Toleranzhülsen in zahlreichen Ausführungen

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Dr. Erich TRETTER GmbH + Co.

Übertragung von definierten Drehmomenten

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 Newtonmeter bei einem Wellendurchmesser von 50 Millimetern oder 1.300 Newtonmeter bei einem Wellendurchmesser von 100 Millimetern erreicht werden. Sind mehrere Toleranzhülsen auf einer Welle montiert, addieren sich die Drehmomente. Eine einfache Anpassung für unterschiedliche Belastungen ist deshalb möglich.

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 haben wir drei Bauteile (Welle, Toleranzhülse und Nabe), die alle maßliche 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 von Wälzlagern

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 Beispiele 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.

Toleranzhülsen aus herkömmlichem Federstahl können Dauertemperaturen von 120 Grad Celsius standhalten, ohne dass die Federeigenschaften beeinträchtigt werden. Kurzzeitig sind auch 170 Grad Celsius möglich. Bei rostfreien Toleranzhülsen aus austenitischen Spezialstählen sind sogar 250 oder gar 300 Grad Celsius 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 Prozent und statisch 20 Prozent 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.

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