmesser von 150 mm  (thermischer Längenausdehnungskoeffizient 10-4 K-1) soll aus POM mit einer Toleranz von +/- 0,05  mm gefertigt werden. Gelingt es dem Dreher dieses  Maß und   die Messtemperatur von 20°C genau einzuhalten, beträgt das Ist-Maß zum Zeitpunkt der Fertigung tatsächlich 150,0 mm. Die Montage des Bauteils erfolgt im Freien unter Sonneneinstrahlung und die Temperatur der Welle  beträgt somit 28° C. Die Welle passt nicht in ihr Lager, da sie jetzt einen Durchmesser von 150,12 mm hat.  Eine Stahlwelle (thermischer  Längenausdehnungskoeffizient 1,2*10-5 K-1) hätte  sich nur um ca. 0,014 mm geweitet.

Analoge Überlegungen gelten natürlich bei der  Bearbeitung. Wird dabei nicht auf die  Werkstücktemperatur geachtet, kann dies dazu führen, dass die Maße nicht eingehalten werden können. Alle Halbzeuge aus unserem Hause werden in getempertem und damit spannungsarmem Zustand ausgeliefert. Trotzdem kann es nach der Bearbeitung zu einer Freisetzung von Restspannungen kommen, die das Maß beeinflussen. Ein Beispiel für eine solche Relaxation ist die Beobachtung, dass sich eine dicke  Platte, die nur einseitig bearbeitet wurde, nach der Bearbeitung wölbt.  Um dies zu vermeiden, sollte eine symmetrische Bearbeitung angestrebt werden.


Für eine maßlich einwandfreie Bearbeitung gelten folgende Regeln:

  • kühl arbeiten, damit keine weiteren Spannungen freigesetzt werden
  • extrem scharfe Werkzeuge benutzen
  • Vibrationen des Werkstückes vermeiden
  • Maße erst nach der vollständigen Abkühlung bestimmen
  • asymmetrische Bearbeitung vermeiden