Die Passung eines Wälzlagers ergibt sich aus der Toleranzklasse des Wellen- oder Gehäusesitzes im Verhältnis zur Toleranz von Lagerbohrung oder Außendurchmesser. Welche Klasse passt, hängt vor allem davon ab, ob der jeweilige Lagerring relativ zur Lastrichtung umläuft (Umfangslast) oder stillsteht (Punktlast), sowie von der Höhe der Belastung. Für übliche Anwendungen mit Lagern der Toleranzklasse Normal nennen die Hersteller Standardempfehlungen, etwa k5 oder j6 für die Welle und H7 für das Gehäuse.
Grundlagen: Toleranzklassen von Lager und Sitz
Die Passung wird mit ISO-Toleranzklassen für Bohrungen und Wellen beschrieben, die in ISO 286-1 und ISO 286-2 festgelegt sind. Die Bezeichnung besteht aus einem Buchstaben, der die Lage des Toleranzfelds zur Nulllinie bestimmt (Großbuchstaben für Gehäusebohrungen, Kleinbuchstaben für Wellen), und einer Zahl für den Grundtoleranzgrad (IT-Grad). Beispiele sind k5 für eine Welle und H7 für ein Gehäuse.
Wälzlager werden selbst nach genormten Toleranzen gefertigt. Für Radiallager gilt ISO 492, für Axiallager ISO 199. Die Toleranzklassen sind Normal, P6 und P5, wobei P6 genauer ist als Normal und P5 genauer als P6. Entscheidend für die Passung ist, dass die Toleranzfelder von Lagerbohrung und Außendurchmesser unterhalb der Nulllinie liegen. Ein Lager mit Normaltoleranz und einer Bohrung von 25 mm hat zum Beispiel ein Bohrungsabmaß von 0 bis −10 µm. Ein Wellensitz mit dem Abmaß +2 bis +11 µm (k5) führt deshalb zwangsläufig zu einem Übermaß.
| Toleranzklasse | Innenring d 18 bis 30 mm: Δdmp / Kia | Außenring D 50 bis 80 mm: ΔDmp / Kea |
|---|---|---|
| Normal | 0 bis −10 µm / 13 µm | 0 bis −13 µm / 25 µm |
| P6 | 0 bis −8 µm / 8 µm | 0 bis −11 µm / 13 µm |
| P5 | 0 bis −6 µm / 4 µm | 0 bis −9 µm / 8 µm |
Δdmp und ΔDmp bezeichnen die Abweichung des mittleren Durchmessers von Bohrung bzw. Außendurchmesser. Kia und Kea sind der Rundlauf (Radialschlag) von Innen- bzw. Außenring des eingebauten Lagers (Werte nach SKF-Katalog).
Lastfall bestimmt die Passung
Die Bewegung eines Lagerrings im Verhältnis zur Lastrichtung bestimmt, ob eine feste oder lose Passung nötig ist. SKF und Schaeffler unterscheiden Punkt- und Umfangslast, SKF nennt zusätzlich den Fall der unbestimmten Lastrichtung:
- Umfangslast: Der Ring rotiert relativ zur Lastrichtung. Bei einem losen Sitz würde er auf seiner Sitzfläche abwälzen oder wandern. Dadurch können Passungsrost und Verschleiß entstehen. Für den betroffenen Ring ist ein fester Sitz (Übermaß) erforderlich.
- Punktlast: Der Ring steht relativ zur Lastrichtung still. Es wirken keine Kräfte, die ihn zum Wandern bringen. Eine lose Passung ist möglich, was vor allem bei Loslagern mit axialer Verschiebung nützlich ist.
- Unbestimmte Lastrichtung: Wechselnde oder unwuchtbedingte Lasten, Stöße oder Vibrationen. Die Last lässt sich nicht genau beschreiben. Besonders bei hohen Lasten besteht Gefahr von Passungsrost. SKF empfiehlt für beide Ringe feste Passungen, in der Regel dieselbe wie bei Umfangslast.
| Betriebsfall | Innenring | Außenring |
|---|---|---|
| Innenring dreht, Außenring steht, Last mit gleichbleibender Richtung (z. B. Welle mit Gewichtslast) | Umfangslast, fester Sitz | Punktlast, lose Passung möglich |
| Innenring steht, Außenring dreht, Last mit gleichbleibender Richtung (z. B. Laufrolle in einer Nabenlagerung) | Punktlast, lose Passung möglich | Umfangslast, fester Sitz |
| Innenring dreht, Last rotiert mit dem Innenring (z. B. Zentrifuge, Schwingsieb) | Punktlast | Umfangslast |
Schwingende Lasten, etwa bei Pleuellagern, gelten nach SKF bei der Passungswahl als umlaufende Lasten.
Weitere Einflussgrößen
- Höhe der Belastung: Der Lagerring verformt sich proportional zur Last. Bei rotierender Innenringlast kann das den Presssitz lockern. Je höher die Last, desto größer muss das Übermaß sein. SKF nennt als Abschätzung
Δ = 2,5 · √(Fr · d / B)mit Δ in µm, d und B in mm sowie Fr in kN. Bei Stoßlasten oder Vibrationen kann ein engerer Sitz nötig sein. - Temperaturunterschiede: Im Betrieb ist der Innenring in der Regel wärmer als die Welle. Dadurch kann sich der Wellensitz lockern, während sich der Außenring ausdehnt und die axiale Verschiebung im Gehäuse behindert. Auch Anlaufvorgänge und Wärme aus Dichtungen können den Sitz lockern.
- Genauigkeit und Drehzahl: Für geringe Durchbiegung und Schwingungen empfiehlt SKF bei Präzisions- und Hochdrehzahlanwendungen feste oder Übergangspassungen.
- Gehäuse und Welle: Dünnwandige Gehäuse oder Hohlwellen erfordern engere Passungen als massive Wellen und Gussgehäuse. Bei geteilten Gehäusen empfiehlt SKF in der Regel lose Passungen, wobei sehr genau gefertigte Gehäuse bis K7 für Übergangspassungen geeignet sind.
- Montage und Demontage: Lose Passungen erleichtern Einbau und Ausbau. Sind für beide Ringe Presssitze erforderlich, kommen zerlegbare Lager oder Lager mit kegeliger Bohrung infrage.
- Lagerluft: Ein Übermaß weitet den Innenring auf und verengt den Außenring. Die Lagerluft nimmt dadurch ab. Das ist bei der Wahl der Lagerluftklasse zu berücksichtigen.
Toleranzen für Wellen- und Gehäusesitze
SKF nennt für Lager mit Normaltoleranz Richtwerte, die auch für P6 gelten. Im Regelfall werden Wellensitze nach IT6 gefertigt, Gehäusesitze nach IT7. Die Rundlauftoleranz beträgt jeweils die Hälfte des IT-Grads (IT5/2 bzw. IT6/2), weil sie als Radiusunterschied angegeben wird.
| Lagertoleranzklasse | Wellensitz | Rundlauf / Planlauf Welle | Gehäusesitz | Rundlauf / Planlauf Gehäuse |
|---|---|---|---|---|
| Normal | IT6 | IT5/2 / IT5 | IT7 | IT6/2 / IT6 |
| P6 | IT5 | IT4/2 / IT4 | IT6 | IT5/2 / IT5 |
| P5 | IT4 | IT3/2 / IT3 | IT5 | IT4/2 / IT4 |
Beispielhafte Werte der IT-Grade nach SKF-Tabelle (Höchstwerte in µm):
| Nennmaßbereich | IT3 | IT4 | IT5 | IT6 | IT7 |
|---|---|---|---|---|---|
| über 18 bis 30 mm | 4 | 6 | 9 | 13 | 21 |
| über 50 bis 80 mm | 5 | 8 | 13 | 19 | 30 |
Wellensitze für Radialkugellager (massive Stahlwelle)
| Lastfall | Wellendurchmesser | Toleranzklasse |
|---|---|---|
| Umfangslast, leichte Belastung (P ≤ 0,05 C) | bis 17 mm | js5 |
| über 17 bis 100 mm | j6 | |
| über 100 bis 140 mm | k6 | |
| Umfangslast, normale bis hohe Belastung (0,05 C < P ≤ 0,1 C) | bis 10 mm | js5 |
| über 10 bis 17 mm | j5 | |
| über 17 bis 100 mm | k5 | |
| über 100 bis 140 mm | m5 | |
| über 140 bis 200 mm | m6 | |
| über 200 bis 500 mm | n6 | |
| über 500 mm | p7 | |
| Punktlast für den Innenring | – | g6 (leichte Verschiebbarkeit), h6 (Verschiebbarkeit unnötig), j6 (nur Axiallast) |
Gehäusesitze für Radiallager (Guss- und Stahlgehäuse)
| Lastfall | Toleranzklasse |
|---|---|
| Umfangslast, hohe Lasten in dünnwandigen Gehäusen oder große Spitzenlasten (P > 0,1 C) | P7 |
| Umfangslast, normale bis hohe Belastung (P > 0,05 C) | N7 |
| Umfangslast, leichte und veränderliche Belastung (P ≤ 0,05 C) | M7 |
| Unbestimmte Lastrichtung, hohe Spitzenlasten | M7 |
| Unbestimmte Lastrichtung, normale bis hohe Last, Verschiebung des Außenrings unnötig | K7 |
| Unbestimmte Lastrichtung, leichte bis normale Last, Verschiebung erwünscht | J7 |
| Punktlast, Lasten aller Art | H7 |
| Punktlast, leichte bis normale Last, einfache Betriebsbedingungen | H8 |
| Punktlast, Wärmedehnung der Welle | G7 |
Für große Lager mit D > 250 mm oder bei Temperaturunterschieden zwischen Außenring und Gehäuse über 10 °C nennt SKF die Klasse G7 statt H7. Bei D > 500 mm gilt entsprechend F7 statt G7. Die Tabellen gelten für Lager mit Normaltoleranz. Für Einsatzfälle ohne Standardbedingungen sind sie nur Ausgangspunkt.
Als Oberflächengüte empfiehlt SKF für geschliffene Sitze bis 80 mm Durchmesser Ra-Richtwerte von 1,6 µm (IT7), 0,8 µm (IT6) und 0,4 µm (IT5). Rauere Sitze glätten sich beim Fügen und verringern dadurch das Übermaß.
Rechenbeispiel: Rillenkugellager 6205
Das Lager 6205 hat die Maße d = 25 mm und D = 52 mm. Die Bohrungstoleranz liegt bei Normaltoleranz bei 0 bis −10 µm, der Außendurchmesser hat laut SKF-Katalog das Abmaß 0 bis −13 µm. Für den Innenring bei Umfangslast und normaler bis hoher Belastung empfiehlt die Tabelle für 17 bis 100 mm die Klasse k5.
| Sitz | Abmaße Sitz | Theoretisches Übermaß (−) bzw. Spiel (+) |
|---|---|---|
| Welle k5 | +11 bis +2 µm | −21 bis −2 µm |
| Welle k6 | +15 bis +2 µm | −25 bis −2 µm |
| Welle m5 | +17 bis +8 µm | −27 bis −8 µm |
| Gehäuse H7 | 0 bis +30 µm | 0 bis +43 µm |
| Gehäuse K7 | −21 bis +9 µm | −21 bis +22 µm |
| Gehäuse M7 | −30 bis 0 µm | −30 bis +13 µm |
Bei k5 beträgt das wahrscheinliche Übermaß nach SKF −19 bis −4 µm. Mit den Abmaßen aus der Tabelle gilt bei Punktlast für den Außenring H7: Er sitzt theoretisch mit einem Spiel zwischen 0 und 43 µm im Gehäuse und lässt sich damit verschieben.
Hohlwelle
Bei Hohlwellen ist die Wirkung eines Übermaßes geringer als bei Vollwellen. Bei einem Durchmesserverhältnis ci = di/d ≤ 0,5 ist die Minderung vernachlässigbar. SKF beschreibt für größere Verhältnisse ein Vorgehen mit Diagramm: Ein Lager 6208 (d = 40 mm, D = 80 mm) auf einer Hohlwelle mit ci = 0,8 erhält statt k5 (mittleres wahrscheinliches Übermaß 13,5 µm) die Klasse m6, weil das erforderliche Übermaß 1,7 × 13,5 ≈ 23 µm beträgt.
Auswahl in der Praxis: Praxistipps
- Zuerst den Lastfall klären: Welcher Ring dreht relativ zur Lastrichtung? Dieser Ring erhält den festen Sitz.
- Lagertoleranzklasse berücksichtigen: Die Standardtabellen gelten für Normaltoleranz und P6. Für P5 und höhere Genauigkeit sind engere Form- und Lagetoleranzen der Sitze nötig.
- Konkrete Toleranzwerte nachschlagen: Die Toleranzklasse allein reicht nicht. Die tatsächlichen Abmaße hängen vom Durchmesser ab. Maßgeblich sind die Herstellertabellen mit den Passungen für den Nenndurchmesser. Maße für Rillenkugellager stehen in der Tabelle der Rillenkugellager.
- Form- und Lagetoleranz festlegen: Die SKF-Toleranzklassen gelten mit Hüllbedingung (ISO 14405-1). Die Rundlauftoleranz beträgt die Hälfte des IT-Grads.
- Spiel und Temperatur mitdenken: Bei starkem Temperaturgefälle oder großen Lagern sind die Abweichungen in den Fußnoten der Tabellen zu beachten.
Häufige Fragen
Was bedeutet eine Passung k5 bei Wellen?
k5 bezeichnet ein Toleranzfeld mit dem Grundabmaß k und dem IT-Grad 5. Bei einer Wellenbohrung von 18 bis 30 mm liegt das Abmaß bei +2 bis +11 µm. Zusammen mit der Bohrungstoleranz des Lagers ergibt sich ein Übermaß.
Welche Passung gilt für das Gehäuse bei einem Standardlager?
Bei Punktlast für den Außenring nennt SKF H7 für Lasten aller Art. Bei Umfangslast sind N7 oder M7 üblich, abhängig von der Höhe der Last.
Warum braucht der Innenring meist einen festen Sitz?
In den meisten Anwendungen rotiert die Welle mit konstanter Lastrichtung. Der Innenring hat dann Umfangslast. Ohne Übermaß würde er auf der Welle wandern, was Passungsrost und Verschleiß verursacht.
Was ist der Unterschied zwischen Punktlast und Umfangslast?
Bei Punktlast steht der Ring relativ zur Lastrichtung still, bei Umfangslast dreht er relativ zu ihr. Nur bei Umfangslast ist ein fester Sitz zwingend.
Gelten die Tabellen auch für P5-Lager?
Die Empfehlungen sind für Lager mit Normaltoleranz ausgelegt und gelten laut SKF auch für P6. Bei P5 sind engere Sitztoleranzen nötig (Wellensitz IT4, Gehäusesitz IT5).
Wie rau darf ein Lagersitz sein?
Für geschliffene Sitze bis 80 mm nennt SKF Ra 1,6 µm bei IT7, 0,8 µm bei IT6 und 0,4 µm bei IT5. Die Rauheit beeinflusst, wie stark sich die Fläche beim Fügen glättet und das Übermaß verringert.
Quellen und weiterführende Informationen
- SKF: Rolling bearings – Katalog PUB BU/P1 17000/1 EN, Abschnitte Tolerances und Bearing interfaces
- Schaeffler: Katalog HR 1 Wälzlager, Kapitel Gestaltung der Lagerung, Passungsempfehlungen
- ISO: ISO 286-1 – ISO-Toleranzsystem für Längenmaße, Teil 1: Grundlagen für Toleranzen, Abmaße und Passungen
- ISO: ISO 286-2 – Tabellen der Grundtoleranzgrade und Grenzabmaße für Bohrungen und Wellen
- ISO: ISO 492 – Wälzlager, Radiallager, Toleranzwerte (GPS)
