Schnelle Antwort: Passungen im Maschinenbau beschreiben das beabsichtigte Größenverhältnis zwischen zwei zusammenpassenden Teilen – typischerweise einer Welle und einer Bohrung –, das bestimmt, ob sich die montierten Teile relativ zueinander bewegen können, präzise positioniert sind oder dauerhaft miteinander verbunden sind. Es gibt drei Arten: Spielpassung (Welle immer kleiner als Bohrung – bietet einen Spalt für Drehung oder Gleitbewegung, typisches Spiel 0,010–0,050 mm), Übergangspassung (die Abmessungen von Welle und Bohrung überschneiden sich in ihren Toleranzbereichen – die montierten Teile können ein geringes Spiel oder eine geringe Pressung aufweisen; wird für die präzise Positionierung bei gelegentlicher Demontage verwendet) sowie die Presspassung (Welle immer größer als Bohrung – erfordert Press- oder thermische Montage, sorgt für eine reibungsbasierte Kraftübertragung, typische Pressung 0,010–0,030 mm). Die Passungsart wird durch die Überlappung der Toleranzzonen zwischen Welle und Bohrung definiert, nicht durch die Nenngröße. In ISO 286 ergibt die Kombination H7/h6 eine Spielpassung; H7/k6 ergibt eine Übergangspassung; H7/p6 ergibt eine Presspassung – alle bei gleichem Nenndurchmesser.
Warum die Passgenauigkeit von technischen Bauteilen über die Maßgenauigkeit hinaus wichtig ist
Zwei Bauteile können auf ihre Nennmaße mit akzeptablen Einzeltoleranzen bearbeitet werden und dennoch falsch zusammengebaut werden – oder im Betrieb versagen –, wenn das Passungsverhältnis zwischen ihnen falsch festgelegt wurde. Die Wahl der Passung ist eine funktionale Konstruktionsentscheidung mit direkten Auswirkungen darauf, wie sich die Baugruppe bewegt, Lasten überträgt und den Betriebsbedingungen standhält.
Der funktionale Unterschied: Eine Welle, die sich in einem Lager dreht, erfordert eine Spielpassung – die Welle muss kleiner sein als die Bohrung, damit die rotierenden Oberflächen durch einen Schmierfilm voneinander getrennt sind und niemals in Kontakt kommen. Wenn die Toleranzvorgabe versehentlich zu einer Presspassung führt, frisst sich das Lager fest. Umgekehrt erfordert eine auf einer Welle montierte Zahnradnabe, die Drehmoment überträgt, eine Presspassung – bei Spiel führt das Drehmoment zu relativen Mikrobewegungen zwischen den Oberflächen von Nabe und Welle (Reibverschleiß), wodurch beide Oberflächen nach und nach abgenutzt werden, bis die Verbindung versagt.
Das Ergebnis der Montage: Eine Presspassung, die um 50% enger ist als berechnet, erfordert möglicherweise das Zehnfache der berechneten Presskraft (die Presskraft skaliert bei elastischem Verhalten annähernd quadratisch mit dem Pressspiel). Wird ein dünnwandiges Bauteil mit dieser übermäßigen Kraft eingepresst, kann die Ringzugspannung die Streckgrenze überschreiten, wodurch das Bauteil während der Montage reißt. Eine Presspassung, die um 20% lockerer ist als berechnet, überträgt möglicherweise nur 60–70% des Auslegungsdrehmoments, bevor es zum Schlupf kommt.
Die finanziellen Auswirkungen: Die Festlegung einer Toleranz, die eine Normklasse enger ist als funktional erforderlich, erhöht die Bearbeitungskosten für dieses Merkmal um 30–80%. Bei einem komplexen Bauteil mit vielen Merkmalen führt eine systematische zu enge Festlegung der Toleranzen ohne funktionale Begründung zu erheblichen Mehrkosten, ohne dass sich die Produktleistung verbessert.
Die drei Arten von Passungen im Maschinenbau
Passform mit Spielraum
Bei einer Spielpassung sind die Toleranzbereiche von Welle und Bohrung so festgelegt, dass die Welle bei allen Kombinationen der jeweiligen Toleranzen stets kleiner ist als die Bohrung – selbst der größte zulässige Wellendurchmesser ist kleiner als der kleinste zulässige Bohrungsdurchmesser. Bei der Baugruppe besteht stets ein Spalt (Spiel) zwischen den Oberflächen von Welle und Bohrung.
Der Freiraumbereich: Bei einer Passung mit festgelegter Passung gibt es ein Mindestspiel (wenn die größte Welle auf die kleinste Bohrung trifft) und ein Höchstspiel (wenn die kleinste Welle auf die größte Bohrung trifft). Für eine Passung H7/h6 bei Ø 20 mm:
- Bohrungsbereich: 20,000–20,021 mm (H7)
- Wellendurchmesserbereich: 19,987–20,000 mm (h6)
- Mindestabstand: 20.000 − 20.000 = 0 mm (Grenzfall)
- Maximales Spiel: 20,021 − 19,987 = 0,034 mm
Wann zu verwenden: Jede Anwendung, bei der eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen erforderlich ist: rotierende Wellen in Lagern, gleitende Kolben in Zylindern, Linearführungsschlitten auf Schienen sowie jede Baugruppe, die wiederholt ohne kontrollierte Krafteinwirkung zerlegt und wieder zusammengebaut werden muss. Das Spiel bestimmt die Laufgenauigkeit – geringeres Spiel ermöglicht eine präzisere Drehbewegung, erfordert jedoch engere Fertigungstoleranzen und eine sorgfältigere Ausrichtung.
Gängige Passungsklassen (ISO 286, auf der Bohrung basierend: H7):
| Wellen-Symbol | Art der Freigabe | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| H7/g6 | Knappes Rennen | Präzisionsdrehwellen, Werkzeugmaschinenspindeln |
| H7/h6 | Gleiten/Freilauf | Allgemeine rotierende Wellen, Kolben |
| H7/f7 | Freilauf | Drehwellen mit mäßigem Spiel |
| H7/e8 | Lockeres Laufen | Anwendungen mit schlechter Ausrichtung oder Temperaturschwankungen |
Übergangspassform
Bei einer Übergangspassung überschneiden sich die Toleranzbereiche von Welle und Bohrung teilweise – das montierte Paar kann je nachdem, wo innerhalb ihrer Toleranzbereiche die einzelnen Teile gefertigt wurden, ein geringes Spiel oder eine geringe Pressung aufweisen. Im Gegensatz zu Spielpassungen (immer Spiel) oder Presspassungen (immer Pressung) kann bei einer Übergangspassung beide Zustände auftreten.
Der technische Zweck: Übergangspassungen kommen in Anwendungen zum Einsatz, die eine genauere Positionierung erfordern, als sie eine Spielpassung bietet, bei denen jedoch die Notwendigkeit einer gelegentlichen Demontage eine vollständige Presspassung unpraktisch macht. Die leichte Pressung, die bei einer Übergangspassung entstehen kann, lässt sich durch Handkraft oder leichtes Klopfen lösen; das geringe Spiel ist so klein (typischerweise 0–0,010 mm), dass die Positionsgenauigkeit erhalten bleibt.
Beispiel – H7/k6 bei Ø 20 mm:
- Bohrungsbereich: 20,000–20,021 mm (H7)
- Wellendurchmesserbereich: 20,002–20,015 mm (k6)
- Mögliches Spiel: 20,021 − 20,015 = +0,006 mm (bei kleinster Welle, größter Bohrung)
- Möglicher Übermaß: 20,000 − 20,002 = −0,002 mm (bei größter Welle, kleinster Bohrung)
Wann zu verwenden: Lagerpositionen, die eine Ausrichtung erfordern, bei denen das Lager jedoch für Wartungszwecke demontierbar sein muss (Außenring zum Gehäuse); Positioniermerkmale von Präzisionsvorrichtungen; Kupplungsnaben, die geringe Drehmomente aufnehmen und gelegentlich demontiert werden müssen; Ausrichtstifte, die von Hand eingedrückt werden müssen, anstatt mit Presssitz eingesetzt zu werden. Übergangspassungen finden breite Anwendung in Baugruppen von Werkzeugmaschinen und Präzisionsinstrumenten, bei denen Ausrichtgenauigkeit entscheidend ist, eine dauerhafte Befestigung jedoch nicht erforderlich ist.
Gängige Passungsklassen für Übergangspassungen (ISO 286, auf Bohrungsbasis H7):
| Wellen-Symbol | Charakter | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| H7/js6 | Leichter Abstand dominiert | Lageraußenringe, Beleuchtung |
| H7/k6 | Nahezu neutral | Präzise Positionierung, abnehmbar |
| H7/m6 | Leichte Störungen überwiegen | Präzisionskupplung, Handpresse |
| H7/n6 | Leichte Presse | Fester Standort, mäßige Kraft |
Presspassung
Bei einer Presspassung sind die Toleranzbereiche so festgelegt, dass die Welle stets größer ist als die Bohrung – selbst der kleinste zulässige Wellendurchmesser ist größer als der größte zulässige Bohrungsdurchmesser. Die Montage erfordert die Anwendung von Kraft (Presspassung) oder thermische Ausdehnung (Erwärmung des äußeren Teils und/oder Abkühlung des inneren Teils, um vorübergehend Spiel für die Montage zu schaffen).
Kraftübertragungsmechanismus: Durch die Presspassung entstehen im äußeren Teil eine ringförmige Druckspannung und im inneren Teil eine Zugspannung, wobei der Normaldruck an der Grenzfläche eine Reibungskraft erzeugt, die einer relativen Drehung oder axialen Bewegung entgegenwirkt. Das Drehmoment, das eine Presspassung übertragen kann, beträgt:
T = μ × P × A × r
wobei μ der Reibungskoeffizient an der Grenzfläche ist, P der Grenzflächendruck (der durch das Übermaß und die Materialeigenschaften bestimmt wird), A die Kontaktfläche und r der mittlere Radius. Eine Vergrößerung des Übermaßes erhöht P und damit das übertragbare Drehmoment – führt jedoch auch zu einer Erhöhung der Montagekraft und der Spannung in beiden Bauteilen.
Wann zu verwenden: Dauerhafte Verbindungen, bei denen eine Relativbewegung zu einem Versagen führen würde: Zahnradnaben auf Wellen (verhindert Reibverschleiß durch drehmomentbedingte Mikrobewegungen), Radnaben auf Achsen, mit der Welle mitdrehende Lagerinnenringe (müssen mit der Welle in Presssitz stehen, um ein Kriechen zu verhindern) sowie alle Verbindungen, die Lasten ohne mechanische Passfeder oder Befestigungselement übertragen müssen.
Gängige Presspassungsklassen (ISO 286, auf der Bohrung basierend: H7):
| Wellen-Symbol | Störpegel | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| H7/S. 6 | Leichte Presspassung | Naben- und Wellenverbindungen, geringes Drehmoment |
| H7/r6 | Mittlere Presspassung | Nabenmotoren, mittleres Drehmoment |
| H7/s6 | Passgenauigkeit | Getriebe mit hohem Drehmoment |
| H7/u6 | Presssitz/Schrumpfsitz | Hochbelastbare Verbindungen, thermische Montage |
Die ISO 286- und ANSI-Passformsysteme
ISO 286 (metrisches System)
Die Norm ISO 286 definiert ein System standardisierter Toleranzklassen und Abweichungscodes, die die Lage und Breite der Toleranzzone für jeden Nenndurchmesser festlegen. Erläuterung der Notation:
Für Löcher: Ein Großbuchstabe (A bis ZC) bezeichnet die Grundabweichung (Lage der Toleranzzone relativ zur Nulllinie); eine Zahl (1 bis 18) bezeichnet die Toleranzklasse (Breite der Toleranzzone). H ist der Standardcode für die Referenzbohrung in einem auf Bohrungen basierenden Passungssystem – bei H liegt die untere Abweichung bei Null (die Bohrung ist niemals kleiner als der Nennwert).
Für Wellen: Ein Kleinbuchstabe bezeichnet die Grundabweichung; eine Zahl bezeichnet die Toleranzklasse. Bei „h“ liegt die obere Abweichung bei Null (die Welle ist niemals größer als der Nennwert). Die Buchstaben „g“, „f“, „e“ und „d“ ergeben Spielpassungen bei H-Bohrungen; die Buchstaben „k“, „m“ und „n“ ergeben Übergangspassungen; die Buchstaben „p“, „r“, „s“, „t“ und „u“ ergeben Presspassungen.
Das Loch-Basis-System: Bei den meisten Präzisionsbearbeitungen dient die Bohrung als feste Bezugsebene, da Bohrwerkzeuge (Bohrer, Reibahlen, Ausbohrstangen) in standardisierten Größen hergestellt werden und sich schwieriger einstellen lassen als die Parameter für die Drehbearbeitung von Wellen. Die Toleranzklasse H7 ist die im allgemeinen Maschinenbau am häufigsten verwendete Bohrungsspezifikation – H7 bei Ø 20 mm toleriert 20,000–20,021 mm.
Das Schaft-Basis-System: Wenn der Wellendurchmesser durch ein zugekauftes Bauteil vorgegeben ist (eine Motorabtriebswelle, eine Standardwelle aus dem Katalog), kehrt sich das „Bohrung-Welle“-Prinzip um – die Wellentoleranz ist fest vorgegeben, während die Bohrungstoleranz variiert. Dies ist bei der Lagerauswahl üblich (die Welle ist vorgegeben; das Gehäuse wird so konstruiert, dass es die erforderliche Passung mit dem Lageraußenring gewährleistet).
ANSI-Passformsystem
Das ANSI (American National Standards Institute) definiert technische Passungen anhand benannter Klassen, die eher den Anwendungszweck als die Geometrie des Toleranzbereichs beschreiben:
| ANSI-Klasse | Name | Entspricht ISO | Anwendung |
|---|---|---|---|
| RC1–RC9 | Lauf-/Gleitabstand | Passungen mit Spiel | Dreh- und Gleitbewegung |
| LC1–LC11 | Standortfreigabe | Passungen mit Spiel | Präzise Positionierung, einfache Montage |
| LT1–LT6 | Standortwechsel | Übergangsanpassungen | Präzise Positionierung, kann durch Pressen montiert werden |
| LN1–LN3 | Standortbedingte Interferenz | Enger Übergang/leichte Interferenz | Präzise Ausrichtung, mäßige Kraft |
| FN1–FN5 | Erzwingen/Verkleinern | Presspassungen | Dauerhafte Kraftübertragung unter hoher Belastung |
Wärmeausdehnung und Passformgestaltung
Eine bei Raumtemperatur (20 °C gemäß ISO 1) festgelegte Passung kann sich im Betrieb anders verhalten, wenn die Betriebstemperatur erheblich von der Montagetemperatur abweicht oder wenn die beiden zusammenpassenden Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) bestehen.
Die entscheidende Berechnung: Die durch Temperaturänderungen bedingte Maßänderung beträgt ΔL = α × L₀ × ΔT, wobei α der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, L₀ das Nennmaß und ΔT die Temperaturänderung gegenüber der Montagetemperatur ist.
Ein häufiger Fehlerfall: Stahlwelle (α ≈ 11,7 µm/m·°C) in einem Aluminiumgehäuse (α ≈ 23,1 µm/m·°C). Bei der Montagetemperatur (20 °C) beträgt die Presspassung 0,020 mm. Wenn die Baugruppe bei 80 °C (ΔT = 60 °C) betrieben wird, dehnt sich das Aluminiumgehäuse stärker aus als die Stahlwelle:
- Aluminiumausdehnung bei einer Bohrung von Ø 50 mm: 23,1 × 10⁻⁶ × 50 × 60 = 0,069 mm
- Ausdehnung einer Stahlwelle mit einem Durchmesser von 50 mm: 11,7 × 10⁻⁶ × 50 × 60 = 0,035 mm
- Nettoveränderung der Passung: +0,034 mm (Aluminium dehnt sich stärker aus als Stahl)
- Passung bei Betriebstemperatur: 0,020 − 0,034 = −0,014 mm (Spiel – die Übermaßpassung ist verschwunden)
Eine Konstruktion, bei der eine Presspassung bei Raumtemperatur bei Betriebstemperatur zu einer Spielpassung wird, versagt – die Verbindung lockert sich. Der richtige Ansatz besteht darin, die erforderliche Pressung bei Raumtemperatur zu berechnen, die unter Berücksichtigung der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung bei der maximalen Betriebstemperatur die erforderliche Mindestpressung ergibt.
Auswahl der Passform für gängige Montagearten
Lager: Die Passungsanforderungen für Wälzlager werden von den Lagerherstellern (SKF, FAG, NSK) in Anwendungsleitfäden festgelegt und hängen davon ab, ob der Innen- oder der Außenring das rotierende Element ist. Die allgemeinen Regeln lauten: Der rotierende Ring sollte einen Presssitz mit seinem Sitz haben (Innenring mit Welle, wenn sich die Welle dreht; Außenring mit Gehäuse, wenn sich das Gehäuse dreht), um ein Kriechen zu verhindern; der feststehende Ring sollte einen Übergangssitz oder einen leichten Presssitz haben.
Bei einer typischen Anwendung mit rotierender Welle (Welle dreht sich, Gehäuse steht still): Für die Passung zwischen Innenring und Welle werden H7/k6 oder H7/m6 (Übergang zu leichter Übermaßpassung) verwendet; für die Passung zwischen Außenring und Gehäuse werden K7/h6 oder M7/h6 (Übergang zu leichter Übermaßpassung) verwendet. Die konkrete Passungsklasse hängt von der Lagerbelastung und der Drehzahl ab – hohe Belastungen erfordern eine stärkere Presspassung; bei hohen Drehzahlen und geringen Belastungen können lockere Passungen verwendet werden, um einen übermäßigen Temperaturanstieg durch die Lagervorspannung zu vermeiden.
Zahnräder und Naben: Zahnräder, die das Drehmoment durch Reibung übertragen (ausschließlich Presssitz, ohne Passfeder), erfordern einen ausreichenden Presssitz, um die erforderliche Reibkraft an der Kontaktfläche zu erzeugen. Der erforderliche Presssitz wird anhand des Auslegungsdrehmoments, der Werkstoffeigenschaften, des Durchmessers und der Kontaktlänge berechnet. Typische Presspassung für ein Stahlzahnrad auf einer Stahlwelle mit Ø 40 mm: 0,015–0,030 mm bei mäßigem Drehmoment (500–2.000 N·m); Erhöhung auf 0,030–0,050 mm bei hohem Drehmoment oder Stoßbelastung.
Passstifte: Zur Positionierung von Passstiften in Vorrichtungen und Präzisionsbaugruppen werden in der Regel die Passungen H7/n6 oder H7/m6 (leichter bis mittlerer Presssitz) im feststehenden Bauteil und H7/g6 (enger Spielraum) im Gegenbauteil verwendet, das entfernt werden muss. Dadurch wird eine präzise Positionierung gewährleistet, während die Baugruppe gleichzeitig getrennt werden kann.
Häufige Fehler bei der Auswahl der Passform und ihre Folgen
| Fehler | Folge | Der richtige Ansatz |
|---|---|---|
| Festlegen der engsten Passform “aus Sicherheitsgründen” | Zu hohe Presskraft; Rissbildung in dünnwandigen Bauteilen; hohe Bearbeitungskosten | Passen Sie Art und Festigkeit an die funktionalen Anforderungen an – Bewegung, Ausrichtung oder Fixierung |
| Unter Vernachlässigung der Wärmeausdehnung (unterschiedliche Werkstoffe) | Die Interferenz nimmt bei Betriebstemperatur ab (Verbindung lockert sich) oder zu (Festfressen) | Die Passgenauigkeit bei Betriebstemperatur berechnen; die Interferenz bei Raumtemperatur angeben, die die unterschiedliche Ausdehnung berücksichtigt |
| Presspassung für verschleißfeste Bauteile | Beschädigung von Bauteilen beim Ausbau; lange Ausfallzeiten | Verwenden Sie eine Übergangs- oder Presspassung, wenn ein regelmäßiger Ausbau erforderlich ist. |
| Übermäßiges Spiel in Schwingbaugruppen | Reibverschleiß; Lockerung; Geräusche | Verwenden Sie Übergangs- oder Lichtinterferenz in Umgebungen mit Schwingungen; vermeiden Sie Spielpassungen bei hochzyklischen Schwingungen |
| Anwendung von Nenn-Toleranzen ohne Standard-Passungssystem | Unvorhersehbares Passungsverhalten; uneinheitliche Produktion | Verwenden Sie die Passungsklassen nach ISO 286 oder ANSI; geben Sie die vollständigen Toleranzzonencodes an (H7/h6, nicht nur ±0,010 mm) |
| Festlegung von Toleranzen, die über die Fertigungsmöglichkeiten hinausgehen | Hoher Ausschuss; Verzögerungen; Kostensteigerung | Überprüfen Sie die Cp/Cpk-Fähigkeit für die angegebene Toleranz, bevor Sie die Zeichnungen freigeben. |
Wichtigste Erkenntnisse
- Technische Passungen bestimmen das Funktionsverhalten, nicht nur die Maßgenauigkeit: Eine Spielpassung ermöglicht Bewegung; eine Übergangspassung sorgt für die Ausrichtung mit geringem Kraftaufwand beim Zusammenbau bzw. bei der Demontage; eine Presspassung schafft durch Reibung an der Kontaktfläche eine dauerhafte, lastübertragende Verbindung.
- Die Passungsbezeichnung nach ISO 286 (H7/h6, H7/k6, H7/p6) definiert die Passungsbeziehung vollständig.: Der Großbuchstabe und die Zahl geben den Toleranzbereich der Bohrung an; der Kleinbuchstabe und die Zahl geben den Toleranzbereich der Welle an; die Kombination legt fest, ob die Verbindung immer Spiel aufweist, entweder Spiel oder Presssitz aufweisen kann oder immer Presssitz aufweist.
- Bei allen Passungen in Baugruppen aus unterschiedlichen Werkstoffen muss die Wärmeausdehnung berücksichtigt werden.: Eine Stahlwelle in einem Aluminiumgehäuse (oder eine beliebige Kombination mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten) verändert ihren Sitzzustand bei Temperaturänderungen; eine bei 20 °C ausgelegte Presspassung kann bei 80 °C zu einer Spielpassung werden, wenn die unterschiedliche Ausdehnung nicht berücksichtigt wird.
- Für die Passung von Lagern sind spezifische Vorgaben der Lagerhersteller erforderlich: Der rotierende Ring muss mit seinem Sitz mit Presssitz sitzen, um ein Kriechen zu verhindern; der feststehende Ring kann einen Übergangssitz oder einen kontrollierten Presssitz aufweisen; die allgemeine Festlegung dieser Passungen ohne Rücksprache mit den Anwendungsdaten des Lagers ist eine häufige Ursache für vorzeitigen Lagerschaden.
- Zu enge Toleranzen sind ein wesentlicher Kostenfaktor: Eine um eine Toleranzklasse strengere Toleranz als erforderlich erhöht die Bearbeitungskosten für dieses Merkmal um 30–80%; die systematische Anwendung dieser übermäßigen Toleranzverengung auf ein komplexes Bauteil verursacht erhebliche Mehrkosten, ohne die Funktion zu verbessern.
- Das Loch-Basis-System (H als feste Lochtoleranz) ist der Standard für die meisten CNC-Bearbeitungsanwendungen.: Die Bohrungen werden mit standardisierten Werkzeugen gebohrt; der Wellendurchmesser wird gedreht, um die erforderliche Passform im Verhältnis zur Standardbohrung zu erzielen.
- Für Beschaffungs- und Entwicklungsteams von Erstausrüstern: Geben Sie beim Zeichnen von Maßangaben eine Passung an (z. B. Ø20 H7/h6) und vergewissern Sie sich, dass die Prozessfähigkeit des Bearbeitungsdienstleisters es ermöglicht, beide Toleranzzonen unabhängig voneinander und konsistent einzuhalten. Eine Toleranzzone von ±0,010 mm erfordert einen Prozess mit einer Standardabweichung von etwa ±0,003 mm, um einen Cp-Wert von ≥ 1,67 zu erreichen. Wenn die Prozessfähigkeit des Lieferanten eine Standardabweichung von ±0,010 mm aufweist, sollte die Toleranz bei gleichem Konfidenzniveau auf ±0,025 mm gelockert und die Passformauslegung neu bewertet werden.
Häufig gestellte Fragen
Welche drei Arten von Passungen gibt es im Ingenieurwesen?
Die drei Arten von technischen Passungen sind die Spielpassung (die Welle ist immer kleiner als die Bohrung, wodurch ein Spielraum für Drehung oder Gleitbewegung entsteht), die Übergangspassung (die Toleranzbereiche von Welle und Bohrung überschneiden sich, sodass montierte Teile je nach ihrer Lage innerhalb der Toleranzbereiche ein geringes Spiel oder eine leichte Pressung aufweisen können) und die Presspassung (die Welle ist immer größer als die Bohrung, was eine Montage durch Einpressen oder Erwärmen erfordert und eine lastübertragende Grenzflächenreibung erzeugt). Die Art wird nicht durch die Nenngröße bestimmt, sondern durch das Verhältnis zwischen den Toleranzbereichen von Welle und Bohrung. In ISO 286 ändert sich die Passungsart, wenn der Toleranzcode der Welle von h (Spiel mit H7-Bohrung) über k (Übergang) zu p (Presssitz) wechselt, während der Nenndurchmesser und die Bohrungsspezifikation gleich bleiben.
Wann sollte eine Passform mit Spielraum gewählt werden?
Eine Spielpassung sollte immer dann verwendet werden, wenn eine Relativbewegung zwischen den zusammenwirkenden Teilen erforderlich oder beabsichtigt ist: rotierende Wellen in Gleitlagern oder Buchsen, Kolben, die sich in Zylindern bewegen, Linearführungen, die auf Schienen gleiten, sowie Baugruppen, die sich leicht zerlegen und wieder zusammenbauen lassen müssen. Das erforderliche Spiel hängt von den Bewegungsanforderungen ab – ein Spindellager einer Werkzeugmaschine könnte ein enges Spiel aufweisen (H7/g6, Spiel 0,004–0,029 mm bei Ø 50 mm) verwenden, während für eine Gleitführung mit geringer Präzision eine lockerere Passung (H8/f7, Spiel 0,025–0,075 mm bei Ø 50 mm) gewählt werden kann. Die entscheidende Konstruktionsregel: Legen Sie niemals eine Spielpassung für ein Bauteil fest, das Drehmoment durch Reibung übertragen muss – die unvermeidlichen Mikrobewegungen durch das Drehmoment führen zu Reibkorrosion, wodurch sich die Schnittstelle zunehmend verschlechtert.
Was ist eine Übergangsanpassung und wozu dient sie?
Eine Übergangspassung kommt zum Einsatz, wenn die Anwendung eine genauere Positionierung erfordert, als sie eine Spielpassung bietet, das Bauteil jedoch dennoch ohne nennenswerte Beschädigung wieder ausgebaut werden können muss. Die Toleranzbereiche von Welle und Bohrung überschneiden sich, was bedeutet, dass ein einzelnes Paar je nachdem, wo innerhalb ihrer Toleranzen die einzelnen Teile gefertigt wurden, mit geringem Spiel oder geringem Übermaß montiert werden kann. In der Praxis ermöglichen Übergangspassungen die Montage durch Handdruck oder leichtes Klopfen, wobei eine ausreichende Positionsgenauigkeit (Spiel nahe Null) für ausrichtungskritische Merkmale gewährleistet ist. Typische Anwendungsbeispiele: Lageraußenringe in Gehäusen (präzise Ausrichtung erforderlich, Lager müssen zum Austausch demontierbar sein), Passstifte in Werkzeugaufnahmen und Kupplungsnaben, die geringe Drehmomente übertragen und gelegentlich demontiert werden müssen. In der Norm ISO 286 ergeben die Wellencodes k, m und n Übergangspassungen mit einer Standardbohrung der Toleranzklasse H7.
Wie berechnet man den erforderlichen Presssitz für eine Presspassung?
Die erforderliche Übermaßmaße werden aus dem zu übertragenden Drehmoment bzw. der zu übertragenden Axialkraft, dem Reibungskoeffizienten an der Grenzfläche, der Kontaktgeometrie und den Materialeigenschaften berechnet. Das übertragbare Drehmoment beträgt T = μ × P × A × r, wobei P (Grenzflächendruck) über die Lamé-Gleichung für dickwandige Zylinder von der Presssitzgröße, dem Durchmesser und den Elastizitätsmodulen der Werkstoffe abhängt. Für eine massive Stahlwelle in einer Stahlnabe mit Ø 30 mm beträgt die typische Drehmomentkapazität pro 0,010 mm Übermaß und 30 mm Kontaktlänge etwa 100–200 N·m. Das tatsächlich erforderliche Übermaß wird dann anhand dieser Zusammenhänge aus dem Auslegungsdrehmoment (mit einem angemessenen Sicherheitsfaktor) berechnet. In der Praxis liefern veröffentlichte Tabellen aus Standardwerken (Machinery’s Handbook, Shigley’s Mechanical Engineering Design) Passungswerte für gängige Werkstoffe und Abmessungen, wodurch die vollständige Lamé-Berechnung bei der routinemäßigen Konstruktion entfällt.
Was ist der Unterschied zwischen H7/h6 und H7/k6?
Sowohl H7/h6 als auch H7/k6 verwenden dieselbe Bohrungstoleranz (H7), legen jedoch unterschiedliche Wellentoleranzen fest. H7/h6 legt eine Welle fest, deren obere Abweichung bei Null liegt (niemals größer als der Nennwert) und deren Gesamttoleranz der Klasse IT6 entspricht. Bei einer Bohrung der Klasse H7 (untere Abweichung bei Null, Toleranzklasse IT7) ergibt die Kombination immer ein Spiel – von nahezu Null bis maximal IT6 + IT7. H7/k6 legt eine Welle mit einer positiven Grundabweichung fest (der Toleranzbereich der Welle ist nach oben verschoben, in den Toleranzbereich der Bohrung hinein oder darüber hinaus). Die Kombination kann ein geringes Spiel (wenn die Welle auf dem Mindestwert und die Bohrung auf dem Höchstwert liegt) oder eine geringe Pressung (wenn die Welle auf dem Höchstwert und die Bohrung auf dem Mindestwert liegt) ergeben. Die ISO-Bezeichnung „k“ kennzeichnet eine Übergangspassung – die Passung kann innerhalb des Toleranzbereichs entweder Spiel oder Pressung aufweisen.
Verfasst vom CMS-Entwicklungsteam mit über 15 Jahren Erfahrung in der Präzisionsbearbeitung nach CNC bei der Herstellung von Welle-Bohrung-Baugruppen, Lagersitzen, Zahnradnaben und Präzisionspositionierungselementen gemäß den Passungsspezifikationen nach ISO 286 und ANSI für die Fertigungsprogramme in den Bereichen Automobilindustrie, Industrieautomation, Medizintechnik und Luft- und Raumfahrt. Technische Referenzen: ISO 286-1 (Grenzwerte und Passungen – Grundlagen), ANSI B4.1 (Bevorzugte Grenzwerte und Passungen für zylindrische Teile), Shigleys „Mechanical Engineering Design“ (Kapitel „Passungen von Wellen und Naben“), „Machinery’s Handbook“ (Bevorzugte Passungen und Toleranzen), SKF- und FAG-Anwendungsleitfäden zur Auswahl von Lagerpassungen.
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