053-Passungssystem
Die Episode
Transkript
Es ist Zeit für ein wenig Fertigungstechnik.
Im Institut ist Sommerzeit und ein paar der forschenden Mitarbeiter sind zum Skateboardfahren in die nahegelegene Skate-Halle gefahren. Da eines der Skateboards (sieht aus wie Opa´s Dachbodenfund aus den 70ern) schon in die Jahre gekommen ist, sitzt ein Kugellager fest. Gangbar machen oder austauschen? Da es ein Verschleißteil ist, habe ich mir mal die Frage gestellt, wie sieht es eigentlich mit den Toleranzen bei einem Kugellager aus?
Zunächst einmal der Aufbau eines Standardkugellagers für Skateboards. Die Dinger heißen 608 ZZ und sind Radialkugellager. Kosten tun sie von wenigen Cent bis zu mehreren Euro das Stück. Dabei gibt die Zahl 608 die Größe laut einer Liste der DIN 625-1 an. Hier sind das 8mm im Innenring, 22mm am Außenring und 7mm Breite. Wir haben einen Innenring, dann kommen die Kugeln, fein sortiert in einem Käfig und dann den Außenring, wo letzten Endes die Gummirolle drauf ist. Das ZZ steht für die beidseitigen Metallabdeckungen gegen Schmutz. Diese Kugellager gibt es in den verschiedensten Qualitätsstufen. Da gibt es die ABEC-Qualitätsstufe, das Material (z.B. Stahl oder Keramik) und verschiedene Abdeckungen zur Auswahl. Was bei allen gleich ist, sind die äußeren Abmessungen. Da es ein Kaufteil ist, nimmt man hier gern den Standard z.B. bei der Innenbohrung die H-Passung. Was einem weiteren System, nämlich der Einheitsbohrung entspricht.
Klingt kompliziert. Wollen wir das ganze mal aufdröseln. Gehen wir erstmal auf die Passungen ein. Wir nehmen dafür als Beispiel den Innenring, der nachher auf die Welle der Achse des Skateboards gesteckt wird. Dieser hat im Nenndurchmesser 8mm. Wir schreiben die Passung als 8H6 aus. Dabei steht die 8 für den Nenndurchmesser, also die 8mm. Der Buchstabe (Er geht von A-Z und ist hier ein H) steht für das Toleranzfeld und die letzte Zahl (die 6) steht für die Toleranzklasse, also die Genauigkeit. Sie geht von 1-18, wobei 18 ungenauer ist. Demnach ist 1 sehr genau.
Um das im Kopf als Bild zu malen, zeichnen wir eine Linie von links nach rechts. Das soll unser Nennmaß sein. Zeichnen wir die Linie etwas höher, so hätten wir eher 9mm, weiter unten wären es 7mm. Die Mitte soll also 8mm sein.
Nun Zeichnen wir einen Kasten über diese Linie. Das ist unser Toleranzfeld. Dieser Kasten kann oberhalb, direkt an der Linie, oder auch unterhalb der Linie liegen. Das ist der Buchstabe von unserer 8H6 Passung. Ein A wäre weit über dem Nennmaß, das H Sitzt direkt an dem Nennmaß und geht nach oben, J liegt eher mittig auf dem Nennmaß und alle weiteren Buchstaben bis Z sind unterhalb des Nennmaßes.
Die letzte Zahl, also die 6 aus dem 8H6 sagt aus, wie groß also hoch der Kasten des Toleranzfeldes ist. Diese Toleranzen spielen sich im Mikrometerbereich ab. 8H6 sagt aus, dass unsere Toleranz von 8,000mm bis 8,009mm geht. 9µm. Das ist sehr wenig. Unser menschliches Haar hat als Beispiel ca. 60µm Durchmesser. Ein Blatt Papier ist 100µm dick. 1mm sind 1000µm.
Da es sich um ein genormtes Kaufteil handelt, sind die Kugellager hier alle gleich. Dein Skateboard Hersteller muss nun also die Achse vom Skateboard entsprechend dimensionieren. Und das sollte für dich als Kunden passen. Du willst z.B. wie bei unserem Fall, das alte Lager gut und ohne Werkzeug abbekommen, falls es mal verrostet oder kaputt ist. Du willst aber nicht, dass das neue Lager auf der Welle klimpert und dein Skateboard danach rollt wie auf rohen Eiern. In der Technik definieren wir die Passung in drei Bereiche. Die Spielpassung (dein Kugellager würde auf der Welle klappern), die Übergangspassung (dein Lager Sitz schon fest, du bekommst es aber per Hand auf die Welle) und die Übermaßpassung (Bombenfest). Gedanklich würden wir also eine Übergangspassung nehmen. In Wirklichkeit wird es wohl eher eine sehr leichte Spielpassung sein. Das sind aber nur Nuancen zwischen der Übergangs- und der Spielpassung. Alse wenige µm. Du wirst kein Blatt Papier, geschweige denn ein Haar dazwischen bekommen. Nein auch kein gesplissenes Haar. Bei unserem gedanklichen Schaubild wäre der Kasten des Toleranzfeldes für den Innenring des Kugellagers vom Nennmaß (8mm), bis 9µm über dem Nennmaß und der Kasten von unserer Welle würde wohl vom Nennmaß nach unten für wenige µm gehen.
Das Herstellen einer solchen Welle geht übrigens hervorragend mit einem Drehbearbeitungszentrum, wie dem des IPT, denn hier kann man das Werkzeug fast µm-genau an die Welle führen und auf das gewünschte Maß bringen.
Falls du dich nun noch fragst, was die ABEC-Einteilung eines Kugellagers ist, das ist die Toleranz der Teile des Kugellagers zueinander. Z.B. der Halbschale, in der die Kugeln des Lagers laufen. ABEC 7 oder 9 ist besonders genau. Deine Muskelkraft wird daher effizienter in eine Drehbewegung umgewandelt. Du spürst das in einer geschmeidigeren Bewegung nach vorn.
Funfakt: Die Kollegen des IPT haben Ihre Skateboard-Tour überlebt. Bis auf ein paar blaue Knie scheint alles dran geblieben zu sein.
geschrieben von Hendrik Mietzner
eingesprochen von Hendrik Mietzner
