German Dutch English French Italian Japanese Portuguese Russian Spanish
Logo 2014
  • Messespecial zur Motek

    Wir stellen Ihnen schon heute die Neuheiten vor, die auf der Motek im Oktober in Stuttgart zu sehen sein werden.

    Weiterlesen
  • Top Ten

    Hier finden Sie alle meistgelesenen Beiträge im Monat, im Jahr von 2010 bis heute

    Weiterlesen
  • Konfiguratoren

    Online-Produktfinder und -Tools zur Berechnung und Auslegung von Produkten für Ihre Konstruktion

    Weiterlesen
  • 1
Freitag, September 22, 2017
top ten
konfiguratoren
Fachgebiete Icon Special Icon Messen Icon Interview Icon Webcasts Icon
Literatur Icon News Icon Karriere Icon Veranstaltungen Icon Newsletter Icon

Titelstory

Toleranzhülsen – auch Toleranzringe genannt – gelten als kostengünstige Welle-Nabe-Verbindung. Entwickelt wurden sie, um einen lösbaren Festsitz zwischen Welle und Bohrung zu erzeugen. Vor gut 30 Jahren erkannte die Dr. Erich Tretter GmbH + Co. in Rechberghausen bei Göppingen die Vorteile dieser Maschinenelemente. Heute bietet das Unternehmen Toleranzhülsen in zahlreichen Ausführungen an. Sie erweisen sich als wahre Alleskönner.



Toleranzhülsen lassen sich als kraftschlüssige Verbindungselemente vielseitig einsetzen. Sie sind einfach zu handhaben und dabei sehr wirtschaftlich. Denn gegenüber Press- und Klebeverbindungen lassen sich Verbindungen mit Toleranzhülsen wieder lösen. Bei diesen Bauelementen handelt es sich um geschlitzte Blechhülsen, in die Sicken wie Wellenberge eingeprägt sind. Als Material dient Federstahl mit einer Härte von etwa 55 HR. Die Toleranzhülse sitzt im Spalt zwischen Lagerbohrung und Welle. Für Halt sorgen die Wellenberge im Federstahl: Durch ein Übermaß der Toleranzhülse werden die Wellenberge elastisch verformt, wodurch ein Kraftschluss zwischen Lager und Welle entsteht. Formschlüssige Verbindungen wie Passfedern oder Vielkeilwellen sind in ihrer Herstellung aufwändiger und damit kostenintensiver als Toleranzhülsen. Dazu kommt, dass bei formschlüssigen Verbindungen häufig eine Kerbwirkung entsteht, welche die Dauerfestigkeit bei schwellender Belastung und bei Wechsellast deutlich herabsetzt.

Drehmomente bis 1300 Nm

Im Prinzip sind für eine Verbindung nur eine glatte Welle und eine glatte Bohrung erforderlich. Trotz diesem einfachen Aufbau können bei üblichen Toleranzhülsenabmessungen Drehmomente von beispielsweise 200 Nm bei einem Wellendurchmesser von 50 mm oder 1300 Nm bei einem Wellendurchmesser von 100 mm erreicht werden. Sind mehrere Toleranzhülsen auf einer Welle montiert, addieren sich die Drehmomente. Eine einfache Anpassung für unterschiedliche Belastungen ist deshalb möglich.

Für Toleranzhülsen gibt es verschiedene Anwendungsgebiete. Sie werden eingesetzt, um bestimmte und unbestimmte Kräfte sowie bestimmte Mindest- und Höchstkräfte zu übertragen. Zum Einsatz kommen sie auch bei Wälzlagern. Anwendungen, bei denen die Verbindung keine definierte Kraft erfordert, sind zum Beispiel Befestigungen für Lüfter-, Resolver- und Riemenscheiben bei Elektromotoren oder auch einfache Einsatzfälle wie Befestigungen von Bediengriffen, Armlehnen- und Federrohren bei Sitzmöbeln sowie die drehbare Verbindung zwischen Ober- und Unterteil von Winkelsteckern für Servoantriebe. Spielt die Kraftübertragung eine Rolle, werden Toleranzhülsen zum Beispiel in Schwung- oder Zahnrädern in der Antriebstechnik eingesetzt.

Haftreibung ermitteln

Da sich wie bei jeder Feder auch die Kräfte der Toleranzhülsen berechnen lassen, kann ihre Haftreibung ermittelt werden. Toleranzhülsen können somit theoretisch definierte Kräfte übertragen. Dieses Element kann deshalb nicht nur der Verbindung dienen, sondern auch als Rutschkupplung wirken. Werden beispielsweise in der Antriebstechnik die Belastungen zu hoch, lässt sich auf Seiten des Antriebs ein Motorschaden verhindern, indem die Toleranzhülse zu rutschen beginnt. Interessant ist dieser Effekt auch im Lenksystem eines Fahrzeugs als Diebstahlschutz. Beim Versuch, mit einem kräftigen Ruck am Steuer das Schloss zu knacken, rutscht die Lenkspindel durch und der Schließbolzen wird nicht beschädigt. Damit stellen Toleranzhülsen prinzipiell eine Art Sicherheits- oder Überlastkupplung dar. Hier muss beachtet werden, dass die Oberflächen, der als Rutschkupplung zu verbindenden Teile gehärtet und geschliffen sind, um ein sicheres Gleiten zu gewährleisten. In der Praxis gibt es drei Bauteile (Welle, Toleranzhülse und Nabe), die alle maßlichen Toleranzen haben, Oberflächentoleranzen und stoffliche Toleranzen. Deshalb sind Katalogangaben zu den übertragbaren Drehmomenten als Mindestanforderungen zu sehen. Zum Einsatz als Überlastsicherung ist aber unbedingt der Hersteller zu befragen.

Problemlöser für den Festlagersitz

Historisch gesehen war ein Ausgangspunkt für die Entwickung der Toleranzhülse das Problem des Festlagersitzes von Wälzlagern bei Serienprodukten. Da in früheren Zeiten die Fertigungstechnologie noch nicht so fortgeschritten war, wie seit der Einführung der NC-Maschinen, war es nicht möglich, kostengünstig die engen Toleranzen, die ein Festsitz benötigt, sicher einzuhalten. Dieses Problem konnte mit der Toleranzhülse gelöst werden, da sie als Federelement auch gröbere Toleranzen überbrückt.

Durch den Fortschritt in der Fertigungstechnologie stellen Lagersitze kein Problem mehr dar. Trotzdem kommen auch in diesen Fällen wieder vermehrt Toleranzhülsen zum Einsatz und zwar deshalb, weil immer öfter Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden werden – damit bei Wärmeentwicklung keine Probleme auftreten. Als Beispiel seien erwähnt Stahllager in Aluminiumgehäusen oder Keramiklager in der Pumpentechnologie. Hier können aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnungen leicht Störungen auftreten, da die Pumpenwelle meist aus Stahl oder Messing hergestellt ist. Die Toleranzhülsen trotzen starker Wärmeentwicklung. Durch die Federkraft ist eine Verbindung stets garantiert – weder lockert sich die Welle, noch kann es zum Verlust der Sitzkraft und damit zum „Wandern“ des Lagers kommen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Toleranzhülse bei hohen Temperaturen genug Vorspannung zum zuverlässigen Halt des Gleitlagers bieten muss. Und dies gilt auch bei niedrigen Temperaturen. Denn der Spalt zwischen Lager und Welle ist bei niedrigen Temperaturen geringer. Die Vorspannung darf aber auch nicht zu hoch werden, weil insbesondere Keramik sehr empfindlich auf Zugspannung reagiert. Deshalb kommen in diesem Fall oft Sondertoleranzhülsen zum Einsatz, die einen größeren Federweg und eine weichere Abstimmung besitzen.

Herkömmlicher Federstahl

Toleranzhülsen aus herkömmlichem Federstahl können Dauertemperaturen von 120 °C standhalten, ohne dass die Federeigenschaften beeinträchtigt werden. Kurzzeitig sind auch 170 °C möglich. Bei rostfreien Toleranzhülsen aus austenitischen Spezialstählen sind sogar 250° oder gar 300 °C möglich. Der glatte Rand der Toleranzhülse führt zu einer Versteifung, so dass sie sich unter Belastung nicht längt, sondern die Sicken selbst als steife Federn wirken. Der zulässige Federweg beträgt dynamisch etwa 16 %und statisch 20 % der Sickenhöhe. Dieser Federweg darf durch den Einbau und durch die Einfederung infolge von Querkräften nicht überschritten werden. Die Toleranzhülse als federndes Zwischenelement sorgt somit für einen ausreichenden Sitz des Lagers sowie für einen Ausgleich von Mittenversatz oder von vorhandenen Winkelfehlern.

Toleranzhülsen gibt es sowohl für das System Einheitswelle als auch für das System Einheitsbohrung. Beim System Einheitswelle ist der glatte Rand der Toleranzhülse außen, also zur Bohrung hin. Im Anlieferzustand klafft der Spalt der Hülse auseinander. Zur Montage wird der Toleranzring in die Bohrung eingelegt, der Spalt schließt sich und die Welle wird gefügt. Für diese Toleranzhülsen wird die Bezeichnung AN verwendet. Beim System Einheitsbohrung befindet sich der glatte Rand der Toleranzhülse zur Welle hin. Im Anlieferungszustand überlappt sich der Spalt der Hülse. Zur Montage wird der Toleranzring auf die Welle geschoben, die Überlappung verschwindet. Die Welle wird dann samt Toleranzhülse in die Bohrung gefügt. Für diese Toleranzhülsen wird die Bezeichnung BN verwendet. Darüber hinaus gibt es noch die Form AL oder ANL – die leichteste Ausführung der Form AN zur Lagerung des Außenrings kleiner Wälzlager.

Freier und zentrierter Einbau

Der Einbau der Toleranzringe kann im sogenannten „freien Einbau“ als auch im „zentrierten Einbau“ erfolgen. Der freie Einbau stellt die einfachste Einbauart dar. Sie wird angewendet, wenn gewährleistet ist, dass die radiale Belastung auch bei eventuell zusätzlich auftretenden Laststößen nicht über das zulässige Maß der Radialbelastung der verwendeten Hülse hinaus geht. Da dieser Einbau unter Verwendung von glatten, durchgehenden Wellen und Bohrungen erfolgt, muss mit einem Mittenversatz, dessen Größe von dem jeweils verwendeten Ring abhängig ist, gerechnet werden. Es gibt bestimmte Anwendungsfälle, bei denen man von der Elastizität der Verbindung Gebrauch macht und die demzufolge nur durch den freien Einbau gelöst werden können. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn Kippkräfte federnd kompensiert, Mittenversetzungen oder Fluchtfehler ausgeglichen werden sollen.

Beim zentrierten Einbau wird die AN-Hülse in eine Nut in der Bohrung und die BN-Hülse in eine Nut der Welle eingelegt. Die Nutbreite muss dabei so gewählt werden, dass zu beiden Seiten noch genügend „breite Schultern“ an der Bohrung oder der Welle verbleiben. Diese Schultern gewährleisten, je nach der gewählten Passung zwischen Bohrung und Welle, eine mehr oder weniger genaue Zentrierung. Auch in Bezug auf die Montage ist dieser Einbau zumindest in vielen Fällen vorteilhafter, da sich der in die Nut eingelegte Ring an deren Seitenflächen abstützen kann und somit eine Deformierung aufgrund von Verkanten vermieden wird. Beim freien Einbau ist durch geeignete Maßnahmen immer dafür zu sorgen, dass sich die Toleranzhülse an einer Anlagefläche entgegen der Einpressrichtung abstützen kann.

Neben drei Bauformen, die die verschiedenen Einbau- und Montagesituationen berücksichtigen, sind die Toleranzhülsen des Herstellers serienmäßig in Kohlenstoffstahl und in Nirostahl ab Lager erhältlich. Als Katalogware sind die Produkte auch in kleinen Stückzahlen sowie auf Kundenwunsch erhältlich.


weiterer Beitrag des Herstellers         Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Fachmessen im Überblick

Messekalender

Mo Di Mi Do Fr Sa So
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Datum : Donnerstag, 14. September 2017
15
Datum : Freitag, 15. September 2017
16
Datum : Samstag, 16. September 2017
17
Datum : Sonntag, 17. September 2017
24
Datum : Sonntag, 24. September 2017
25
26
29
30

Nächste Veranstaltungstermine

Di Sep 26 Kompakt Forum: Robotik und Handhabungslösungen Veranstalter: Mitsubishi Electric
Di Sep 26 @09:30 Funk als Trendthema in der Intralogistik und Industrie – Roadshow Veranstalter: Steute
Do Sep 28 @09:30 Funk als Trendthema in der Intralogistik und Industrie – Roadshow Veranstalter: Steute
Do Okt 05 Kompakt Forum: Motion Lösungen Veranstalter: Mitsubishi Electric
Do Okt 05 Kompakt Forum: Netzwerktechnik CC-Link IE Field Veranstalter: Mitsubishi Electric
Do Okt 05 @09:30 Funk als Trendthema in der Intralogistik und Industrie – Roadshow Veranstalter: Steute