-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einhalten eines vorgebbaren Betriebssiels oder Betriebsspielbereich.
-
In der Wälzlagertechnik versteht man unter dem Begriff der Lagerluft dasjenige Maß, um das sich ein Lagerring gegenüber dem anderen bei einem Radiallager in radialer Richtung von einer Grenzstelle in die andere verschieben lässt. Von dieser Lagerluft des nicht eingebauten Lagers ist klar das sogenannte Betriebsspiel des eingebauten betriebswarmen Lagers zu unterscheiden. Die Lagerluft des nicht eingebauten Lagers ist dabei größer als das Betriebsspiel, weil durch das Passungsübermaß und die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Lagers und der Gegenstücke bei Betriebstemperatur die Lagerringe aufgeweitet bzw. zusammengedrückt werden. Bei vielen Wälzlagertypen sollte im Betriebszustand ein – wenn auch geringes – Betriebsspiel vorhanden sein. Dabei gibt es einige Anwendungsbereiche, bei denen ein immer möglichst genaues geringes Betriebsspiel von besonderer Bedeutung ist, beispielsweise sei dazu auf Kompressoranwendungen hingewiesen.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einhalten eines vorgebbaren Betriebsspiels oder Betriebsspielbereichs zu schaffen, so, dass das vorgegebene Betriebsspiel oder der insbesondere eng vorgegebene Betriebsspielbereich bei einfacher und damit kostengünstiger Ausführbarkeit immer genau erzielt wird.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein möglichst genau einzuhaltendes Betriebsspiel bzw. Betriebsspielbereich eines in einer bestimmten Anordnung verbauten Wälzlagers mit Vorteil auch dadurch sichergestellt werden kann, dass individuell für das ganz bestimmte, zu lagernde und zum Drehen vorgesehene Teil dessen Querschnittsdicke, insbesondere ein Wellendurchmesser, bestimmt wird, und auch für eine bestimmte diese bestimmte Welle aufnehmende Gehäuseöffnung deren Durchmesser bestimmt wird, und davon ausgehend ein Wälzlager ganz bestimmter Querschnittsdicke ausgewählt und eingesetzt wird. Dabei werden zum Erzielen besagten Betriebsspiels von beispielsweise nahezu Null, ausgehend von vorgenannten beiden Durchmessern Wälzlagerteile, beispielsweise ein Außenring samt zugehöriger Wälzkörper und ein Innenring anhand ihre Querschnittsdicken repräsentierenden Maßangaben ausgewählt, so dass in einer veranschaulichenden Vereinfachung das Doppelte einer Summe der Maßangaben für das Wälzlager für besagtes Betriebsspiel von in etwa gleich Null in etwa der Differenz der Durchmesser zwischen Gehäuseöffnung und Welle entspricht. Dabei sind abseits dieser veranschaulichenden Vereinfachung in der Praxis weitere, letztendlich die Querschnitte beeinflussende Effekte, beispielsweise infolge eines Auf- bzw. Einpressen von Wälzlagerteilen auf die Welle bzw. in das Gehäuse bereits mitberücksichtigt.
-
In anderen Worten: Ein Wälzlager verbauender Kunde gibt dem Wälzlagerhersteller für eine spezielle Anwendung im Vorfeld vor, in welchem Bereich sich seine Wellendurchmesser und Gehäuseöffnungsdurchmesser bewegen, sowie das gewünschte, für seine Anwendung optimale Betriebspiel bzw. den Betriebsspielbereich, also bei einem Radialwälzlager das radiale Betriebsspiel bzw. den radialen Betriebsspielbereich. Dem Wälzlagerhersteller ist es davon ausgehend möglich, für unterschiedlichste Durchmesserkombinationen von Welle und Gehäuse im Rahmen des vorgegebenen Bereichs zu berechnen, welcher Innenring und welche Außenring-Wälzkörper-Kombination welcher Querschnittsdicke bei welchen Durchmesserkombinationen von Welle und Gehäuse einzusetzen sind, damit sich beim entsprechend zugeordnetem verbauen des Wälzlagers das gewünschte Betriebsspiel einstellt bzw. der Betriebsspielbereich eingehalten wird.
-
Beim Zusammenbau misst der Kunde also für jede einzelne Welle-Gehäuse-Kombination den Durchmesser der Welle und der Gehäuseöffnung dieser speziellen Kombination aus und wählt anhand dieser beiden gemessenen Werte beispielsweise anhand einer vom Wälzlagerhersteller zur Verfügung gestellten Tabelle eine Querschnittsdicke für das Wälzlager aus, die sich beispielsweise als Summe aus der Querschnittsdicke für einen Innenring und der Querschnittsdicke für eine Außenring-Wälzkörper-Kombination zusammensetzt, greift sich einen ganz bestimmten Innenring und eine ganz bestimmte Außenring-Wälzkörper-Kombination, die für die besagte Querschnittsdicke entsprechend gekennzeichnet sind, und verbaut diese vier ganz dezidierten Bauelemente, nämliche Welle, Gehäuse, Innenring und Außenring-Wälzkörper-Kombination, miteinander, womit das gewünschte Betriebsspiel sichergestellt ist bzw. der Betriebsspielbereich eingehalten wird.
-
Der Wälzlagerhersteller liefert dabei dem Kunden ein Sortiment von Innenringen und Außenring-Wälzkörper-Kombinationen, die im Rahmen der Tabelle variierende Querschnittsdicken aufweisen und auch entsprechend gekennzeichnet sind. Das Sortiment trägt dabei natürlich auch einer zu erwartenden Verteilung hinsichtlich den unterschiedlichen Querschnittsdicken Rechnung, wobei durch die separate Ausweisung für Innenringe auf der einen Seite und für Außenring-Wälzkörper-Kombinationen auf der anderen Seite durch ein entsprechendes Zupaaren erweiterte Möglichkeiten zur Realisierung einer Querschnittsdicke des Gesamtbauteils Wälzlager ergeben.
-
Dies hat sowohl für den Kunden als auch für den Wälzlagerhersteller den Vorteil, dass für eine ganze Serie nicht mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden muss, um ein genau vorgegebenes Betriebspiel bzw. einen Betriebsspielbereich zu erreichen, was entsprechend teuer wäre. Vielmehr kann innerhalb der Serie mit vergleichsweise großen Toleranzen gefertigt werden und anschließend über das Zusammenbringen von hinsichtlich ihren Querschnittsdicken ausgemessenen Bauteilen die Einhaltung des gewünschten Betriebsspiels oder Betriebsspielbereichs bewerkstelligt werden. Dabei kommt dem Wälzlagerhersteller, aber auch dem Kunden zu gute, dass ohnehin bereits heute schon viele Fertigungstechniken für besagte Bauteile querschnittsdickengesteuert bzw. -geregelt ablaufen, was insbesondere für die Wälzlagerringe zutrifft. Würde man demgegenüber wie bisher ein genaues Betriebspiel bzw. den engen Betriebsspielbereich durch Vorgabe von Toleranzen hinsichtlich Durchmessergrößen des Wälzlagers, insbesondere von Innen- und Außendurchmesser von Innen- bzw. Außenring, in Verbindung mit entsprechenden Passungsvorgaben für Welk und Gehäuseöffnung erzielen wollen, würde dies zu extrem scharfen Genauigkeitsanforderungen führen, die nur mit erheblichem Aufwand, und damit aufwendig und kostenintensiv einzuhalten wären.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch zwei Rollenlager im unverbauten und verbauten Zustand,
-
2 eine Tabelle zum Auswählen richtiger Lagerquerschnittsdicken in Abhängigkeit von Durchmessern einer zu lagernden Welle samt zugehörigem Gehäuse und
-
3 eine Darstellung der das Betriebsspiel beeinflussenden Größen eines Lagers nach Durchmessern und nach Querschnittsdicken.
-
Die 1 erläutert eine grundsätzliche der Erfindung zugrundeliegende Überlegung. In der linken Bildhälfte der 1 sind zwei Rollenager 10 und 20 dargestellt, die im unverbautem Zustand eine unterschiedliche Radialluft aufweisen, wohingegen die Querschnittsdicken ihrer Innenringe 11 und 21 und ihrer Außenring-Rollen-Kombinationen 12 und 22, gleich sind. Werden besagte Rollenlager 10 und 20 nunmehr zwischen ein und derselben Welle 31 und einem die Welle 31 lagernden Gehäuse 32 verbaut, so führt die stärkere Aufweitung des Innenrings 11 des Rollenlagers 10 letztendlich dazu, dass wie in der rechten Bildhälfte der 1 dargestellt, die beiden Rollenlager 10 und 20 im eingebauten Zustand in starker Vereinfachung ein gleiches Betriebsspiel aufweisen. Tatsächlich haben natürlich noch weitere Faktoren wie beispielsweise, dass der Innenring 11 stärker zu weiten ist, ihren Einfluss auf das Betriebsspiel, aber grundsätzlich ist damit klar, dass das Betriebsspiel als die exakt einer Vorgabe einzuhaltende Größe vom Rollenlager her im wesentlichen durch dessen Querschnittsdicken bestimmt ist.
-
Im Detail ist dabei das Betriebsspiel beispielsweise anhand nachfolgender Formel bestimmbar: G0 = dh – DS – 2·He – 2·Hi – ΔT·α·D1 – Ci(DS – d – Si) – Ce(D – dh – Se)
-
G0 ist dabei das Betriebsspiel, dh der Gehäuseöffnungsdurchmesser, Ds ist der Wellendurchmesser, He die einfache Querschnittsdicke der Außenring-Rollen-Kombination, Hi die einfache Querschnittsdicke des Innenrings, Di der Laufbahndurchmesser des Innenrings, Ci ein Faktor zum Berücksichtigen der Laufbahndurchmesseränderung des Innenrings infolge des Lagersitzes, Ce ein Faktor zum Berücksichtigen einer Durchmesseränderung der Außenring-Rollen-Kombination infolge des Lagersitzes, d der Innendurchmesser des Innenrings, D der Außendurchmesser des Außenrings, Si ein Faktor zum Berücksichten einer Glättung infolge des Aufschieben des Innenrings und Se ein Faktor zum Berücksichtigen der Glättung infolge des Einbringens des Außenrings in die Gehäuseöffnung. ΔT ist die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring und α ist der Ausdehnungskoeffizient des Materials des Innenrings. Zur Veranschaulichung wenigstens einiger der vorgenannten Größen wird auch auf die 3 hingewiesen. Dabei gilt der Term Ci(DS – d – Si) für DS > d und ist für DS ≤ d gleich Null zu setzen. Der Term Ce(D – dh – Se) gilt für D > dh und ist für D ≤ dh gleich Null zu setzen.
-
Ein Wälzlager verbauender Kunde gibt nunmehr dem Wälzlagerhersteller im Vorfeld vor, in welchem Bereich sich sein Wellendurchmesser und Gehäuseöffnungsdurchmesser bewegen, sowie das gewünschte für seine Anwendung optimale Betriebspiel, also bei einem Radialwälzlager das radiale Betriebsspiel bei verbautem Wälzlager. Dem Wälzlagerhersteller ist es davon ausgehend, beispielsweise unter Zuhilfenahme vorgenannter Formel möglich, für unterschiedlichste Durchmesserkombinationen von Welle und Gehäuse zu berechnen, welcher Innenring und welche Außenring-Wälzkörper-Kombination welcher Querschnittsdicke bei welchen Durchmesserkombinationen von Welle und Gehäuse einzusetzen sind, damit sich beim entsprechend zugeordnetem verbauen des Wälzlagers das gewünschte Betriebsspiel einstellt.
-
Letztendlich stellt der Wälzlagerhersteller beispielsweise eine Tabelle entsprechend der 2, ein Programm, eine Formel oder dergleichen zur Verfügung, anhand derer der die Wälzlager verbauende Kunde entsprechend auswählen kann. Beim Zusammenbauen misst also der Kunde für jede einzelne Welle-Gehäuse-Kombination den Durchmesser der Welle und der Gehäuseöffnung dieser speziellen Kombination aus und wählt anhand dieser beiden gemessenen Werte anhand der Tabelle eine Querschnittsdicke für das Wälzlager aus, die sich beispielsweise als Summe aus der Querschnittsdicke für einen Innenring und der Querschnittsdicke für eine Außenring-Wälzkörper-Kombination zusammensetzt. Der Kunde greift sich sodann entsprechend der Summe einen ganz bestimmten Innenring und eine ganz bestimmte Außenring-Wälzkörper-Kombination, die entsprechend ihrer Querschnittsdicke gekennzeichnet sind und verbaut diese vier ganz dezidierten Bauelemente, nämliche Welle, Gehäuse, Innenring und Außeming-Wälzkörper-Kombination, miteinander, womit das gewünschte Betriebsspiel sichergestellt ist.
-
Das Kennzeichen kann dabei durch eine Prägung oder einen Aufdruck auf dem Wälzlagerteil selbst oder auch auf einer Verpackung des Wälzlagerteils und/oder einem Beipack zu dem Wälzlagerteil erfolgen.
-
In der Tabelle der 2 sind dabei anstelle von Absolutwerten für Wellendurchmesser, Aufnahmeöffnungsdurchmesser und Lagerquerschnittsdicken Abweichungen von einem Nominalwert angegeben, was die Handhabung vereinfachen kann. Weiterhin ist die Tabelle auch derart gerafft, das der Tabelle beispielsweise keine Zehntel-Mikrometer-Schrittweite, sondern eine Ein-Mikrometer-Schrittweite zugrunde liegt. Dabei orientiert sich die Schrittweite gegebenenfalls an der Messgenauigkeit für die Durchmesser von Welle und/oder Aufnahmeöffnung und/oder fasst Bereiche zusammen, so dass noch eine handhabbare Zahl von unterschiedlichen Querschnittsdicken für die Wälzlagerteile resultiert.
-
Dies hat sowohl für den Kunden als auch für den Wälzlagerhersteller den Vorteil, dass für eine ganze Serie nicht mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden muss, um ein genau vorgegebenes Betriebspiel zu erreichen, was entsprechend teuer wäre. Vielmehr kann innerhalb der Serie mit vergleichsweise großen Toleranzen gefertigt werden und anschließend über das Zusammenbringen von hinsichtlich ihren Querschnittsdicken ausgemessenen Bauteilen die Einhaltung des gewünschten Betriebsspiels bewerkstelligt werden. Dabei kommt dem Wälzlagerhersteller, aber auch dem Kunden zu gute, dass ohnehin bereits heute schon viele Fertigungstechniken für besagte Bauteile querschnittsdickengesteuert bzw. -geregelt ablaufen, was insbesondere für die Wälzlagerringe zutrifft. Würde man demgegenüber wie bisher ein derart genaues Betriebspiel durch Vorgabe von Toleranzen hinsichtlich Durchmessergrößen des Wälzlagers, insbesondere von Innen- und Außendurchmesser von Innen- bzw. Außenring, in Verbindung mit entsprechenden Passungsvorgaben für Welle und Gehäuseöffnung erzielen wollen, würde dies zu extrem scharfen Genauigkeitsanforderungen führen, die nur mit erheblichem Aufwand, und damit aufwendig und kostenintensiv einzuhalten wären.
-
Letztgenannter Sachverhalt soll anhand der
3 nochmals verdeutlicht werden. Dabei ist in der linken Bildhälfte der
3 ein Rollenlager mit denjenigen vier Durchmessergrößen dargestellt, die bisher spezifiziert werden und im wesentlichen eng tolerieren werden, um im Zusammenspiel mit scharfen Passungsvorgaben bezüglich Wellen- und Gehäuseaufnahmedurchmessern zu einem möglichst genauen Einhalten eines gewünschten Betriebsspiels bzw. Betriebsspielbereichs zu führen. Für die Größen der
3 sind dabei entsprechend Bezeichnungen verwendet, wie zu vorausgehender Formel erläutert. Um demzufolge bezüglich des Betriebsspiels eine möglichst geringe Standardabweichung S
total für das Gesamtbauteil Wälzlager zu erhalten, sind die Standardabweichungen S
d, S
Di, S
dr und S
D von allen vier vorgenannten Größen zu berücksichtigen, da sich S
total aus den einzelnen Standardabweichungen S
d, S
Di, S
dr und S
D gemäß nachfolgender Formel zusammensetzt:
-
Dahingegen ist die Standardabweichung S
total für das Gesamtbauteil Wälzlager beim rechten Rollenlager gemäß der Erfindung lediglich durch die zwei Standardabweichung S
He und S
Hi der Querschnittsdicken von Innenring und der Außenring-Rollen-Kombination gemäß nachfolgender Formel bestimmt:
-
Damit ist auch klar, dass es gemäß der Erfindung einfacher und damit kostengünstiger ist, ein vorgegebenes Betriebsspiel bzw. den Betriebsspielberreich möglichst genau einzuhalten, da gegenüber dem Stand der Technik nur zwei Größen entsprechend zu beachten sind.
