Übergangspassung

Die Übergangspassung zwischen Spielpassung und Presspassung

Eine Passung ist ganz allgemein die Beziehung zwischen zwei Toleranz behafteten Bauteilen. Sie bestimmt die Kraft und die Reibung, welche zwei anliegende Bauteile aufeinander ausüben. Die Passungen werden hauptsächlich bei der Definition von Wellen und Bohrungen verwendet. Sie sind jedoch auch für Nuten und Gleitsteine oder Federn anwendbar. Man unterscheidet zwischen drei Passungsarten:

• Übermaßpassung/Presspassung
• Übergangspassung
• Spielpassung

Die Übermaßpassung oder Presspassung zeichnet sich dadurch aus, dass die Bauteile nicht auf Anhieb ineinandergleiten. Für ihre Fügung sind Tricks oder Gewalt erforderlich. Ein Trick ist beispielsweise der Einsatz von Wärme oder Kälte. So kann man ein Bauteil solange dehnen oder schrumpfen lassen, bis es mit dem anderen Bauteil montierbar wird. Ein Beispiel dafür sind die Flügel von Tornado-Jagdbombern: Für die Montage der Schwenkflügel wird der Bolzen mit flüssigem Stickstoff abgekühlt. So geschrumpft, gleitet er sauber in die vorgesehene Bohrung. Nach dem Aufwärmen auf normale Umgebungstemperatur war der Kolben wieder im Übermaß und sorgte für einen besonders festen Sitz.

Ein Nachteil der Presspassung ist, dass sie ein Drehen der eingefügten Welle stark behindert. Dreht man die Welle mit Gewalt, drohen Fressschäden. Sitzt die Welle aber zu locker in ihrer Bohrung, können sich die Bauteile voneinander lösen. Es kommt deshalb immer auf den Anwendungsfall an, bei dem man zwischen den einzelnen Passungsarten wählen muss.

Berechnung der Passungsarten

Eine Passung sagt grundsätzlich aus, dass die Bauteile genau das tun – sie „passen“ zueinander. Selbst wenn etwas Gewalt für die Montage erforderlich ist, kann es sich immer noch um eine zulässige Passung handelt. Wie beschrieben, ist eine feste Verbindung nach der Montage auch häufig gewünscht. Dazu zählen beispielsweise auf Wellen montierte Zahnräder. Diese werden nicht nur von der innenliegenden Feder in Position gehalten. Auch Passung sorgt für den festen Verbund und sichert so das Funktionieren des Bauteils.

Passungen zeichnen sich stets durch die Angabe eines Toleranzbereiches aus. Dieser wird in der bekannten, genormten Schreibweise angegeben. Die Toleranzen von Passungen sind in der EN 20286 festgelegt. Sie beziehen sich immer auf den Durchmesser der Welle bzw. der Bohrung.

Toleranzen von Wellen werden mit einem Kleinbuchstaben definiert, Bohrungstoleranzen haben Großbuchstaben. Die obere und untere Toleranz eines Bauelements (gleichgültig ob Bohrung oder Welle) ergeben das „Toleranzfeld“. Die Toleranzfelder von Bohrungen und Wellen überlappen sich normalerweise ein wenig. So wird verhindert, dass ein zu großes Spiel zwischen den Bauteilen entstehen kann.

Der erste Wert, der benötigt wird, ist das Nennmaß. Dieses ist bei Welle und Bohrung stets identisch. Die zugehörige Toleranz definiert die zulässigen Istmaße der Bauteile. Die Toleranz ergibt sich aus der Zeichnung und bezieht sich auf den Normwert.

Beispiel:

Eine Welle hat einen Nenndurchmesser von 10 mm und soll in der Toleranz h6 gefertigt werden. Die Toleranz h6 bedeutet bezogen auf den Nenndurchmesser das Maß von 9 nm. Damit darf die Welle höchstens das Nennmaß von 10 mm erreichen und muss mindestens 9,991 mm breit sein.

Die dazugehörige Bohrung wird in der Toleranz H9 gefertigt. Dieser Typ steht für ein minimales Übermaß von 15 nm und ein maximales Übermaß von 24 nm. Die Bohrung hat damit einen Durchmesser zwischen 10.015 nm und 10,024 nm. Man spricht bei den beiden Toleranzpunkten vom „Höchstmaß“ und vom „Mindestmaß“.

Wenn diese Werte bekannt sind, rechnet man sie gegeneinander auf.

• Höchstmaß der Bohrung – Höchstmaß der Welle = 10,024 mm – 10,00 mm = 0,024 mm
• Mindestmaß der Bohrung – Höchstmaß der Welle = 10,015 mm – 10,00 mm = 0,015 mm.
• Mindestmaß der Bohrung – Mindestmaß der Welle = 10,015 mm – 9,991 mm = 0,024 mm.
• Höchstmaß der Bohrung – Mindestmaß der Welle = 10,024 mm – 9,991 mm = 0,033 mm.

Wann liegt welche Passung vor?

• Hat man bei allen vier Berechnungen ein positives Ergebnis, liegt bei eingehaltener Toleranz immer eine Spielpassung vor.
• Wechseln sich positive und negative Ergebnisse ab, erhält man die Übergangspassung.
• Liegen aber nur negative Ergebnisse vor, hat man eine Übermaßpassung.

Warum vorher berechnen?

Das Berechnen der anliegenden Passungsarten vor der Fertigung ist sehr wichtig. Nur so kann der Werker verhindern, einen Fehler der Konstruktion in das Bauteil einzuarbeiten. Bei den geringen Maßen kann es immer passieren, dass der Ingenieur oder Techniker in der Passungstabelle um eine Zelle verrutscht. Wie man sieht, genügen schon kleinste Unterschiede um ein völlig falsches Ergebnis zu erhalten.

Wenn der Werker die Einbausituation kennt, wird der bei der Analyse der Passungen Auffälligkeiten feststellen können. Wenn beispielsweise eine Zahnrad-Welle-Verbindung nur Spielpassungen zulässt, sollte man nachfragen. Schließlich sind bei diesen Montagesituationen die Presspassungen bevorzugt.

Eigenschaften der Übergangspassung

Bei einer Übergangspassung lassen sich die Bauteile unter leichtem Druck ineinanderfügen. Gegebenenfalls kann ein Holzhammer etwas nachhelfen, die Welle in die Bohrung zu treiben. Zuhilfenahme von hohem Druck, Wärme oder Kälte ist bei einer Übergangspassung aber niemals erforderlich.

Eine auf Übergangspassung gefertigte Welle-Bohrung-Verbindung lässt sich unter Kraft gegeneinander verdrehen. Wenn das gewünscht ist, sollten einige Maßnahmen gegen das Fressen getroffen werden.

Die Übergangspassung unterstützen

Die möglichst feste, aber immer noch bewegliche Verbindung zwischen einer Welle und einer Bohrung kann durch folgende Maßnahmen unterstützt werden:

• Verwendung unterschiedlicher Materialien
• Bohrung oder Welle aus Werkstoffen mit selbstschmierenden Eigenschaften
• Schmierung erleichtern

Materialgleichheit bei beweglich gelagerten Bauteilen führt immer zum Fressen. Diese Verbindung wird sich in kürzester Zeit selbst zerstören. Ein Stahlbolzen ist daher ideal mit einer Bronzebohrung kombiniert. Bronzebuchsen können zudem selbst schmierend ausgelegt werden. Mit einer externen Schmierergänzung, beispielsweise durch einen seitlich angebrachten Schmiernippel, wird das Fressen oder innere Abrasion zuverlässig verhindert.

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