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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Montieren
von Lagereinrichtungen, die jeweils zwei Lager umfassen, die so
auf eine gemeinsame Achse montiert und vorgespannt werden, dass
ein Innenring des einen Lagers an einer achsfesten axialen Lageranlagefläche
anliegt, und ein an der gemeinsamen Achse befestigtes Anlageelement an
einer weiteren achsfesten axialen Anlagefläche und an einem
Innenring des anderen Lagers anliegt.
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Toleranzen
der Lagerabmessungen, insbesondere der Lagerbreite, können
zu Schwankungen der Vorspannungen im eingebauten Zustand führen. Aus
dem US-Patent
US 5,488,871 ist
eine Lagereinrichtung bekannt, bei der eine Unterlegscheibe zwischen
dem Innenring eines Lagers und der Befestigungsmutter eingeklemmt
ist. Die in axialer Richtung auf die Unterlegscheibe wirkende Klemmkraft
wird durch einen Kraftsensor erfasst. Aus dem US-Patent
US 6,644,861 B2 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem ein Radlager während des
Zusammenbaus vermessen und angepasst wird. Unter anderem wird vorgeschlagen,
einzelne Teile der Lagereinrichtung probeweise zu montieren und
zu vermessen. Je nach Messergebnis kann nachbearbeitet werden, um
eine gewünschte Vorspannung zu erreichen. Aus dem US-Patent
US 6,257,078 B1 ist
die Verwendung eines Zwischenrings mit einer kalibrierten Befestigungsmutter
bekannt. Aus der US-Patentanmeldung US 2003/0196319 A1 und dem US-Patent
US 6,662,449 B2 ist
es bekannt, zwischen den Innenringen zweier Lager einen deformierbaren
Abstandsring anzuordnen, der während der Montage bis zum
Erreichen einer gewünschten Vorspannung verkürzt
wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, durch das die Herstellkosten
der Lagereinrichtung reduziert werden können. Insbesondere
sollen auf einfache Art und Weise Schwankungen der Vorspannung im
eingebauten Zustand der Lagereinrichtung reduziert werden.
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Die
Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen und/oder Montieren
von Lagereinrichtungen, die jeweils zwei Lager umfassen, die so
auf eine gemeinsame Achse montiert und vorgespannt werden, dass
ein Innenring des einen Lagers an einer achsfesten axialen Lageranlagefläche
anliegt, und ein an der gemeinsamen Achse befestigtes Anlageelement
an einer weiteren achsfesten axialen Anlagefläche und einem
Innenring des anderen Lagers anliegt, durch folgende Schritte gelöst:
Mindestens ein Lager der Lagereinrichtung wird vor der Montage der Lagereinrichtung
auf die Achse vermessen, um mindestens ein Istmaß individuell
für die Lagereinrichtung zu erfassen. Zum Vermessen der
Lagereinrichtung ist es unter Umständen nur erforderlich,
eines der Lager zu vermessen, wenn zum Beispiel das andere Lager bereits
auf ein bestimmtes Maß gefertigt worden ist. Aus dem Istmaß wird
mindestens ein Sollmaß für die vermessene Achse
individuell für die Lagereinrichtung gebildet. Im einfachsten
Fall kann das Istmaß als Sollmaß verwendet werden.
Die Achse wird individuell für die Lagereinrichtung an
das Sollmaß angepasst. Beim Anpassen der Achse an das Sollmaß können
verschiedene Flächen, wie die Anlageflächen oder
Presssitzflächen, der Achse bearbeitet werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Lager und/oder ein Distanzring der Lagereinrichtung einzeln
vermessen werden. Aus den einzelnen Messergebnissen können
Abmessungen der Lagereinrichtung individuell berechnet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung vor der Montage
auf die Achse vermessen wird. Die Vermessung der Lagereinrichtung
als Ganze ergibt eine höhere Messgenauigkeit und erfordert
weniger Arbeitsschritte als die Vermessung der Einzelteile der Lagereinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Achse vorgesehene Presssitzflächen
für die Lager individuell für die Lagereinrichtung
auf das aus dem Istmaß gebildete Sollmaß gefertigt
werden. Dadurch können genauere Passungen realisiert werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Eine der Lagereinrichtungen
wird vor der Montage auf die Achse vermessen, um den Abstand der
voneinander abgewandten Stirnseiten der Innenringe der Lager als
Istmaß individuell für die Lagereinrichtung zu
erfassen; aus dem Istmaß wird ein Sollmaß für
den axialen Abstand zwischen der Lageranlagefläche und
der weiteren Anlagefläche individuell für die
vermessene Lagereinrichtung gebildet; im einfachsten Fall kann das
Istmaß als Sollmaß verwendet werden; der axiale
Abstand zwischen der Lageranlagefläche und der weiteren
Anlagefläche wird individuell an das Sollmaß der
vorher vermessenen Lagereinrichtung angepasst, indem mindestens
eine der Anlageflächen vor der Montage der Lagereinrichtung
auf die Achse bearbeitet wird. Die Vorspannung der Lager ermöglicht
es, dass die montierte und vorgespannte Lagereinrichtung sowohl
axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen kann. Mindestens
eine der Anlageflächen, also die Lageranlagefläche
oder/und die weitere Anlagefläche oder die Presssitzflächen, verbleibt
beziehungsweise verbleiben nach dem Herstellen der Achse mit den
Anlageflächen, zum Beispiel durch Gießen, im Rohzustand,
den sie nach dem Gießen hat, oder in einem grob bearbeiteten Zwischenzustand
und wird beziehungsweise werden nicht fertig bearbeitet. Dadurch
kann mindestens ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt eingespart
werden, da die Anlageflächen in Abhängigkeit vom
Herstellungsverfahren, wie Gießen, sowieso nachbearbeitet werden
müssen, um eine ebene Anlage fläche für
das Anlageelement oder den Innenring zu schaffen. Vorzugsweise wird
mindestens eine der Anlageflächen spanend, zum Beispiel
durch Schleifen, bearbeitet, um den Abstand zwischen den Anlageflächen
in einem Schritt aus dem Rohzustand auf das gewünschte
Sollmaß zu bringen. Der axiale Abstand zwischen der Lageranlagefläche
und der weiteren Anlagefläche variiert bei nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Lagereinrichtungen stärker als bei
herkömmlich hergestellten Lagereinrichtungen. Allerdings
kann die Genauigkeit der Vorspannung durch das erfindungsgemäße
Verfahren gegenüber herkömmlich hergestellten
Lagereinrichtungen erhöht werden, da keine so starken Schwankungen
in der Vorspannung auftreten.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager beziehungsweise die Lager und/oder
der Distanzring der Lagereinrichtung beziehungsweise die Lagereinrichtung
unter Vorspannung vermessen wird beziehungsweise werden, um das
Istmaß individuell für die Lagereinrichtung zu
erfassen. Alternativ kann von einem ohne Vorspannung vermessenen
Istmaß zur Berücksichtigung der Vorspannung ein
entsprechender Wert abgezogen werden, um das Sollmaß für
den gewünschten axialen Abstand zwischen den Anlageflächen
zu erhalten. Die Lager oder die gesamte Lagereinrichtung werden
bevorzugt unter einer relativ geringen, und für alle Lager
gleichen, Vorspannung vermessen. Diese Messvorspannung dient lediglich
dazu, die Rollflächen sicher in Kontakt miteinander zu
brin gen. Die Dimensionen der Lager unter Betriebsvorspannung werden
anschließend individuell für jede Lager/Motor-Kombination
berechnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageelement von einer auf
die gemeinsame Achse aufgeschraubten Befestigungsmutter gebildet
wird, die an der weiteren achsfesten axialen Anlagefläche
und dem Innenring des anderen Lagers anliegt. Die weitere achsfeste
axiale Anlagefläche wird auch als Mutteranlagefläche
bezeichnet. Statt einer Befestigungsmutter können auch
andere Arten von Befestigungselementen als Anlageelement zum Festhalten
des Lagerinnenrings des anderen Lagers genutzt werden. So kann zum
Beispiel ein Ring gegen die weitere Anlagefläche gedrückt
und dort fest geschweißt, gebördelt oder geklemmt
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lager der Lagereinrichtung
vor oder bei dem Vermessen unter Vorspannung in Drehung versetzt werden.
Das liefert den Vorteil, dass zu den Lagern gehörige Wälzkörper,
wie Rollen, ihre endgültige Position einnehmen. Dadurch
kann die Genauigkeit der Vorspannung weiter erhöht werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager beziehungsweise die Lager
und/oder der Distanzring der Lagereinrichtung jeweils einen Außenring umfassen,
wobei in axialer Richtung zwischen den Außenringen vor
dem Vermessen der Lagereinrichtung ein beziehungsweise der Distanzring angeordnet
wird. In radialer Richtung sind jeweils zwischen dem Innenring und
dem Außenring der Lager Wälzkörper, insbesondere
Rollen, angeordnet. Daher werden die Lager auch als Rollenlager
bezeichnet. Der Distanzring wird auch bei der Montage der Lagereinrichtung
auf der Achse zwischen den beiden Außenringen angeordnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Vermessen der Lagereinrichtung
weitere Maße, wie die Innen- und Außendurchmesser
der Lager, erfasst werden. Dadurch können zum Beispiel die
bei Presspassungen der Lager auftretenden Spannungen bei der Bestimmung
des Sollmaßes berücksichtigt werden. Dadurch kann
die Genauigkeit der Vorspannung weiter erhöht werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen, abgesehen von mindestens
einer der Anlageflächen, auf ein Standard-Sollmaß gefertigt
werden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung
wird mindestens eine der Anlageflächen bis nach dem Vermessen
bewusst im Rohzustand oder einem grob bearbeiteten Zwischenzustand
belassen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die vermessene Lagereinrichtung
bei der Montage der Achse zugeordnet wird, die auf das zu dem gemessenen
Istmaß gehörige Sollmaß bearbeitet wurde.
Dadurch kann die Genauigkeit der Vorspannung erhöht werden.
Als Sollmaß kann das gemessene Istmaß verwendet
werden. Das Sollmaß kann aber auch unter Berücksichtigung
weiterer Faktoren aus dem Istmaß gebildet werden.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren eine gemäß dem
vorab beschriebenen Verfahren hergestellte und/oder auf eine Achse
montierte Lagereinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren
eine hydraulische Maschine mit einer Achse und einer Lagereinrichtung,
die gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt
und/oder montiert wurde.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Achse mit einer Lagereinrichtung;
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2 die
Achse mit der Lagereinrichtung aus 1 im montierten
Zustand im Längsschnitt und
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3 eine
im Maßstab 5:1 vergrößerte Darstellung
einer Einzelheit III aus 2.
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In
den 1 bis 3 sind eine Achse 1 und eine
Lagereinrichtung 4 in verschiedenen Ansichten dargestellt.
Bei der Achse 1 handelt es sich zum Beispiel um die Achse
eines Motors, wie eines Elektro- oder Hydraulikmotors. Die Lagereinrichtung 4 wird auch
als Hauptlager bezeichnet und umfasst zwei gegeneinander gerichtete,
konisch ausgerichtete Rollenlager 11, 12. Die
Rollenlager 11, 12 werden unter Vorspannung so
auf die gemeinsame Achse 1 montiert, das sie sowohl radiale
als auch axiale Kräfte aufnehmen können, um die
Achse 1 radial und axial relativ zu einem (nicht dargestellten)
Motorgehäuse zu fixieren.
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Insbesondere
dann, wenn das Hauptlager große Radialkräfte auffangen
soll, ist die Lebensdauer des Lagers stark von der Vorspannung abhängig. Die
optimale Vorspannung hängt unter anderem von Faktoren ab,
wie zum Beispiel der Laufgeschwindigkeit des Motors. Um zuverlässige
Motoren für verschiedene Einsatzbereiche bauen zu können,
müssen teilweise sehr enge Toleranzen bei der Vorspannung
des Hauptlagers eingehalten werden. Bei der Herstellung der einzelnen
zu verwendenden Rollenlagern ist es jedoch nur mit erhöhtem
Aufwand und den damit verbundenen erhöhten Kosten möglich, die
erforderlichen Toleranzen bei den Dimensionen der Rollenlager einzuhalten.
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Die
Rollenlager 11, 12 umfassen jeweils einen Außenring 14, 15 und
einen Innenring 21, 22. Zwischen den beiden Außenringen 14, 15 ist
ein Distanzring 16 angeordnet. Die Innenringe 21, 22 werden
vorzugsweise durch einen Presssitz auf zugehörigen Presssitzflächen 18, 19 der
Achse 1 montiert.
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In
der Nähe eines Endes der Achse 1 ist an einem
Zahnkranz 25 eine achsfeste Lageranlagefläche 24 vorgesehen.
Der Zahnkranz 25 ist vorzugsweise einstückig mit
der Achse 1 verbunden. Etwa in der Mitte der Achse 1 ist
eine achsfeste Mutteranlagefläche 26 vorgesehen.
Von der Mutteranlagefläche 26 geht ein Außengewindeabschnitt 28 mit
einem Außengewinde aus. An ihrem anderen Ende weist die Achse 1 einen
Wellenzapfen 29 mit einer Außenverzahnung auf.
Der Wellenzapfen 29 hat einen geringeren Außendurchmesser
als der Außengewindeabschnitt 28. Dadurch ist
es möglich, eine Befestigungsmutter 30, die ein
komplementäres Innengewinde aufweist, auf den Außengewindeabschnitt 28 aufzuschrauben.
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In 2 ist
die Achse 1 im Längsschnitt mit der darauf montierten
Lagereinrichtung 4 dargestellt. Zwischen dem Innenring 21 und
dem Außenring 14 des Lagers 11 sind Rollen 20 angeordnet.
Analog sind zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 15 des
Lagers 12 Rollen 23 angeordnet. Zwischen Innenring
und Außenring sind jeweils mehrere Rollen angeordnet, von
denen in 2 pro Lager jeweils nur eine
Rolle sichtbar ist.
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Der
Innenring 21 des Lagers 11 liegt mit seiner dem
Lager 12 abgewandten Stirnseite an der Lageranlagefläche 24 an.
Der Distanzring 16 ist zwischen den Außenringen 14 und 15 eingespannt.
An der dem Lager 11 abgewandten Stirnseite des Innenrings 22 des
Lagers 12 liegt die Befestigungsmutter 30 an.
Gleichzeitig liegt die Befestigungsmutter 30 an der Mutteranlagefläche 26 der
Achse 1 an. Durch die Mutter 30 wird die Lagereinrichtung 4 zwischen
der achsfesten Lageranlagefläche 24 und der Befestigungsmutter 30 unter
einer definierten Vorspannung eingespannt. Durch die Mutteranlagefläche 26 wird die
maximale Einschraubtiefe, also die axiale Position der Befestigungsmutter 30 nach
ihrem Festschrauben, festgelegt.
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In
der vergrößerten Darstellung der 3 sieht
man, dass die Befestigungsmutter 30 eine radial innere
Achsanlagefläche 34 aufweist, mit der die Befestigungsmutter 30 an
der Mutteranlagefläche 26 anliegt. Des Weiteren
weist die Befestigungsmutter 30 eine radial äußere
Innenringanlagefläche 35 auf, mit der die Befestigungsmutter 30 an
dem Innenring 22 des Rollenlagers 12 anliegt.
Die Anlageflächen 34, 35 haben jeweils
im Wesentlichen die Gestalt von Kreisringflächen und liegen
bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene.
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In 2 ist
der axiale Abstand zwischen der Lageranlagefläche 24 und
der Mutteranlagefläche 26 mit A bezeichnet. Durch
den Abstand A wird die Vorspannung festgelegt, die sich ergibt,
wenn die Befestigungsmutter 30 bis zu der Mutteranlagefläche 26 auf
den Außengewindeabschnitt 28 aufgeschraubt wird.
Dabei wird die Lagereinrichtung 4 zwischen der Befestigungsmutter 30 und
der achsfesten Lageranlagefläche 24 eingespannt.
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Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Rollenlager 11, 12,
vorzugsweise zusammen mit dem Distanzring 16, mit einer
entsprechenden Messvorrichtung unter einer vorgegebenen Vorspannung
vermessen. Dabei wird der axiale Abstand der voneinander abgewandten
Stirnseite der Innenringe 21, 22 ausgemessen.
Darüber hinaus werden die exakten Innen- und Außendurchmesser der
Lager 11, 12 unter Vorspannung ermittelt. Dabei können
die Rollenlager 11, 12 für verschiedene
Motorlageranwendungen unter unterschiedlichen Vorspannungen vermessen
werden, um in der gleichen Fertigung Motoren für verschiedene
Einsatzbereiche optimieren zu können.
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Die
Rollenlager 11, 12 oder das gesamte Motorlager
werden bevorzugt unter einer relativ geringen, und für
alle Lager gleichen, Vorspannung vermessen. Diese Messvorspannung
dient lediglich dazu, die Rollflächen sicher in Kontakt
miteinander zu bringen. Die Dimensionen der Lager unter Betriebsvorspannung
werden anschließend individuell für jede Lager/Motor-Kombination
berechnet.
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Die
Achsen 1, die auch als Motorwellen bezeichnet werden, werden
auf Standard-Sollmaße gefertigt. Die Fertigung der Achsen 1 erfolgt
zum Beispiel durch Gießen. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung verbleibt die achsfeste
Mutteran lagefläche 26 nach dem Gießen
im Rohzustand oder in einem grob bearbeiteten Zwischenzustand.
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Anhand
der festgestellten Abmessungen der Rollenlager 11, 12 und
der gestellten Anforderungen an die Lagervorspannung werden ebenfalls
vor der Montage individuelle Sollmaße für die
Mutteranlagefläche 26 oder die Lageranlagefläche 24 berechnet. Es
ist auch möglich, das Istmaß als Sollmaß zu
verwenden. Anschließend werden die Muteranlageflächen 26 oder
die Lageranlageflächen 24 von verschiedenen Achsen 1 auf
die entsprechenden Sollmaße bearbeitet. Danach können
die Lagereinrichtungen montiert werden.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, Bearbeitungsschritte in
der Fertigung einzusparen. Das wird dadurch erreicht, dass die Mutteranlageflächen 26 oder
die Lageranlageflächen 24 von verschiedenen Achsen
jeweils nur einmal bearbeitet werden müssen. Diese Bearbeitung
erfolgt vor der Montage der Lagereinrichtungen, und zwar unter anderem
deshalb, weil sonst Späne bei einer spanenden Bearbeitung
der Mutteranlagefläche die Rollenlager verunreinigen könnten.
Daher erfolgt auch die Vermessung der Rollenlager 11, 12 vor
deren Montage. Die gemessenen Istmaße werden für
die Berechnung der Sollmaße der Achsen benötigt.
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Zum
Vermessen des gesamten Motorlagers ist es unter Umständen
nur erforderlich ein einzelnes oder beide Rollenlager 11, 12 zu
vermessen, zum Beispiel wenn eines der Rollenlager bereits auf ein bestimmtes Maß gefertigt
worden ist. Außerdem können die Rollenlager 11, 12,
und eventuell der Zwischenring 16, einzeln vermessen und
die Dimensionen des Motorlagers hieraus berechnet werden. Die Vermessung
des Lagers als Ganzes ergibt allerdings eine höhere Messgenauigkeit
und erfordert weniger Arbeitsschritte.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung werden die Presssitzflächen 18, 19 auf
der Achse 1 ebenfalls nach der Vermessung der Lager in
einem Schritt auf individuelle Sollmaße gefertigt. Dadurch
können genauere Passungen realisiert werden. Bei einer
zu lockeren Passung besteht die Gefahr, dass die Lager auf der Achse
durchrutschen. Bei einer zu engen Passung besteht die Gefahr, dass die
Lager Brüche bekommen.
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Die
Zuordnung der vermessenen Lagereinrichtungen zu den bearbeiteten
Achsen erfolgt über ein Datenverarbeitungssystem. Dadurch
ist es möglich, dass die Vermessung der Rollenlager gegebenenfalls örtlich
und zeitlich von der Bearbeitung der Achsen beziehungsweise von
dem Zusammenbau des Motors, beziehungsweise des Motorlagers mit der
Welle, getrennt erfolgen kann. Es ist auch möglich, dass
Motoren, bei denen keine besonderen Vorgaben für die Vorspannung
gelten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengebaut
werden können, wobei lediglich die Vermessung der Rollenlager
ausgelassen wird, und Standardmaße der Rollenlager für
die Berechnung des Sollmaßes benutzt werden. Dadurch ergeben
sich weitere Rationalisierungsgewinne in der Produktion.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5488871 [0002]
- - US 6644861 B2 [0002]
- - US 6257078 B1 [0002]
- - US 6662449 B2 [0002]