Passungsrechner: ISO 286 Passungen berechnen

Eine Passung beschreibt, wie zwei zusammengefügte Bauteile – üblicherweise eine Bohrung und eine Welle gleichen Nennmaßes – aufeinander abgestimmt sind: ob zwischen ihnen Spiel bleibt, ob sie sich gerade noch von Hand fügen lassen oder ob sie nur unter Kraft zusammenpassen.

Aus Nennmaß, Bohrungstoleranz und Wellentoleranz berechnet der Rechner die Grenzmaße beider Teile, die jeweilige Toleranzbreite in Mikrometern und daraus die Passungsart.

Für die Standardpassung 50 H7/g6 liefert er zum Beispiel eine Bohrung von 50,000 bis 50,025 mm, eine Welle von 49,975 bis 49,991 mm und ein Spiel von 9 bis 50 Mikrometern.

Die Berechnung folgt durchgehend ISO 286-1 und ISO 286-2, den international genormten Toleranzfeldern für lineare Maße.

Damit entfällt das manuelle Nachschlagen in den Toleranztabellen für 13 Nennmaßbereiche und über 20 Toleranzklassen je Bohrung und Welle.

Eine Spielpassung liegt vor, wenn die Bohrung unter allen Umständen größer ist als die Welle, sodass immer ein messbares Spiel bleibt und sich die Teile von Hand fügen und bewegen lassen.

Der Rechner erkennt das am Mindestspiel: Ist es positiv oder null, meldet er „Spielpassung“. Bei 50 H7/g6 beträgt das Mindestspiel 9 Mikrometer und das Höchstspiel 50 Mikrometer – selbst im ungünstigsten Fall bleibt also Luft zwischen den Teilen.

Ein noch größeres Spiel liefert 50 H7/f7 mit 25 bis 75 Mikrometern, während 50 H7/h6 mit 0 bis 41 Mikrometern die engste gängige Spielpassung darstellt (Schiebepassung).

Spielpassungen werden dort eingesetzt, wo sich Bauteile drehen oder verschieben müssen, etwa bei Wellen in Gleitlagern oder verschiebbaren Führungen.

Je größer der Buchstabenabstand des Wellenkürzels vom Nennmaß (a bis h), desto größer fällt das Spiel aus.

Bei einer Übergangspassung überschneiden sich die Toleranzfelder von Bohrung und Welle teilweise, sodass je nach tatsächlichem Istmaß der gefertigten Einzelteile entweder ein geringes Spiel oder ein geringes Übermaß entsteht – vorab lässt sich das nicht sicher vorhersagen.

Der Rechner erkennt eine Übergangspassung daran, dass das Mindestspiel negativ, das Höchstspiel aber noch positiv ist.

Für 50 H7/k6 ergibt sich ein Mindestspiel von minus 18 und ein Höchstspiel von plus 23 Mikrometern, für 50 H7/m6 reicht die Spanne von minus 25 bis plus 16 Mikrometern – enger und damit mit mehr Übermaß-Tendenz als bei k6.

Übergangspassungen werden montiert, indem die Teile leicht mit einem Gummihammer oder einer Presse gefügt werden, lassen sich aber bei Bedarf auch wieder lösen.

Typische Anwendung sind Zahnräder auf Wellen oder Lagerinnenringe, die sich nicht selbstständig verdrehen dürfen, aber demontierbar bleiben sollen.

Bei einer Presspassung ist die Welle unter allen Umständen größer als die Bohrung, sodass immer ein Übermaß entsteht und die Teile nur unter Kraftaufwand gefügt werden können – durch Pressen oder, bei größerem Übermaß, durch thermisches Fügen mit erwärmter Bohrung oder gekühlter Welle.

Der Rechner meldet eine Presspassung, sobald auch das Höchstspiel negativ, also in Wirklichkeit ein Mindestübermaß ist.

Für 50 H7/s6 liegt das Übermaß zwischen 18 und 59 Mikrometern (angezeigt als Höchstspiel minus 18, Mindestspiel minus 59 Mikrometer).

Presspassungen erzeugen eine feste, dauerhafte Verbindung ohne zusätzliche Verbindungselemente wie Schrauben oder Stifte und werden zum Beispiel für Lagerringe in Gehäusen oder für aufgepresste Zahnräder verwendet.

Ab einem Übermaß von etwa 30 Mikrometern wird in der Praxis meist thermisches Fügen statt reinem Pressen empfohlen, um die Bauteile nicht zu beschädigen.

Die Bezeichnung H7/g6 liest sich in drei Teilen: Das große H steht für die Toleranzklasse der Bohrung im Einheitsbohrungssystem, die 7 dahinter für den IT-Grad, also die Toleranzbreite.

Das kleine g bezeichnet die Toleranzklasse der Welle, die 6 ihren IT-Grad.

Bei 50 mm Nennmaß ergibt H7 eine Bohrung von 50,000 bis 50,025 mm (25 Mikrometer Toleranz), g6 eine Welle von 49,975 bis 49,991 mm (16 Mikrometer Toleranz) – zusammen eine Spielpassung mit 9 bis 50 Mikrometern Spiel.

H7/g6 ist eine der meistverwendeten Passungen im allgemeinen Maschinenbau, etwa für drehbar gelagerte Wellen mit mäßiger Präzisionsanforderung.

Der große Buchstabe bezieht sich immer auf die Bohrung, der kleine immer auf die Welle – bei anderen Nennmaßen ändern sich die absoluten Mikrometerwerte, die Passungsart (hier: Spielpassung) bleibt bei gleicher Bezeichnung aber erhalten.

Im Einheitsbohrungssystem hat die Bohrung immer die Toleranzklasse H, bei der das untere Abmaß EI grundsätzlich null ist – die Bohrung reicht also vom Nennmaß nach oben bis zum jeweiligen IT-Grad, nie darunter.

Die gewünschte Passungsart wird dann allein über die Wellentoleranz eingestellt, von a bis h für Spielpassungen über js bis n für Übergangspassungen bis p bis zc für Presspassungen.

Dieses System deckt in der industriellen Praxis rund 90 Prozent aller Passungen ab, weil sich Bohrungen (etwa mit Reibahlen) schwerer und teurer in mehreren Toleranzklassen fertigen lassen als Wellen, die auf der Drehmaschine flexibel auf Maß gedreht werden.

Die Alternative, das Einheitswellensystem mit fester Wellentoleranz h und variabler Bohrung, wird nur bei Sonderfällen wie durchlaufenden Wellen mit mehreren aufgesetzten Teilen verwendet und ist in diesem Rechner nicht abgebildet.

Für Standardkonstruktionen im Maschinenbau ist das Einheitsbohrungssystem damit die richtige Wahl.

Die drei Passungen zeigen den fließenden Übergang von Spiel zu Übermaß bei gleichem Nennmaß und gleicher Bohrung H7.

H7/h6 ist eine Spielpassung mit 0 bis 41 Mikrometern Spiel (Schiebepassung, Welle und Bohrung teilen sich das Nullmaß), H7/k6 eine Übergangspassung mit minus 18 bis plus 23 Mikrometern, bei der je nach Fertigungsstreuung Spiel oder leichtes Übermaß entsteht, und H7/s6 eine Presspassung mit durchgehendem Übermaß von 18 bis 59 Mikrometern.

Der Wellenbuchstabe wandert dabei von h über k zu s immer weiter oberhalb des Nennmaßes, während der IT-Grad 6 und damit die Toleranzbreite von 16 Mikrometern in allen drei Fällen gleich bleibt.

In der Praxis wählt man H7/h6 für leicht verschiebbare, aber spielfreie Führungen, H7/k6 für Bauteile, die sich nicht selbst lösen dürfen, aber demontierbar bleiben sollen, und H7/s6 für dauerhaft feste Verbindungen wie aufgepresste Naben.

Das Toleranzfeld – also die zulässige Streubreite um das Nennmaß – wird durch zwei Größen bestimmt: den Nennmaßbereich (hier 50 mm) und den IT-Grad (die Ziffer im Toleranzkürzel).

Bei 50 mm hat g6 ein Toleranzfeld von 16 Mikrometern, ebenso h6 und k6, weil alle drei denselben IT-Grad 6 tragen; die Lage des Feldes zum Nennmaß unterscheidet sich dagegen durch den Buchstaben.

Die zugehörige Bohrung H7 hat mit 25 Mikrometern ein breiteres Feld, weil IT7 gröber ist als IT6.

Bei größerem Nennmaß wächst das Toleranzfeld selbst bei gleichbleibendem IT-Grad: Bei 200 mm liegt die Toleranz von g6 schon bei 29 statt 16 Mikrometern, weil die Grundtoleranz nach ISO 286-1 mit der dritten Wurzel des geometrischen Mittels aus den Bereichsgrenzen skaliert.

Wer ein engeres Feld bei gleichem Buchstaben benötigt, wählt einen niedrigeren IT-Grad, etwa g5 statt g6.

H9 ist wie H7 eine Bohrungstoleranz im Einheitsbohrungssystem, aber mit einem deutlich gröberen IT-Grad: Bei 50 mm Nennmaß beträgt die H7-Toleranz 25 Mikrometer, die H9-Toleranz dagegen 62 Mikrometer – mehr als das Doppelte.

In Kombination mit g6 ergibt 50 H9/g6 ein Höchstspiel von 87 und ein Mindestspiel von 9 Mikrometern, also ein deutlich größeres Spielfenster als bei H7/g6 mit 9 bis 50 Mikrometern.

H9 wird dort eingesetzt, wo die Passgenauigkeit weniger kritisch ist und eine kostengünstigere, weniger präzise Bohrungsfertigung ausreicht, etwa bei einfachen Führungen, Gehäusebohrungen für unkritische Lagerstellen oder in der Serienfertigung mit größeren Fertigungstoleranzen.

Wer eine feinere Passung für Präzisionsanwendungen wie Wälzlagersitze braucht, bleibt bei H6 oder H7. Der Rechner deckt die Bohrungstoleranzen H5 bis H11 ab und macht den Effekt des IT-Grads direkt am Ergebnis sichtbar.

Dieselbe Toleranzklassenkombination liefert bei unterschiedlichem Nennmaß unterschiedliche absolute Mikrometerwerte, weil die Grundtoleranz nach ISO 286-1 mit der Bauteilgröße wächst.

Bei 50 mm ergibt H7/g6 ein Mindestspiel von 9 und ein Höchstspiel von 50 Mikrometern; bei 200 mm wächst dieselbe Passung auf 15 bis 90 Mikrometer Spiel, weil sowohl die Bohrungstoleranz (46 statt 25 Mikrometer) als auch die Wellentoleranz (29 statt 16 Mikrometer) zunehmen.

Wer einen Tabellenwert für ein bestimmtes Nennmaß auf ein anderes Bauteil überträgt, ohne neu zu rechnen, riskiert deshalb eine falsche Einschätzung der tatsächlichen Passung.

Die Passungsart selbst – hier Spielpassung – bleibt zwar über alle Nennmaße hinweg erhalten, doch die Größe des Spiels verdoppelt sich zwischen 50 und 200 mm nahezu vollständig.

Der Rechner deckt Nennmaße von 1 bis 500 mm ab und berechnet für jedes einzelne Maß den passenden Toleranzbereich neu.