Leitfaden zu Toleranzen bei Spiel-, Übergangs- und Presspassungen

Der Begriff “Passung” ist bei beweglichen Teilen von entscheidender Bedeutung. Eine leistungsstarke Maschine mit zahlreichen Verbindungsgliedern und Baugruppen kann allein aufgrund eines sehr geringen Spiels ausfallen, wodurch Teile übereinander gleiten, anstatt Kräfte durch das gesamte System zu übertragen. Stellen Sie sich vor, Sie konstruieren eine Motorwelle, die zur Kraftübertragung in eine Bohrung eingepasst werden soll. Sie stellen fest, dass die Welle nicht durch die Bohrung gleitet. Das zwingt Sie dazu, das Teil zum Zerspaner zurückzuschicken, was kostspielig ist. Es kann auch vorkommen, dass ein Lager locker auf der Welle sitzt, obwohl es fest sitzen sollte. Stellen Sie sich außerdem vor, Sie hätten einen Passstift, der das Gehäuse, in dem er positioniert werden sollte, beschädigt. Diese Szenarien veranschaulichen technische Fehler, die auf Versäumnisse bei der Festlegung der Passungen zurückzuführen sind. Die Passungen zwischen den zusammenwirkenden Teilen und die Toleranzen wurden während des Konstruktionsprozesses nicht genau definiert.  

“Passung” bezeichnet im Maschinenbau ein Maßverhältnis zwischen zwei zusammenpassenden Teilen. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um eine Welle und eine Bohrung. Eine Passung bestimmt, wie diese Teile miteinander zusammenwirken. In der Konstruktionspraxis gibt es drei gängige Passungsarten: Spielpassung, Übergangspassung und Presspassung. Bei einer Spielpassung besteht immer ein positiver Spalt, der das Zusammenbauen und Bewegen der Teile ermöglicht. Bei einer Presspassung liegt eine überlappende Toleranz vor. Für diese Montage sind zusätzliche Kräfte oder thermische Verfahren erforderlich. Die Übergangspassung liegt zwischen diesen beiden Extremen. Je nach verfügbarer Toleranz entsteht dabei entweder ein geringes oder ein leichtes Spiel.

In diesem Leitfaden werden diese drei Passungsarten ausführlich behandelt, einschließlich ihrer Funktionsweise, ihrer Anwendungsbereiche und der zu beachtenden Toleranzen. Im Folgenden beziehen wir uns auf eine Bohrung und eine Welle, auch wenn das Material nicht rund ist. Eine Bohrung ist ein inneres Merkmal, während eine Welle ein äußeres Merkmal ist.

Was ist eine Spielpassung?

Eine Spielpassung ist die gängigste Passungsart, bei der die Bohrung etwas größer ist als der Schaft, wodurch ein beabsichtigter Spalt zwischen den beiden Teilen entsteht. Der Spalt zwischen den beiden Oberflächen – oder einfach das Spiel – ist bewusst so ausgelegt, dass eine freie Bewegung ohne Reibung oder Behinderung möglich ist. Die Toleranzen beider Bauteilmerkmale bestimmen das Spiel und gewährleisten eine reibungslose Passung ohne übermäßiges Spiel.

Bei der Konstruktion ermöglicht diese Art der Passung den Ingenieuren, eine gewaltsame Montage oder das Einpressen zu vermeiden. Die Welle ist kleiner als die Bohrung, wodurch die beiden Flächen gut ineinanderpassen.

Messung der Presspassung

Das Spiel wird mit Mikrometern oder Messschiebern gemessen. Mit diesen Werkzeugen können Sie das maximale und das minimale Spiel ermitteln. Das maximale Spiel ist der Abstand zwischen der größten Bohrung und der kleinsten Welle. Das minimale Spiel hingegen bezieht sich auf den Abstand zwischen der kleinsten Bohrung und der größten Welle. Das Spiel wird in Millimetern gemessen und wie folgt berechnet:;

Spielraum = Lochdurchmesser – Wellendurchmesser

Wenn ein Loch einen Durchmesser von 6,36 mm und ein Wellendurchmesser von 6,12 mm hat, beträgt das Spiel 0,24 mm.

Toleranzgrenzen für Presspassungen

Bei der Auslegung von Spielmaßen müssen Sie Toleranzen für den Fertigungsprozess festlegen, um Fehler zu minimieren. Toleranzwerte geben an, wie groß die Schwankungsbreite eines Spielmaßes sein darf. Wenn Sie beispielsweise eine Bohrung von 20 mm und eine Welle von 19 mm mit einer Toleranz von ±0,020 mm fertigen lassen möchten, bedeutet dies, dass jede Bohrung, die zwischen 20,00 mm und 20,020 mm gefertigt wird, ein Spiel zu jeder Welle bietet, die zwischen 19,00 mm und 19,020 mm gefertigt wird. Ebenso können Sie eine Bohrung mit einem Durchmesser zwischen 19,98 mm und 20,00 mm und eine Welle mit einem Durchmesser zwischen 18,98 mm und 19,00 mm bearbeiten.

Ingenieure halten sich bei der Auswahl von Toleranzen an bestimmte ISO-Normen. Diese Normen bestehen aus Großbuchstaben und Zahlen (z. B. H7, H8) für Bohrungen sowie aus Kleinbuchstaben und Zahlen (z. B. g6, h6, f7) für Wellen. ^[1]. Die folgende Tabelle fasst die Bedeutung der in der Toleranzangabe verwendeten Buchstaben zusammen.

Die Zahlen stehen für internationale Toleranzklassen (IT). Je kleiner die Zahl, desto enger die Toleranz und desto präziser die Bearbeitung. Die Toleranzen IT5 und IT6 werden für hohe Präzision verwendet. IT7 wird für allgemeine technische Präzision verwendet. IT8 und IT9 stehen für mittlere Präzision, während IT10 und höher grobe Toleranzen bezeichnen.

Wenn Sie beispielsweise in einer technischen Konstruktion eine Bohrung von 20 mm und eine Welle von 20 mm mit der Toleranz H7/h6 entwerfen, bedeutet dies:

• Für die Bohrung gilt ab einer Grundgröße von 20,00 mm eine zulässige positive Toleranz.
• Die Welle wird mit hoher Präzision in der Grundgröße oder geringfügig darunter gefertigt, wodurch eine zuverlässige Gleit- oder Passung gewährleistet wird.

Die folgende Tabelle zeigt einige Anwendungsbereiche für verschiedene Spieltoleranzen.

Welche verschiedenen Arten von Passungsspiel gibt es?

Es gibt mehrere Spielpassungen, wie beschrieben;

• Gleitpassung: Der Schaft und die Bohrung sind so ausgelegt, dass zwischen ihnen ein geringes, kontrolliertes Spiel besteht. Die Teile gleiten reibungslos aneinander entlang, ohne Widerstand oder übermäßiges Spiel. Beispiele hierfür sind Führungsschienen und Linearlager.
• „Easy Slide“-Passung: Der Spielraum ist etwas größer als bei der „Slide“-Passung. Das Gleiten fällt hier noch leichter. Die „Easy Slide“-Passung ermöglicht dank des geringen Spielraums eine unkomplizierte Montage und Demontage. Ein Beispiel hierfür ist eine Schublade.
• Laufpassung: Diese Passung ist lockerer als eine Gleitpassung, aber enger als eine lockere Laufpassung. Sie ist für Teile vorgesehen, die einer ständigen Bewegung ausgesetzt sind. Ein Beispiel hierfür ist ein Förderband.
• Lockere Laufpassung: Hier ist der Spielraum größer als bei einer Laufpassung. Findet Anwendung bei Bauteilen, bei denen geringfügiges Spiel oder eine geringfügige Fehlausrichtung akzeptabel sind. Beispiele hierfür sind Vorrichtungen und verstellbare Maschinenlagerungen.
• Locker sitzend: Hier ist der Spielraum am größten. Diese Variante eignet sich für Anwendungen, bei denen keine exakte Ausrichtung erforderlich ist. Beispiele hierfür sind Schiebetüren und Paneele.

Was ist eine Presspassung?

Eine Presspassung wird manchmal auch als Reibpassung oder Einpresspassung bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Verbindung zwischen zwei eng aneinanderliegenden Teilen, bei der nach dem Zusammenfügen der Teile eine durch Reibung gehaltene Verbindung entsteht. ^[2]. In der Praxis bedeutet dies, dass der Wellendurchmesser bei dieser Passung etwas größer ist als der Bohrungsdurchmesser. Zum Zusammenfügen der beiden Teile ist Kraft erforderlich.

Presspassungen bilden eine feste, stabile Verbindung, die dauerhaft oder halbdauerhaft sein kann. Diese Passung wird in Zahnrädern und Riemenscheiben, Lagerbaugruppen und Radnaben von Kraftfahrzeugen verwendet, wo Bauteile unter Belastung und bei Vibrationen fest sitzen müssen.

Die Berechnung einer Presspassung erfolgt ähnlich wie bei einer Spielpassung. Die Pressung wird jedoch wie folgt berechnet:;

Übermaß = Wellendurchmesser – Bohrungsdurchmesser

Bei Presspassungen werden in der Regel engere Wellentoleranzen wie s6, t6 oder u6 verwendet, um eine Pressverbindung zu gewährleisten.

Was ist „Transition Fit“?

Bei dieser Passung kann eine Welle (vor dem Zusammenbau) geringfügig kleiner oder größer als die Bohrung sein. Diese Passung wird verwendet, um eine feste, sichere Verbindung zwischen den Teilen herzustellen, insbesondere in Anwendungen, die hohe Präzision und Stabilität erfordern. Sie bietet eine hohe Genauigkeit, dennoch lassen sich die verbundenen Teile ohne Beschädigung zerlegen und wieder zusammenbauen. Sie ermöglicht das Zerlegen und Wiederzusammenbauen der Verbindungsteile bei gleichzeitiger effektiver Übertragung moderater Betriebsbelastungen. Diese Passung stellt einen Mittelweg zwischen Spiel- und Presspassungen dar. Sie wird vor allem dort eingesetzt, wo eine präzise Ausrichtung entscheidend ist. Zu den gängigen Anwendungsbereichen zählen Werkzeugvorrichtungen, Präzisionsbaugruppen wie Motorkomponenten und Maschinen sowie Lager.

Eine Übergangspassung ist ideal, wenn Sie Bauteile benötigen, die sich mit geringem Kraftaufwand von Hand montieren lassen und dabei eine angemessene Positioniergenauigkeit gewährleisten. Diese Passungsart bietet eine leichte Presspassung mit Spielbereich und eignet sich daher ideal für Teile, die gelegentlich demontiert oder vorübergehend positioniert werden müssen.

Zu den Hauptmerkmalen der Übergangspassung zählen ein minimales bis null Spiel sowie eine geringe Montagekraft. Sie eignet sich für die manuelle Montage, gewährleistet eine angemessene Genauigkeit und ermöglicht eine gelegentliche Demontage.

Industrielle Anwendung der Übergangspassung

Verschiedene Branchen nutzen Übergangslösungen für unterschiedliche Zwecke:

Schlussfolgerung

Die “Passung” bezeichnet das Maßverhältnis zwischen zwei zusammenpassenden Teilen vor der Montage. Die Passung ist entscheidend dafür, dass Maschinen und Anlagen effizient und sicher funktionieren. Das Verständnis der drei Passungsarten – Spielpassung, Presspassung und Übergangs-Passung – ist für eine effektive Produktkonstruktion und Fertigung unerlässlich. Jede Art erfüllt einen bestimmten Zweck: Spielpassungen ermöglichen Bewegung zwischen den Teilen, Presspassungen schaffen dauerhafte Verbindungen und Übergangspassungen gewährleisten kontrollierte Bewegung bei präziser Ausrichtung. Die Wahl der richtigen Passung verbessert die Haltbarkeit, vereinfacht die Wartung, senkt die Kosten und gewährleistet zuverlässige Leistung. Beachten Sie, dass Materialeigenschaften und Temperaturänderungen eine wichtige Rolle bei der Erzielung der gewünschten Passung spielen.

Referenz

[1] Internationale Organisation für Normung (ISO). (2010). ISO 286-1:2010 Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – ISO-Toleranzsystem für lineare Maße. ISO-Normenkatalog. https://www.iso.org/standard/45975.html

[2] ScienceDirect. (o. J.). Presspassung – ein Überblick. ScienceDirect-Themen. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/interference-fit