Alles over lagerpassingen: zo kies je de juiste passing

Wat is een passing?

In de werktuigbouwkunde verwijst passing naar de speling of klem die ontstaat wanneer twee onderdelen op elkaar passen. Afhankelijk van de toepassing bepaalt u of een losse-, overgangs- of vaste passing nodig is. Bij een losse passing is er altijd ruimte (speling) tussen as en gat, zodat de onderdelen vrij ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Een overgangspassing zit daartussenin: de tolerantiezones overlappen zodanig dat er soms lichte speling en soms lichte klem ontstaat, de delen passen schuivend in elkaar. Een perspassing (vaste passing) betekent dat de as iets groter is dan het gat, dus er is geen speling. Een kogellager kan op twee manieren gemonteerd worden: dit kan door het lager rondom een as of in een behuizing te persen of thermisch te vergroten. De onderdelen worden dan sterk met elkaar verbonden die niet handmatig gedemonteerd kunnen worden.

Belastingtypes op lagerringen

Bij het bepalen van de passing voor een kogellager bepaal je eerst hoe de lagerringen belast worden. Dit kan op drie manieren: roterende belasting, stilstaande belasting en onbepaalde belasting op een ring.

• Bij een roterende belasting draait de lagerring ten opzichte van de richting van de belasting, of omgekeerd: de ring staat stil terwijl de belastingrichting rond de ring roteert. In beide gevallen “loopt” de belasting rondom de omtrek van de ring – dit noemen we ook wel omloopbelasting. Een typisch voorbeeld is een binnenring op een roterende as met een vaste buitenbelasting (zoals zwaartekracht): de binnenring draait, maar de belasting (bijv. omlaag gericht gewicht) blijft in de ruimte constant, waardoor de binnenring over 360° belast wordt.
   
• Bij een stilstaande belasting blijft de richting van de belasting ten opzichte van de ring constant. Dit is het geval wanneer de ring niet beweegt ten opzichte van de belastingrichting, bijvoorbeeld: een lagerring die stilstaat in een stilstaande belastingrichting, of een ring die meedraait met de belasting. In zo’n situatie werkt de kracht continu op dezelfde plek van de ring – de belasting “lokaliseert” zich.
   
• Onbepaalde belasting treedt op wanneer de richting en/of grootte van de belasting varieert, zoals bij trillingen, stootbelastingen of oscillerende bewegingen. Hierbij is het onduidelijk waar de belasting op de ring precies komt of wisselt dit steeds, waardoor we uit veiligheid vaak moeten ontwerpen alsof de belasting rondloopt.
   

Waarom is dit belangrijk voor de passing? Omdat een omloopbelasting de neiging heeft de ring te doen walsen of kruipen op zijn zitting als de passing te los is, wordt bij een roterende belasting altijd een vaste (klem)passing geadviseerd. Omgekeerd kan bij een lokale (stilstaande) belasting een losse passing volstaan, omdat de ring niet probeert weg te lopen. Samengevat: als een lagerring draait ten opzichte van de belastingrichting, kies een vaste passing; staat een ring stil ten opzichte van de belasting, dan kan een losse passing worden gebruikt. Deze vuistregel is van grote invloed op het ontwerp van lagerpassingen.

Draaiende binnenring en stilstaande buitenring

Belasting in constante richting

Belasting staat vast in de ruimte (bijv. zwaartekracht). De belastingszone roteert over de binnenring en blijft op de buitenring vrijwel stationair.

• Passingadvies: vaste passing op binnenring; buitenring kan lichter.

Belasting draait mee met de binnenring

Belasting is as-gebonden en draait mee. De belastingszone is stationair op de binnenring en roteert t.o.v. de buitenring.

• Passingadvies: vaste passing op buitenring; binnenring kan lichter.

Stilstaande binnenring en roterende buitenring

Belasting in constante richting

Belasting staat vast terwijl de buitenring draait. De belastingszone roteert over de buitenring en blijft op de binnenring stationair.

• Passingadvies: vaste passing op buitenring; binnenring kan lichter.

Belasting draait mee met de buitenring

Belasting is aan het huis gekoppeld en draait mee. De belastingszone is stationair op de buitenring en roteert t.o.v. de binnenring.

• Passingadvies: vaste passing op binnenring; buitenring kan lichter.

Factoren om rekening mee te houden bij lagerpassingen

De juiste passing is bepalend voor de levensduur van een lager. Te strak monteren kan leiden tot overmatige warmte en spanningen, terwijl een te losse passing juist slijtage en trillingen veroorzaakt. Omdat geen twee toepassingen gelijk zijn, moet je bij de keuze altijd rekening houden met factoren zoals belasting, snelheid, temperatuur en materiaal.

Belastingen of schokken: Hoe hoger de belasting, des te meer geneigd is een ring te “walsen” of te verschuiven onder die kracht. Bij zware belasting wordt daarom een vastere passing gekozen dan bij lichte belasting. Bijvoorbeeld kan een overgangspassing die voor een lichte belasting volstaat, bij een zware belasting vervangen worden door een vaste perspassing. Zo voorkomt men relatieve beweging onder piekbelasting.

Hoge rotatiesnelheden: Een hoog toerental vereist een nauwkeurige balancering en minimale excentriciteit. Strakkere pasvormen dragen bij aan betere rondloopnauwkeurigheid waardoor walzen en trillingen worden voorkomen.

Temperatuurinvloeden: tussen binnen- en buitenring kan de effectieve speling veranderen. Doorgaans wordt de binnenring warmer (door wrijving) dan de buitenring, waardoor de binnenring uitzet en de passing op de as strakker wordt, terwijl de speling in het lager zelf afneemt. Bij hoge bedrijfstemperaturen raden wij altijd aan om lagers met een grotere interne lager speling zoals C3 of C4 en eventueel een iets lossere passing te kiezen.

Materiaal en constructie: De werkzaamheid van een passing hangt af van de stijfheid van as of huis. Lichtmetalen of dunwandige materialen vervormen makkelijker en hebben bij dezelfde passing minder effectieve klemkracht op de ring. Daarom kiest men in zulke gevallen een vastere passing dan normaal zoals bij massief staal.

Lageruitval - Walzen en kruipen van lagerringen

Volgens SKF valt 16% van de lagers vroegtijdig uit door een verkeerde montage. Wanneer de passing tussen een lager en zijn zitting niet correct gekozen is, kan er een verschijnsel optreden dat men walzen of kruipen noemt. Dit houdt in dat de lagerring langzaam begint mee te bewegen ten opzichte van zijn passingvlak. In plaats van dat alleen de rollende elementen in het lager bewegen, schuift de gehele ring ten opzichte van de as of de behuizing. Dit kan verschillende oorzaken hebben: Te losse passing bij een roterende belasting: de ring krijgt herhaaldelijk krachten over de volledige omtrek en begint daardoor langzaam te draaien op zijn zitting. Trillingen of wisselende belastingen: zelfs met een ogenschijnlijk geschikte passing kan de ring kleine microbewegingen maken.

Gevolgen van walzen: Walzen is ongewenst omdat het slijtage veroorzaakt op zowel de ring als het passingvlak. Door de microschuifbewegingen ontstaat er materiaalvervorming, oppervlaktevermoeiing en soms zelfs roestvorming door wrijving. Uiteindelijk leidt dit tot verlies van maatnauwkeurigheid, verhoogde spelingen en een kortere levensduur van het lager en de componenten eromheen.

Hoe monteer je lagers bij een perspassing?

Het correct monteren van lagers bij een perspassing is belangrijk om schade en vroegtijdige slijtage te voorkomen. Afhankelijk van de toepassing en het type lager kun je kiezen voor montage met een hydraulische pers, een montagehuls, of door gebruik te maken van warmte- en koelmethode waarbij het lager uitzet of krimpt.

Positioneer het lager correct: Richt het lager recht uit op de as of in het lagerhuis. Zorg er daarbij voor dat de oppervlaktes van zowel de as als de lagerzitting schoon en braamvrij zijn. Een dun laagje olie of vet op het as-oppervlak kan de montage vergemakkelijken. Door het lager correct uit te lijnen vermijd je dat het scheef in de passing wordt gedrukt, want dit veroorzaakt beschadiging aan de loopbanen en verkort de levensduur van het lager aanzienlijk.

Gebruik het juiste montagegereedschap: Plaats een drukschijf die net zo groot is als de buitendiameter van het lager. Hierdoor wordt de kracht gelijkmatig verdeeld over de binnen- en buitenring. De drukschijf voorkomt beschadigingen en uiteindelijk vroegtijdig uitval, je moet nooit direct met een hamer op het lager slaan of erger nog op de afdichtingen slaan dit leidt tot puntinslagen op de loopbaan en een beschadigde kooi.

Druk het lager langzaam op zijn plek: Gebruik bij voorkeur een hydraulische pers of een slagbusset om gecontroleerd kracht uit te oefenen. druk langzaam en gelijkmatig totdat het lager volledig op zijn zitting zit. Let op dat het lager recht blijft tijdens het persen en scheef wordt gezet. Bij een correcte montage voel je een duidelijke toename in weerstand wanneer het lager tegen de aanslag komt.

Geen pers of montageset beschikbaar? Als je geen beschikking hebt tot een pers of montageset en het betreft een klein lager, kan het ook met een kunststof hamer voorzichtig erin worden geslagen, of een stuk pijp of een oud lager als tussenstuk, en tik het nieuwe lager met beleid gelijkmatig in de boring. Sla met korte tikken rondom, niet hard slaan. Dit kan alleen voor kleine lagers.

Warmte- en koelmethode voor lagerpassing

Bij perspassingen kan ook gebruik worden gemaakt van temperatuurverschil om het lager eenvoudiger te monteren, zonder overmatige mechanische kracht. Dit gebeurt door het lager te verwarmen voor een as of te koelen voor een lagerzitting.

Verwarmen voor montage op een as

Wanneer een lager op een as moet worden gemonteerd, wordt het lager zelf verwarmd tot ongeveer 80–120 °C. Door de warmte zet de binnendiameter tijdelijk uit, waardoor het lager gemakkelijker over de as schuift. Deze methode voorkomt schade die kan ontstaan door persen of slaan. Het is belangrijk om het lager gelijkmatig te verwarmen met bijvoorbeeld een inductieverwarmer of speciale lagersmeltoven, en om het snel te monteren voordat het afkoelt.

Koelen voor montage in een lagerzitting

Bij montage van een lager in een lagerhuis kan het lager worden gekoeld, meestal wordt het tijdelijk in een vriezer geplaatst. Door de kou krimpt het lager, waardoor de buitenring met minder kracht in de zitting glijdt of zelfs valt. Zodra het lager weer op een normale temperatuur komt, zet het uit en zit het stevig vast in de passing.