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Auswahl der Passungen

Bei der Auswahl einer Passung sollten die in diesem Abschnitt diskutierten Faktoren sowie die allgemeinen Richtlinien im nächsten Abschnitt berücksichtigt werden.

1. Umlaufverhältnis

Umlaufbedingungen beziehen sich auf einen Lagerring und dessen Verhältnis zur Richtung der Belastung (Tabelle 1). Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen:
  • Umfangslast
  • Punktlast
  • unbestimmte Lastrichtung
Umfangslast liegt vor, wenn der Ring umläuft und dabei die Last stillsteht oder wenn umgekehrt der Ring stillsteht und dabei die Last umläuft. Wenn große Belastungen nicht umlaufen, sondern pendeln, wie z.B. bei Außenringen von schnell laufenden Pleuellagern, wird im Allgemeinen ebenfalls Umfangslast angenommen. Bei Umfangslast „wandert“ der Ring, wenn er mit loser Passung auf der Welle oder im Gehäuse sitzt. Dadurch entstehen Schäden (Passungsrost) am Lager und am Gegenstück. Das „Wandern“ muss durch eine ausreichend feste Passung verhindert werden. Für den Charakter der Passung ist immer der Betriebszustand maßgebend (→ nachfolgende Ziffern 2 und 4).
Punktlast liegt vor, wenn der Ring stillsteht und dabei die Last ebenfalls stillsteht oder wenn der Ring und die Last mit gleicher Drehzahl umlaufen. Bei Punktbelastung „wandert“ ein Lagerring normalerweise nicht. Eine feste Passung ist also nicht unbedingt erforderlich, sofern nicht andere Gründen dafür sprechen.
Unbestimmte Lastrichtung liegt vor, wenn veränderliche äußere Belastungen, Stöße, Erschütterungen oder Unwuchten in schnell laufenden Maschinen auftreten. Dadurch können nicht näher bestimmbare Änderungen der Lastrichtung hervorrufen werden. Bei unbestimmter Lastrichtung müssen beide Lagerringe mit fester Passung eingebaut sein, vor allem bei hoch belasteten Lagern. Der Innenring erhält in einem solchen Fall die für Umfangslast empfohlene Passung. Für den Außenring kann eine losere Passung als bei Umfangslast vorgesehen werden, wenn dieser in der Gehäusebohrung axial verschiebbar sein soll und die Belastung nicht zu hoch ist.

2. Größe der Belastung

Die Festigkeit einer Passung für den Lagerinnenring muss der Größe und der Art der Belastung entsprechen. Im Normalfall wird der feste Sitz eines Innenringes umso stärker gelockert, je höher die Belastung ist. Diese Aufweitung des Innenringes verringert das Übermaß in der Passung und lässt ihn schließlich unter Einfluss einer Umfangslast „wandern“. Je höher ein Ring bei Umfangslast belastet wird, umso fester muss die Passung für den Lagerring sein (Bild 1). Eine feste Passung beeinflusst auch das Betriebsspiel  bzw. die Vorspannung einer Lagerung. Auch müssen Stoßbelastungen und Schwingungen berücksichtigt werden, die ebenfalls eine festere Passung erforderlich machen können.
Die Belastungsbereiche sind wie folgt definiert:
  • kleine Belastungen: P ≤ 0,05 C
  • normale Belastung: 0,05 C < P ≤ 0,1 C
  • hohe Belastungen: 0,1 C < P ≤ 0,15 C
  • sehr hohe Belastungen: P > 0,15 C

3. Lagerluft

Durch das Übermaß zwischen Lagerring und Lagersitzfläche auf der Welle oder im Gehäuse werden bei fester Passung die Ringe elastisch aufgeweitet bzw. zusammengedrückt, so dass sich die Lagerluft verringert. Dabei darf im Allgemeinen jedoch ein gewisses Maß nicht unterschritten werden (→ Lagerluft). Unter Umständen wird die durch die Passung verursachte Luftverminderung so groß, dass Lager mit größerer Luft als normal verwendet werden müssen, um Vorspannung zu vermeiden (Bild 2).

4. Temperaturverhältnisse

In vielen Anwendungsfällen liegt die Betriebstemperatur der Außenringe unterhalb der der Innenringe. Das kann zu einer Verringerung der Lagerluft führen (Bild 3 und Lagerluft) oder die Vorspannung erhöhen (→ Vorspannung).
Im Betrieb nehmen die Lagerringe meist eine höhere Temperatur an als die Gegenstücke. Dadurch lockert sich der feste Sitz von Innenringen, während der fester werdende Sitz von Außenringen bei Loslagern die axiale Verschiebung in der Gehäusebohrung behindern kann. Schnelles Anlaufen einer Lagerung kann auch die Innenringpassung lockern, wenn die im Lager erzeugte Reibungswärme nicht schnell genug abgeführt werden kann. In einigen Fällen kann auch die von der Lagerdichtung generierte Reibungswärme die Innenringpassung lockern.
Temperaturunterschiede und die Richtung des Wärmeflusses in der Lagerung müssen daher beachtet werden.

5. Laufgenauigkeit

In Lagerungen, an die höhere Anforderungen an die Laufgenauigkeit gestellt werden, sind für die Lager feste Passungen vorzusehen. Lose Passungen können schwingungsanfällige und nicht ausreichend starre Lagerungen ergeben. Bei der Bearbeitung der Lagersitze sind engere Maßtoleranzen einzuhalten, mindestens entsprechend Grundtoleranz IT 5 für Wellen bzw. Grundtoleranz IT 6 für Gehäuse. Auch müssen die Toleranzen für den Gesamtrundlauf eingeengt werden (Tabelle 2).

6. Ausführung der Gegenstücke

Die Ausführung der Gegenstücke darf auf keinen Fall zu ungleichmäßigen Verformungen der Lagerringe führen, z.B. durch Ausnehmungen in der Lagersitzfläche. SKF empfiehlt generell keine geteilten Gehäuse in Lagerungen zu verwenden, wenn für die Außenringe sehr feste Passungen vorgesehen werden müssen, z.B. entsprechend Toleranzfeld M7 oder höher.
Für die Außenringe in geteilten Gehäusen sollten daher keine festeren Passungen vorgesehen werden, als der Toleranzklasse H (höchstens K) entspricht.
Bei dünnwandigen Gehäusen, bei Leichtmetall-Gehäusen und bei Hohlwellen sind festere Passungen zu wählen als bei dickwandigen Stahl- und Gusseisengehäusen oder bei Vollwellen, damit ein genügend fester Sitz erreicht wird (→ Passungen bei Hohlwellen). In manchen Fällen können weniger feste Passungen erforderlich werden, wenn z.B. der Werkstoff der Welle eine größere Wärmedehnung als der Standardstahl aufweist.

7. Ein- und Ausbaumöglichkeit

Lager mit loser Passung lassen sich im Allgemeinen leichter ein- und ausbauen als solche mit festen Passungen. Wenn allerdings die Betriebsverhältnisse feste Passungen erforderlich machen, trotzdem aber ein leichter Ein- und Ausbau möglich sein soll, müssen z.B. nicht selbsthaltende Lager oder Lager mit kegeliger Bohrung vorgesehen werden (→ Lager mit kegeliger Bohrung). Lager mit kegeliger Bohrung können entweder direkt auf kegeligem Sitz oder auf Spann- oder Abziehhülsen auf glatten oder abgesetzten Wellen montiert werden (Bild 4, Bild 5 und Bild 6).

8. Verschiebbarkeit von Loslagern

Wenn ein Lager, das Axialverschiebungen nicht im Lager selbst ausgleichen kann, als Loslager verwendet wird, muss sich einer der Lagerringe bei allen Betriebszuständen in axialer Richtung verschieben können. Die Verschiebbarkeit wird durch die Wahl einer losen Passung für den Ring mit Punktlast sichergestellt (Bild 7). Wenn Punktlast am Außenring vorliegt, die Axialverschiebung also in der Gehäusebohrung erfolgt, muss in bestimmten Anwendungsfällen der Außenring in eine gehärtete Zwischenbüchse eingesetzt werden. Dadurch lässt sich vermeiden, dass der Gehäusesitz „ausgeschlagen“ wird und infolgedessen Axialverschiebungen des Lagers nach einiger Zeit kaum noch oder überhaupt nicht mehr möglich sind. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn Leichtmetallgehäuse zum Einsatz kommen.
Werden Zylinderrollenlager mit einem bordfreien Ring, Nadellager oder CARB Toroidalrollenlager als Loslager verwendet, können beide Ringe mit fester Passung eingebaut werden, weil die axiale Verschiebung im Lager selbst erfolgt.
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