Ingenieure stoßen bei der Konstruktion von Teilen, die zusammenpassen müssen, häufig auf Probleme. Wenn das Spiel zu groß ist, können sich die Teile locker anfühlen, Geräusche verursachen oder schnell verschleißen. Ist das Spiel zu klein, lassen sich die Teile möglicherweise nur schwer zusammenbauen oder fallen sogar aus. Um diese Probleme zu vermeiden, verwenden Ingenieure Standardpassungen. Passungen legen fest, wie fest oder locker zwei Teile miteinander verbunden sein sollen.
Die Wahl der richtigen Passform kann helfen, Zeit zu sparen, Abfall zu reduzieren und die Leistung zu verbessern. Schauen wir uns die verschiedenen Typen an.
Was ist eine Passung in mechanischen Baugruppen?
Passungen sind ein wesentlicher Bestandteil von mechanischen Baugruppen. Sie beschreiben, wie zwei Teile miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten, meist eine Bohrung und eine Welle. Die Passung entscheidet darüber, ob sich die Teile frei bewegen, fest verriegeln oder irgendwo dazwischen bleiben.
Das klassische Beispiel ist eine Welle in einem Loch. Wenn die Bohrung größer ist, kann sich die Welle bewegen. Dies ist eine Spielpassung. Ist die Welle größer, drückt sie sich in die Bohrung. Das ist eine Presspassung. Die Passung kann einen kleinen Spalt oder leichten Druck zulassen, wenn die Größen sehr nahe beieinander liegen. Dies ist eine Übergangspassung.
Die richtige Passung hängt von der Aufgabe der Teile ab. Lager brauchen Spielpassungen, damit sie sich drehen können. Gepresste Zahnräder brauchen Presspassungen, damit sie fest sitzen. Übergangspassungen eignen sich gut, wenn die Teile zueinander passen müssen, aber eine kontrollierte Montage ermöglichen. Jede Art von Passung hat ihre Aufgabe, und die falsche Wahl kann die Festigkeit, Genauigkeit oder Lebensdauer verringern.
Die Beziehung zwischen Bohrloch- und Schachtsystemen
Die Ingenieure verwenden zwei zentrale Systeme für die Anwendung von Passungen: das Loch- und das Schachtsystem.
Beim Lochsystem bleibt die Lochgröße fest, während sich die Schaftgröße ändert, um verschiedene Passungen zu erzeugen. Dies ist die gebräuchlichste Methode, da die Lochgrößen mit Standardwerkzeugen leichter zu kontrollieren sind.
Beim Schaftsystem bleibt die Größe des Schafts konstant, aber die Größe des Lochs ändert sich stattdessen. Dieses System ist weniger gebräuchlich, aber nützlich, wenn Wellen über viele Verwendungen hinweg einheitlich bleiben müssen. Beide Systeme bieten den Ingenieuren Flexibilität. Sie tragen dazu bei, die Fertigungsgrenzen mit den Leistungsanforderungen in Einklang zu bringen.
Die Rolle von Toleranzen und Freiräumen
Toleranzen legen die zulässige Abweichung der Teilegröße fest. Kein Teil wird nach einer exakten Zahl gefertigt, daher definieren Toleranzen die Höchst- und Mindestgrenzen. Diese Grenzen entscheiden darüber, ob sich die Teile so bewegen, drücken oder ausrichten lassen, wie sie sollen.
Das Spiel ist der Raum zwischen zwei Teilen. Ein positives Spiel bedeutet, dass das Loch größer ist, was eine Bewegung oder eine leichte Montage. Ein negatives Spiel bedeutet, dass die Welle größer ist, was einen festen Sitz erzwingt. Übergangspassungen können je nach den gemessenen Größen entweder ein kleines positives oder negatives Spiel aufweisen.
Arten von Passungen in mechanischen Baugruppen
Die Wahl der richtigen Passform ist ein wesentlicher Bestandteil der mechanischen Konstruktion. Jede dient einem bestimmten Zweck und hat ihre eigenen Varianten.
Presspassung
Ein Presspassung tritt auf, wenn die Welle größer ist als das Loch. In diesem Fall müssen die Teile gepresst, erhitzt oder gekühlt werden, damit sie zusammenpassen. Aufgrund des Negativspiels drücken die Oberflächen gegeneinander und erzeugen eine starke Reibung, die eine Bewegung verhindert. Aus diesem Grund werden Presssitze auch als Presspassungen oder Reibsitze bezeichnet.
Eine gängige Methode hierfür ist das Einpressen mit mechanischer oder hydraulischer Kraft. Eine andere Methode ist das Schrumpfen, bei dem ein Teil vorübergehend erhitzt oder abgekühlt wird, um seine Größe zu verändern. Sobald die Temperatur wieder normal ist, sitzt das Teil fest an seinem Platz.
Die Festigkeit einer Presspassung hängt von der Überlappung ab, die normalerweise zwischen -0,001 mm und -0,042 mm liegt. Innerhalb dieser Kategorie gibt es mehrere Stufen:
- Presspassung - Eine leichtere Presspassung, die für Verbindungen mittlerer Festigkeit verwendet wird.
- Fahrtauglichkeit - Ein festerer Sitz, der mit Gewalt oder Temperaturmethoden zusammengefügt werden muss.
- Erzwungene Anpassung - Die engste Form, die in der Regel dauerhaft ist und genaue Toleranzen erfordert, um eine Beschädigung der Teile zu vermeiden.
Presspassungen sind ideal für Zahnräder, Buchsen und hochbelastbare Gelenke, die auch bei Vibration oder Belastung nicht verrutschen.
Spielpassung
Eine Spielpassung entsteht, wenn die Bohrung größer ist als die Welle. Dadurch entsteht ein kleiner Spalt, in dem sich die Teile relativ zueinander bewegen können. Aufgrund des Formschlusses ist die Montage einfach und erfordert keine Spezialwerkzeuge.
Spielpassungen sind bei Gelenken nützlich, die eine Drehung, ein Gleiten oder eine freie Bewegung erfordern. So sind beispielsweise der Bolzen und der Rahmen in einem Drehgelenk auf Spiel angewiesen, um eine Drehung zu ermöglichen und gleichzeitig verbunden zu bleiben. Das Spiel liegt normalerweise zwischen +0,025 mm und +0,089 mm.
Verschiedene Untertypen ermöglichen eine bessere Kontrolle:
- Lockere Laufpassform - Großes Spiel, so dass die Teile spürbar und leicht beweglich sind.
- Free Running Fit - Ähnlich wie bei Loslauf, jedoch für hohe Geschwindigkeiten und thermische Ausdehnung geeignet. Die Genauigkeit ist geringer.
- Enge Laufpassform - Engeres Spiel für eine bessere Positionierung bei gleichzeitig hoher Bewegungsgeschwindigkeit.
- Gleitsitz - Hochpräzise, mit minimalem Spiel, das eine Bewegung in nur eine Richtung ermöglicht.
- Standort Fit - Sehr geringes Spiel für genaue Ausrichtung. Für einen reibungslosen Betrieb ist häufig Schmierung erforderlich.
Spielpassungen werden häufig für Lager, Riemenscheiben und Kupplungen verwendet, bei denen es auf Leichtgängigkeit und einfache Montage ankommt.
Übergangspassform
A Übergangspassung liegt zwischen Spiel und Überschneidung. Je nach den genauen Abmessungen können die Teile einen kleinen Spalt oder eine leichte Überlappung aufweisen. Dies macht Übergangspassungen nützlich, wenn Teile genau ausgerichtet werden müssen, um eine kontrollierte Montage oder Demontage zu ermöglichen.
Der Spielraum liegt in der Regel zwischen +0,023 mm und -0,018 mm. Innerhalb dieser Gruppe gibt es zwei gängige Typen:
- Ähnliche Passform - Sehr leichter Sitz mit fast keinem Spalt oder Übermaß. Die Montage kann oft von Hand mit einem weichen Holzhammer erfolgen.
- Feste Passform - Etwas fester und erfordert normalerweise Presswerkzeuge für die Montage.
Übergangspassungen werden häufig bei Maschinenkomponenten verwendet, die genau ausgerichtet werden müssen, ohne dass sie völlig dauerhaft sind. Sie bieten ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und einfacher Montage.
| Art der Anpassung | Bohrung Basis | Welle Basis | Passform Typ | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Spielpassung | Lochgröße festgelegt, Schaft kleiner gemacht | Wellengröße festgelegt, Loch vergrößert | Lose bis freie Bewegung | Lager, Riemenscheiben, Gleitgelenke |
| Übergangspassform | Lochgröße fest, Schaft leicht angepasst | Schaftgröße fest, Bohrung leicht angepasst | Nahezu spielfrei, leichte Presse | Passstifte, Kupplungen, Maschinenausrichtung |
| Presspassung | Lochgröße fixiert, Schaft größer gemacht | Wellengröße festgelegt, Loch kleiner gemacht | Enge Presse, negatives Spiel | Zahnräder auf Wellen, Buchsen, feste Verbindungen |
Normen und Systeme von Passungen
Sie bieten Ingenieuren eine gemeinsame Sprache für die Definition von Toleranzen und Passungen. Mit diesen Systemen vermeiden Konstrukteure Verwirrung, und Hersteller können konsistente, austauschbare Teile liefern.
ISO-System der Grenzwerte und Passungen
Das ISO-System ist die weltweit am häufigsten verwendete Norm. Es definiert Passungen mit Hilfe von Toleranzklassen und Grundabweichungen. Eine Passung wird als eine Kombination aus einem Buchstaben und einer Zahl geschrieben. Der Buchstabe gibt die Toleranzposition an, während die Zahl den Toleranzgrad angibt.
So beschreibt beispielsweise H7/g6 eine bestimmte Spielpassung zwischen einer Bohrung und einer Welle. Ingenieure verwenden diese Codes, um zu wissen, wie sich die Teile nach dem Zusammenbau verhalten werden. Das System unterstützt auch den globalen Handel, da Lieferanten und Hersteller die gleichen Regeln befolgen.
ANSI/ASME-Normen
In den Vereinigten Staaten orientieren sich die Ingenieure häufig an ANSI- und ASME-Normen. Diese Systeme dienen demselben Zweck wie die ISO-Normen, spiegeln aber die amerikanischen Konstruktions- und Fertigungsverfahren wider. Sie verwenden auch US-Maßeinheiten, was sie für die lokale Industrie praktischer macht.
ANSI/ASME-Normen sind in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und im Schwermaschinenbau weit verbreitet. Durch die Anwendung dieser Regeln stellen die Unternehmen die Konsistenz vom Entwurf bis zur Prüfung sicher. Dies erleichtert den Zusammenbau von Teilen verschiedener Zulieferer, ohne dass es zu Abweichungen oder Fehlern kommt.
Systeme auf Bohrungsbasis vs. Schachtbasis
Bei der Anwendung von Passungen haben die Ingenieure die Wahl zwischen dem Lochbasissystem und dem Wellenbasissystem.
- Beim Lochbasissystem bleibt die Lochgröße fest, und die Schaftgröße wird angepasst, um verschiedene Passungen zu erzeugen. Diese Methode ist die gebräuchlichste, da sich die Lochabmessungen mit Standardwerkzeugen wie Bohrern und Reibahlen leicht kontrollieren lassen.
- Beim Wellenbasissystem bleibt die Wellengröße fest, während die Lochgröße angepasst wird. Dieser Ansatz ist weniger gebräuchlich, aber praktisch, wenn die Wellen bei vielen Konstruktionen die gleiche Größe haben müssen. Ein Unternehmen, das zum Beispiel große Serien von Standardwellen herstellt, kann es vorziehen, stattdessen die Lochgrößen zu variieren.
Schlüsselfaktoren für die Wahl der Passform
Bei der Konstruktion von Baugruppen müssen die Ingenieure berücksichtigen, wie die Teile funktionieren, welchen Belastungen sie ausgesetzt sind und wie sie hergestellt werden sollen. Diese Punkte helfen bei der Entscheidung, ob eine Spiel-, Übergangs- oder Presspassung korrekt ist.
Erforderliche Bewegung
Die erste Frage ist die Bewegung. Eine Spielpassung ist in der Regel am besten geeignet, wenn Teile gedreht, verschoben oder eingestellt werden müssen. Sie ermöglicht eine reibungslose Bewegung mit geringem Widerstand. Lager und Gleitführungen sind gängige Beispiele.
Eine Übergangspassung eignet sich gut, wenn die Teile ausgerichtet bleiben müssen, aber dennoch eine gewisse Flexibilität bei der Montage zulassen. Sie bietet Stabilität, während die Montage möglich bleibt. Eine Presspassung ist die sicherste Option für Teile, die sich überhaupt nicht bewegen dürfen.
Belastung und Stress
Auch die Kräfte, die auf die Teile einwirken, bestimmen die Wahl. Leichte Belastungen passen oft gut zu Spielpassungen, insbesondere wenn eine gleichmäßige Bewegung erforderlich ist. Schwere Lasten, Stöße oder Vibrationen erfordern normalerweise Presspassungen. Der feste Verschluss verhindert ein Verrutschen und hilft, die Belastung zu verteilen.
Übergangssitze sind eine mittlere Wahl. Sie können mäßigen Belastungen standhalten und halten die Teile in einer Linie. Auch die Materialstärke ist wichtig. Ein zu starker Eingriff in schwächere Materialien kann zu Rissen, Verbiegungen oder dauerhaften Schäden führen.
Produktionsverfahren
Die Art und Weise, wie die Teile hergestellt werden, hat Einfluss darauf, welche Passform praktisch ist. Das Ganzkörpersystem ist am weitesten verbreitet, da die Lochgrößen durch Standardwerkzeuge leichter zu kontrollieren sind. Die Verwendung von Passungen, die mit Standardwerkzeugen für Großserien übereinstimmen, trägt zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung bei.
Einige Verfahren, wie Press- oder Schrumpfmontage, eignen sich besser für Presspassungen. Andere, wie Aufbohren oder Schleifenkann die für Übergangspassungen erforderliche Genauigkeit erreichen. Die Ingenieure müssen eine Passung auswählen, die den Konstruktionsanforderungen und der effizientesten Produktionsmethode entspricht.
Wie erreicht man Maßtoleranzen für Passungen?
Die richtigen Toleranzen sind der Schlüssel zu einer funktionierenden Passung. Selbst kleine Größenänderungen können eine Spielpassung in eine Presspassung verwandeln oder dazu führen, dass Teile bei der Montage versagen. Um dies zu verhindern, wenden Ingenieure und Maschinenbauer präzise Methoden an, um die Abmessungen zu kontrollieren und die Teile innerhalb der Grenzen zu halten.
Ein entscheidender Schritt ist die Wahl des richtigen Bearbeitungsprozesses. Ein einfaches Bohren oder Drehen kann keine sehr engen Toleranzen einhalten. Verfahren wie Reiben, Schleifen, Honen oder CNC-Bearbeitung werden häufig für engere Passungen eingesetzt. Diese Verfahren verringern die Abweichungen und führen zu gleichmäßigeren Ergebnissen.
Präzise Messwerkzeuge sind ebenfalls unerlässlich. Messschieber, Mikrometer und Koordinatenmessgeräte (KMG) prüfen, ob die Teile die vorgegebenen Grenzwerte einhalten. Regelmäßige Inspektionen während der Produktion helfen, Fehler frühzeitig zu erkennen, bevor sie in die Montage gelangen.
Auch die Auswahl des Materials ist wichtig. Einige Metalle dehnen sich aus, schrumpfen oder verformen sich während der Bearbeitung oder Wärmebehandlung. Ingenieure müssen diese Veränderungen bei der Festlegung von Toleranzen berücksichtigen, um spätere Passungsprobleme zu vermeiden.
Praktische Umsetzung und bewährte Praktiken
Ingenieure und Maschinenbauer müssen diese Konzepte bei der Konstruktion und Produktion korrekt anwenden. Eine gute Zeichnungsinterpretation und das Bewusstsein für häufige Fehler gewährleisten eine reibungslose Montage und verhindern kostspielige Nacharbeiten.
Interpretieren von technischen Zeichnungen und Passformbeschreibungen
In technischen Zeichnungen werden Codes zur Darstellung von Passungen verwendet. So definiert beispielsweise eine mit H7 gekennzeichnete Bohrung in Verbindung mit einer mit g6 gekennzeichneten Welle eine Spielpassung. Diese Bezeichnungen stammen aus Normen wie ISO oder ANSI/ASME.
Um sie richtig lesen zu können, müssen Ingenieure auf den Buchstaben und die Zahl achten. Der Buchstabe zeigt an, ob die Größe über oder unter dem Grundmaß liegt, während die Zahl angibt, wie eng oder weit die Toleranz ist. Maschinisten nutzen diese Informationen, um den richtigen Bearbeitungsprozess und die richtige Prüfmethode auszuwählen.
Eine klare Kommunikation ist unerlässlich. Konstrukteure, Maschinenbauer und Prüfer müssen alle demselben Standardsystem folgen. Die Vermischung verschiedener Normen oder das falsche Lesen von Codes kann zu nicht passenden Teilen führen, die nicht zusammenpassen.
Häufige Fallstricke und wie man sie vermeidet
Ein häufiger Fehler ist die Wahl einer zu lockeren oder zu engen Passform. Dies geschieht oft, wenn die Toleranzen nicht auf die Funktion oder Belastung abgestimmt sind. Ingenieure sollten immer die Arbeitsbedingungen prüfen, bevor sie eine Auswahl treffen.
Ein weiteres Problem ist das Übersehen von Produktionsgrenzen. Einige Passungen erfordern Toleranzen, die sehr kostspielig oder schwer zu erreichen sind. Die Wahl einer Passung, die zu den verfügbaren Werkzeugen und Verfahren passt, spart Zeit und Geld.
Auch das Materialverhalten ist leicht zu übersehen. Hitze, Bearbeitungsspannungen oder Oberflächenbeschaffenheit können die Endgröße eines Teils verändern. Ingenieure müssen diese Faktoren bei der Festlegung von Toleranzen berücksichtigen.
Schlussfolgerung
Passungen steuern, wie sich Teile in mechanischen Baugruppen verbinden und bewegen. Spielpassungen ermöglichen eine freie Bewegung, Übergangspassungen sorgen für eine präzise Ausrichtung mit geringem Spiel, und Presspassungen schaffen feste, sichere Verbindungen. Ingenieure können zuverlässige, langlebige Produkte entwickeln, indem sie die Passungen verstehen und Montageprobleme und kostspielige Fehler vermeiden.
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Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
