Die Anwendungsbereiche für Passplatten, Schichtblechteile, Unterlegbleche und Zwischenlagen sind vielfältig. Hauptsächlich werden die Justierelemente im Maschinen- und Anlagenbau sowie der Instandhaltung von Produktionsanlagen eingesetzt. Passelemente finden ferner Anwendung im Getriebebau, der chemischen Industrie, der Luft- und Raumfahrt, Papierindustrie, im Hochbau oder auch beim Bau von Wind- und Wasserkraftanlagen Verwendung. Überall dort, wo Anlagen, Turbinen, Maschinen und Motoren horizontal oder vertikal ausgerichtet und justiert werden müssen, kommen die massiven oder geschichteten Unterlegbleche und Zwischenlagen zum Einsatz.
Bei der Einstellung des Axialspiels in Motoren und Getrieben handelt es sich um Justierungen im hundertstel Millimeter Bereich. Hier reichen standardisierte Lösungen, wie zum Beispiel einfache massive Passscheiben, meist nicht aus. Aus diesem Grund werden in diesem Anwendungsbereich meist schälbare, also in der Stärke flexibel anpassbare Passelemente (Shims) eingesetzt.
Bild 2 Christoph Martin: „Die Frage der Positionierung der Passelemente zur axialen Spieleinstellung der Wälzlager sollte bereits in der Konstruktion beantwortet werden. Ideale Einbaustellen sind quasi-statische Situationen wie man sie etwa zwischen Gehäuse und Deckel findet.“ Foto: Georg Martin GmbH
Axialspiel als wichtiger Faktor für Vibrations- verhalten und Lebensdauer
Die richtige Vorspannung einer Wälzlagerung und das genaue Fixieren der Lagerluft sind bei vielen Lagertypen und ihrer paarweisen Verwendung typische Fälle, in denen das Axialspiel ein entscheidender Qualitätsfaktor ist. Viele Wälzlager-Hersteller verweisen darauf, dass die Einstellung des axialen Spiels insbesondere beim einzelnen oder satzweisen Einbau von einreihigen Kegelrollenlagern, ein- und zweireihigen Schrägkugellagern und Vierpunktlagern von hoher Relevanz ist. Sie wird als wichtiger Parameter für das Vibrationsverhalten sowie die Geräusch- und Wärmeentwicklung und damit letztlich für die Lebensdauer von Wälzlager-Applikationen im Fahrzeugbau, in der Bahntechnik, in der Luftfahrttechnik und vielen anderen Anwendungsbereichen beschrieben. Eng damit verbunden ist auch das Thema des präzisen Ausrichtens von Wellen (Alignment) bei Montage und Instandhaltung von Antriebssystemen im Maschinen. und Anlagenbau. Das genaue Ausrichten von Wellen zueinander oder zwischen einem Antrieb und einem anzutreibenden Aggregat ist wichtig – können so doch sehr viele Maschinenschäden schon im Ansatz vermieden werden. Dies geschieht im Allgemeinen durch horizontales Ausrichten von Lagerblöcken oder Maschinenfüßen. Mit Laserausrichtgeräten (z. B. Fa. Prüftechnik) können solche Ausrichtvorgänge bis auf wenige Hundertstel-Millimeter genau vorgenommen werden.
Bild 3 Die Realisierung definierter Vorspannungen und das Fixieren der Lagerluft erfolgen bei der Montage vieler Wälzlagertypen mit den Passringen der Typen M-Tech P und M-Tech L der Georg Martin GmbH. Foto: Georg Martin GmbH
Wichtiges Thema auch für Getriebehersteller
Die Georg Martin GmbH, Dietzenbach, ist ein bekannter deutscher Hersteller von Passscheiben und Ausgleichselementen. Das Unternehmen unterstützt auch die Konstrukteure namhafter Getriebebauer bei der Auslegung und Auswahl der geeigneten Passelemente für die axiale Spieleinstellung in der Wälzlagermontage. Das Unternehmen versorgt seine Kunden mit anwendungsspezifisch konfigurierten Passringen, Distanzscheiben, Schälblechen und Zwischenlagen und deckt das Optimierungspotenzial auf, das sich mit der prozessorientierten Anwendung dieser Ausgleichselemente nutzen lässt.
Bereits der Konstrukteur ist gefragt
Eingesetzt werden hauptsächlich Passelemente aus Stahl, Edelstahl, Aluminium und Messing. Randverschweißte oder laminierte Passringe der Produktlinien „M-Tech P“ und „M-Tech L“ der Georg Martin GmbH lassen sich je nach Ausführung und Variante bis auf 0,005 mm genau per Hand abziehen oder abschälen. Firmenchef Christoph Martin: „Integriert bereits der Konstrukteur eines OEM diese ‚Peel Shims‘ in seine Zeichnung, so reduziert das den Aufwand für alle vor- und nachgelagerten Prozesse in Einkauf, Montage und MRO. Wird außerdem eine bedarfsorientierte Verknüpfung mit der Stückliste angelegt – wir empfehlen hier das Prinzip ‚One-Joint-One-Shim‘ – gewinnt die Wälzlager-Montage enorm an Effizienz und kann sogar ortsunabhängig ausgeführt werden.“
Bild 4 Je nach Variante lassen sich die randverschweißten (links) oder laminierten (rechts) Passringe der Typen M-Tech P und M-Tech L bis auf 0,005 mm genau abziehen oder abschälen. Foto: Georg Martin GmbH
Entlastung der Fertigung
Oft entfällt dann auch die Notwendigkeit des mechanischen Toleranzausgleichs komplett. Anders ausgedrückt: Anwender können auf den Einsatz teurer Bearbeitungsmaschinen verzichten und schaffen damit alle damit verbundenen Probleme wie etwa Wartezeiten zwischen Vor- und Fertigmontage, Standort- und Wegefragen und Ausschuss aus dem Weg. Zudem lässt sich der Personaleinsatz reduzieren.
Vereinfachter Montageprozess
Die anwendungsspezifische Feinabstimmung der Passelemente bringt viele Vorteile. Sowohl die Dicken als auch die Materialien der abzieh- oder abschälbaren Folien der M-Tech-Passringe lassen sich kunden- und projektorientiert mit hoher Genauigkeit auf verschiedene Anforderungen der axialen Spieleinstellung in der Montage von Wälzlager-Baugruppen anpassen. Die Passelemente-Verbünde lassen beispielsweise so gestalten, dass sich der gesamte Montageprozess mit einem einzigen mehrschichtigen Passelement schnell und hochpräzise abdecken lässt. Der Firmenchef: „Hersteller von Antriebssystemen für die Fahrzeug-, Bahn- und Luftfahrttechnik erkennen dies als wesentlichen Beitrag zur praktischen Umsetzung von Lean-Kriterien in ihren Prozessketten. Zumal sich dadurch auch der Aufwand im Einkauf reduziert, denn er muss nun nicht mehr Dutzende unterschiedlicher Ausgleichselemente beschaffen, sondern lediglich eine kleine Anzahl flexibler Passringe oder Passring-Verbünde. Wo weniger Teile im Umlauf sind, sinkt auch der Aufwand für Lagerhaltung, Bestandskontrolle und damit verbundene Nebenarbeiten.“
Bild 5 Maßgeschneidert und vielseitig: Einsatzfertiges Kofferset mit Alignment Shims von Martin. Foto: Georg Martin GmbH
Die Positiveffekte von flexiblen Passringen wirken bis weit hinein in den MRO-Bereich – insbesondere bei konsequentem Einsatz. Wo und wann immer hier die Einstellung des Axialspiels der Wälzlager oder der Vorspannung von Lagersätzen aus Gründen der Instandhaltung auf dem Plan steht, lässt sich dies schnelle und einfach vor Ort mit Passelementen erledigen. Ebenso wie bei der Erstausrüstung, muss auch im MRO- Bereich keine große Auswahl unterschiedlicher Distanzscheiben bereitgehalten werden.
Auch die Grenzen berücksichtigen
Sieht man von den Vorteilen ab, die der Einsatz randverschweißter und laminierter Passelemente im Rahmen der Wälzlager-Montage und -Instandhaltung mit sich bringt, sind stets auch gewisse Grenzen zu berücksichtigen. Einerseits hat die Einstellung des Axialspiels nicht bei jedem Wälzlagertyp eine so hohe Relevanz wie dies beim Einbau von Kegelrollen- und Schrägkugellagern der Fall ist; andererseits spielt die Verwendung von Distanzscheiben bei manchen Anstellarten keine Rolle – z. B. beim Vorspannen über Gewinde oder bei der Federvorspannung mit Blatt- oder Spiralfedern. Auch die besonderen Anforderungen des jeweiligen Einsatzfalls sollten immer beachtet werden. Für Anwendungsfälle mit High-Speed-Rotationen und hoher Vibrationsneigung beispielsweise sind federnde Ausgleichselemente oft die bessere Wahl, während sich Distanzringe und Passscheiben unter anderem bei Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Lagersteifigkeit als optimal erweisen.
Kleines Vokabular zur Wälzlager-Montage
Lagerluft:
Lagerluft beschreibt das Spiel, um das sich die beiden Ringe eines nicht eingebauten Wälzlagers gegeneinander verschieben lassen. Hier wird zwischen radialer und axialer Lagerluft differenziert. Die Radialluft wird senkrecht zur Mittelachse des Lagers gemessen, die Axialluft an der Mittelachse. Zudem unterscheidet man zwischen der Lagerluft vor dem Einbau und der Lagerluft in einem eingebauten Lager unter Betriebsbedingungen. Die anfängliche Lagerluft vor dem Einbau ist größer als das Betriebsspiel, weil die unterschiedlichen Presspassungen und Wärmedehnungen der Lagerringe und der zugehörigen Komponenten ein Ausdehnen oder Schrumpfen der Ringe bewirken. Das Lagerspiel wird klassifiziert nach den Nachsetzzeichen CN bis C5.
Anstellen:
Anstellen meint sowohl das Vorspannen einer Lagerung als auch das Einstellen der Lagerluft.
Vorspannung:
Vorspannung beschreibt die ohne äußere Belastung in Bauteilen vorhandene mecha- nische Spannung, die in der Produktion oder der Montage mit dem Ziel angelegt wird, im Last- bzw. Betriebsfall ein bestimmtes Verhalten zu erreichen.
Beispiel: Lagerung von Ritzelwellen in Automotive-Getrieben
Ein ganz typisches Beispiel hierfür ist die Lagerung von Ritzelwellen in Automotive-Getrieben. Außerdem ist auch die Fragestellung nach dem konkreten Einbauort des Passelements wichtig: Zwischen der Wellenschulter und dem inneren Lagerring? Zwischen der Gehäuseschulter und dem äußeren Lagerring? Zwischen der Flanschbüchse und dem Gehäuse? Und beim satzweisen Einbau zwischen den Innenringen beider Lager? Firmenchef Christoph Martin: „Diese Positionsfragen sollten bereits in der Konstruktion beantwortet werden. Ideale Einbaustellen für flexible, geschichtete Passelemente sind quasi-statische Situationen wie man sie etwa zwischen Gehäuse und Deckel findet. Der Deckel erzeugt dann über einen Flansch die Vorspannung auf dem Wälzlageraußenring.“
Fazit: Passelemente bieten eine flexible, praxisgerechte und zudem kostensparende Möglichkeit zur exakten Einstellung des Axialspiels bei Wälzlagerungen. Standzeit, Geräuschemission und Vibrationsverhalten lassen sich damit verbessern.
