DE102016224596A1

DE102016224596A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Lageranordnung

Info

Publication number: DE102016224596A1
Application number: DE102016224596.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kohl; Junbiao Lai; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, wobei die Lageranordnung ein Lager mit einem Innenring und einem Außenring umfasst, wobei der Innenring mit einer zylindrischen Sitzfläche auf einem Wellenteil (1) mit zylindrischer Gegen-Sitzfläche (2) angeordnet wird, wobei der Außenring mit einer zylindrischen Sitzfläche in einer zylindrischen Aufnahmebohrung eines Bauteils angeordnet wird und wobei das Wellenteil (1) eine Achsrichtung (a) aufweist. Um die Gebrauchsdauer der Lageranordnung zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Herstellen des Lagers samt Innenring und Außenring sowie des Wellenteils (1) und des Bauteils durch mechanische Fertigung; b) Anordnen eines Abrichtwerkzeugs (3) mit einer zylindrischen Kalibrierfläche (4) auf dem Wellenteil (1); c) Ausführen einer mindestens einmaligen relativen Verschiebebewegung in Achsrichtung (a) zwischen dem Abrichtwerkzeug (3) und dem Wellenteil (1); d) Montieren des Lagers zwischen dem Wellenteil (1) und dem Bauteil. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, wobei die Lageranordnung ein Lager mit einem Innenring und einem Außenring umfasst, wobei der Innenring mit einer zylindrischen Sitzfläche auf einem Wellenteil mit zylindrischer Gegen-Sitzfläche angeordnet wird, wobei der Außenring mit einer zylindrischen Sitzfläche in einer zylindrischen Aufnahmebohrung eines Bauteils angeordnet wird und wobei das Wellenteil eine Achsrichtung aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, dass die Welligkeit einer Welle als auch des darauf montierten Wälzlagerrings zum vorzeitigen Ausfall des Wälzlagers beitragen können. Es können also vorzeitige Lagerschäden durch eine Welligkeit der Lagersitzfläche und/oder der der Sitzfläche gegenüberliegenden Wälzlageroberfläche hervorgerufen werden.
Diese Problematik kann bisher nur auf die Art und Weise gemindert bzw. vermieden werden, dass eine möglichst runde Ausführung von Sitzfläche und gegenüberliegender Lageroberfläche realisiert wird, was aber in nachteiliger Weise fertigungstechnisch mit sehr hohen Kosten verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der die Gebrauchsdauer der Lageranordnung erhöht werden kann. Demgemäß soll in einfacher und somit kostengünstiger Weise ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem sich die Gebrauchsdauer der Lageranordnung erhöhen lässt.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Herstellen des Lagers samt Innenring und Außenring sowie des Wellenteils und des Bauteils durch mechanische Fertigung;
b) Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche auf dem Wellenteil und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche in der zylindrischen Sitzfläche des Innenrings und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche auf der zylindrischen Sitzfläche des Außenrings und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche in der zylindrischen Sitzfläche des Bauteils;
c) Ausführen einer mindestens einmaligen relativen Verschiebebewegung in Achsrichtung zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Wellenteil und/oder dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Bauteil;
d) Montieren des Lagers zwischen dem Wellenteil und dem Bauteil.

Der genannte Schritt c) wird dabei nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei Mal ausgeführt, wobei zwischen den mindestens zwei Ausführungen eine relative Verdrehung des Abrichtwerkzeugs und des von diesem bearbeiteten Wellenteils, Innenrings, Außenrings oder Bauteils um die Richtung der Achse des Wellenteils erfolgt.
Bevorzugt wird ein Abrichtwerkzeug verwendet, dessen zylindrische Kalibrierfläche hinsichtlich ihres Durchmessers passgenau zur zylindrischen Sitzfläche des Innenrings, zur zylindrischen Gegen-Sitzfläche des Wellenteils, zur zylindrischen Sitzfläche des Außenrings oder zur zylindrischen Sitzfläche des Bauteils ausgeführt ist.
Es ist allerdings auch möglich, dass ein Abrichtwerkzeug verwendet wird, dessen zylindrische Kalibrierfläche hinsichtlich ihres Durchmessers mit Übergangspassung zur zylindrischen Sitzfläche des Innenrings, zur zylindrischen Gegen-Sitzfläche des Wellenteils, zur zylindrischen Sitzfläche des Außenring oder zur zylindrischen Sitzfläche des Bauteils toleriert ist.
Die relative Verschiebebewegung gemäß obigem Schritt c) kann dabei hinsichtlich des axialen Verschiebeweges so erfolgen, dass mindestens der gesamte spätere Kontaktbereich zwischen Wellenteil und/oder Innenring und/oder Außenring und/oder Bauteil vom Abrichtwerkzeug überstrichen wird.
Bevorzugt wird ein Abrichtwerkzeug verwendet, dessen die zylindrische Kalibrierfläche bildender Bereich eine größere Härte aufweist als diejenige des Wellenteils, des Innenrings, des Außenring oder des Bauteils.
Ferner wird bevorzugt ein Abrichtwerkzeug verwendet, dessen zylindrische Kalibrierfläche eine Rundheit aufweist, die mindestens um den Faktor 10 genauer ausgebildet ist als diejenige des Wellenteils, des Innenrings, des Außenring oder des Bauteils vor der Durchführung des obigen Schritts c).
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung einer Lageranordnung mit einem Lager mit einem Innenring mit einer zylindrischen Sitzfläche und einem Außenring mit einer zylindrischen Sitzfläche, mit einem Wellenteil mit einer zylindrischen Gegen-Sitzfläche und einem Bauteil mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung weist erfindungsgemäß auf:

- ein Abrichtwerkzeug mit einer zylindrischen Kalibrierfläche,
- ein Halteelement zum Halten des Innenrings und/oder des Außenrings und/oder des Wellenteils und/oder des Bauteils,
- ein Bewegungselement zum Erzeugen einer relativen Verschiebebewegung in Achsrichtung zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Wellenteil und/oder dem Bauteil.

Die Vorrichtung weist weiterhin bevorzugt ein zweites Bewegungselement zum Erzeugen einer relativen Verdrehung um die Richtung der Achse zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Wellenteil und/oder dem Bauteil auf.
Das Abrichtwerkzeug besteht vorzugsweise zumindest in seinem Bereich, der die zylindrische Kalibrierfläche bildet, aus hartem Material, insbesondere aus ultrahartem Metall, aus keramischem Material, aus Korund, aus Diamant, aus Siliziumkarbid oder aus Bornitrid.
Somit kann erfindungsgemäß die Gebrauchsdauer auf einfache Art und Weise dadurch verlängert werden, dass vor der (End)Montage des Wälzlagers auf der Welle die Welligkeit von Welle und/oder Lagerring dadurch reduziert werden, dass an der Stelle der Welle, an der der Lagerring montiert werden soll, zunächst ein harter, passgenauer oder leicht unterpassgenauer Abrichtring hin- und her geschoben wird, so dass die Welligkeit der Welle an dieser Stelle reduziert wird. Entsprechendes kann mit dem Lagerring und dem genannten Bauteil (Gehäuse) durchgeführt werden.
Es hat sich nämlich überraschender Weise herausgestellt, dass bei einer Wellen-Lagerring-Kombination eine erhebliche Erhöhung der Gebrauchsdauer erzielt werden kann, wenn die Welligkeit über den Umfang und über die axiale Erstreckung der Passungsfläche zwischen Welle und Lagerring reduziert wird. Hierbei reichen bereits Einebnungen bzw. Vergleichmäßigungen von wenigen Mikrometern aus, um einen spürbaren positiven Effekt auf die Gebrauchsdauer zu erzielen.
Die Erfindung kommt insbesondere für mittelgroße und große Lager zum Einsatz.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit eine einfache Welligkeitsreduzierung möglich.
Die Gebrauchsdauer eines Wälzlagers wird erfindungsgemäß somit auf einfache Art und Weise dadurch verlängert, dass vor der Montage - beispielsweise des Wälzlagerinnenrings auf einer Welle - die Welligkeit von Welle und/oder Lagerring dadurch reduziert werden, dass an der Stelle der Welle, an der der Lagerring montiert werden soll, zunächst ein harter, passgenauer oder leicht unterpassgenauer Abrichtring mit mehr oder wenig exakt rundem Innenmantel wenigstens einmal oder auch wenige mehrere Male hin- und her geschoben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei jedem Hin- und Herschieben auch zusätzlich noch die relativ Position zwischen Abrichtring und Welle oder Bauteil bzw. Lagerring geändert werden, so dass die Welligkeit der Welle an dieser Stelle noch gleichmäßiger reduziert wird. Die beschriebene Maßnahme kann nur an einer der späteren Kontaktflächen oder an mehreren der späteren Kontaktflächen zwischen den genannten Elementen erfolgen.
Dazu kann beispielsweise der Lagerinnenring auf einen harten, passgenauen oder leicht überpassgenauen wellenstückartigen Abrichtzylinder hin und hergeschoben werden bzw. auch - in physikalischer Wirkungsumkehr - der Abrichtzylinder gegenüber dem Lagerinnenring, wobei hinsichtlich einer Winkelpositionsänderung Entsprechendes wie bei der Welle gilt.
Die Abrichtkörper sind dabei insbesondere aus einem harten Material gefertigt. Dabei kommen insbesondere harte, gehärtete oder auch ultraharte Metalle, Keramiken aber auch z.B. honsteinartige Materialien in Betracht.
Der Abrichtkörper kann auch aus Verbundmaterialen bzw. aus übereinander angeordneten Lagen verschiedener Materialen ausgebildet sein.
Darüber hinaus sind die Abrichtkörper hinsichtlich der Rundheit ihrer Abrichtflächen vorteilhaft mit einer um mindestens um den Faktor 10 besseren Rundheit ausgebildet, als die zu bearbeitenden Werkstücke, deren Welligkeit reduziert werden soll.
Die Abrichtkörper sind vorzugsweise massiv oder mit wenigsten derartig großen Wandstärken ausgebildet, dass sie durch die Werkstücke nur unwesentlich verformt werden.
Dadurch wird die Welligkeit in einfacher Art und Weise aber wirksam reduziert, so dass sich die Gebrauchsdauer des Lagers gegenüber nicht mit dem Verfahren behandelten Flächen, die entsprechend handelsüblicher Rundheiten gefertigt sind, bis über das 3-fache hinaus verlängert. Dies haben entsprechend Versuche gezeigt.
Das Verfahren kann dabei werksseitig oder auch bei der Montage erst auf einer Baustelle angewandt werden.
Eine entsprechende Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens umfasst dabei den besagten Abrichtkörper sowie eine Anordnung mit entsprechenden Halte- und Bewegungsmitteln für das gegeneinander gerichtete Hin- und Herbewegen sowie das Verdrehen.
Mit dem Verfahren sind prinzipiell alle Lagertypen und -größen behandelbar; als besonders bevorzugter Anwendungsfall sind dabei allerdings mittlere und große Lager hervorzuheben, wie sie unter anderem in großtechnischen Windkraftanlagen eingesetzt werden.
Generell ist das erläuterte Vorgehen nicht auf eine Wellenoberfläche und einen Lagerinnenringinnenmantel begrenzt, sondern kann auf jede Sitzflächen-Lageroberflächen-Paarung angewandt werden, bei der eine Welligkeit auftreten kann und bei Betrieb des Lagers zu Einbußen hinsichtlich der Gebrauchsdauer des Lagers führt.
Somit ergibt sich eine einfache, kostengünstige und jederzeit anwendbare Möglichkeit zur Welligkeitsreduzierung, was vorteilhaft eine signifikant längere Lagergebrauchsdauer zur Folge hat. Dies gilt insbesondere auch im Retrofit-Bereich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt in perspektivischer Darstellung ein Wellenteil, das mit einem Abrichtwerkzeug bearbeitet wird, bevor auf dem Wellenteil ein Lagerinnenring montiert wird.
In der Figur ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren angedeutet, wie es zum Einsatz kommt, wenn die Welligkeit eines Wellenteils 1 an seiner zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 für die Aufnahme eines Wälzlager-Innenringes vermindert werden soll, um die Gebrauchsdauer des Lagers zu erhöhen.
Dargestellt ist in der Figur ein Wellenteil 1, das vor seiner Montage mit einem Abrichtwerkzeug 3 bearbeitet wird, das eine Kalibrierfläche 4 aufweist.
Die Kalibrierfläche 4 besteht aus einem präzise rund bearbeiteten Abschnitt des Abrichtwerkzeugs 3, mit dem das Wellenteil 1 bearbeitet wird, bevor auf dem Wellenteil 1 der - nicht dargestellte - Lagerinnenring montiert wird.
Das Abrichtwerkzeug 3 besteht im wesentlichen aus einem relativ massiv ausgebildeten Bauteil, das aus sehr hartem Material besteht und in seinem Inneren die Kalibrierfläche 4 aufweist. Diese ist gemäß der Geometrie der zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 des Wellenteils 1 oder im Verhältnis zu dieser mit einer Übergangspassung, eventuell auch mit einer leichten Presspassung, ausgebildet.
Wird nun das Abrichtwerkzeug 3 auf das Wellenteil 1 im Bereich der zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 platziert, erfolgt erfindungsgemäß ein relatives Verschieben des Abrichtwerkzeugs 3 zum Wellenteil 1 in Achsrichtung a, was durch den Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Welligkeit der zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 wird damit abgebaut, d. h. die Rundheit der zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 wird erhöht.
Dies erhöht die Gebrauchsdauer der Lageanordnung wesentlich, wenn nun im Fortgang des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der zylindrischen Gegen-Sitzfläche 2 ein Lagerinnenring montiert wird.
Wie oben bereits erläutert, wird das Abrichtwerkzeug 3 mindestens ein Mal in Achsrichtung a relativ zum Wellenteil 1 bewegt. Dies kann allerdings auch mehrmals erfolgen, wobei zwischen den einzelnen Bewegungsabschnitten relative Verdrehungen um die Achse a erfolgen (s. Dreh-Pfeile in der Figur).
Für die Bearbeitung der zylindrischen Sitzfläche des Lagerinnenrings, der zylindrischen Sitzfläche des Lageraußenrings sowie der zylindrischen Bohrung in einem Bauteil (Gehäuse) kann analog vorgegangen werden, um die jeweiligen Kontaktflächen zwischen den Bauteilen in ihrer Rundheit zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Wellenteil
2: zylindrische Gegen-Sitzfläche
3: Abrichtwerkzeug
4: Kalibrierfläche
a: Achsrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, wobei die Lageranordnung ein Lager mit mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring umfasst, wobei der Innenring mit einer zylindrischen Sitzfläche auf einem Wellenteil (1) mit zylindrischer Gegen-Sitzfläche (2) angeordnet wird, wobei der Außenring mit einer zylindrischen Sitzfläche in einer zylindrischen Aufnahmebohrung eines Bauteils, insbesondere eines Gehäuses, angeordnet wird und wobei das Wellenteil (1) eine Achsrichtung (a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Herstellen des Lagers samt Innenring und Außenring sowie des Wellenteils (1) und des Bauteils durch mechanische Fertigung; b) Anordnen eines Abrichtwerkzeugs (3) mit einer zylindrischen Kalibrierfläche (4) auf dem Wellenteil (1) und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche in der zylindrischen Sitzfläche des Innenrings und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche auf der zylindrischen Sitzfläche des Außenrings und/oder Anordnen eines Abrichtwerkzeugs mit einer zylindrischen Kalibrierfläche in der zylindrischen Sitzfläche des Bauteils; c) Ausführen einer mindestens einmaligen relativen Verschiebebewegung in Achsrichtung (a) zwischen dem Abrichtwerkzeug (3) und dem Wellenteil (1) und/oder dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Bauteil; d) Montieren des Lagers zwischen dem Wellenteil (1) und dem Bauteil.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) gemäß Anspruch 1 mindestens zwei Mal ausgeführt wird, wobei zwischen den mindestens zwei Ausführungen eine relative Verdrehung des Abrichtwerkzeugs (3) und des von diesem bearbeiteten Wellenteils (1), Innenrings, Außenrings oder Bauteils um die Richtung der Achse (a) des Wellenteils (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrichtwerkzeug (3) verwendet wird, dessen zylindrische Kalibrierfläche (4) hinsichtlich ihres Durchmessers passgenau zur zylindrischen Sitzfläche des Innenrings, zur zylindrischen Gegen-Sitzfläche (2) des Wellenteils (1), zur zylindrischen Sitzfläche des Außenring und/oder zur zylindrischen Sitzfläche des Bauteils ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrichtwerkzeug (3) verwendet wird, dessen zylindrische Kalibrierfläche (4) hinsichtlich ihres Durchmessers mit Übergangspassung oder Presspassung zur zylindrischen Sitzfläche des Innenrings, zur zylindrischen Gegen-Sitzfläche (2) des Wellenteils (1), zur zylindrischen Sitzfläche des Außenring und/oder zur zylindrischen Sitzfläche des Bauteils toleriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Verschiebebewegung gemäß Schritt c) von Anspruch 1 hinsichtlich des axialen Verschiebeweges so erfolgt, dass mindestens der gesamte spätere Kontaktbereich zwischen Wellenteil (1) und/oder Innenring und/oder Außenring und/oder Bauteil vom Abrichtwerkzeug (3) überstrichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrichtwerkzeug (3) verwendet wird, dessen die zylindrische Kalibrierfläche (4) bildender Bereich eine größere Härte aufweist als diejenige des Wellenteils (1), des Innenrings, des Außenring und/oder des Bauteils.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrichtwerkzeug (3) verwendet wird, dessen zylindrische Kalibrierfläche (4) eine Rundheit aufweist, die mindestens um den Faktor 10 genauer ausgebildet ist als diejenige des Wellenteils (1), des Innenrings, des Außenring und/oder des Bauteils vor der Durchführung des Schritts c) gemäß Anspruch 1.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer Lageranordnung mit einem Lager mit einem Innenring mit einer zylindrischen Sitzfläche und einem Außenring mit einer zylindrischen Sitzfläche, mit einem Wellenteil (1) mit einer zylindrischen Gegen-Sitzfläche (2) und einem Bauteil mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung, die aufweist: - ein Abrichtwerkzeug (3) mit einer zylindrischen Kalibrierfläche (4), - ein Halteelement zum Halten des Innenrings und/oder des Außenrings und/oder des Wellenteils (1) und/oder des Bauteils, - ein Bewegungselement zum Erzeugen einer relativen Verschiebebewegung in Achsrichtung (a) zwischen dem Abrichtwerkzeug (3) und dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Wellenteil (1) und/oder dem Bauteil.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zweites Bewegungselement zum Erzeugen einer relativen Verdrehung um die Richtung der Achse (a) zwischen dem Abrichtwerkzeug (3) und dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder dem Wellenteil (1) und/oder dem Bauteil aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug (3) zumindest in seinem Bereich, der die zylindrische Kalibrierfläche (4) bildet, aus hartem Material besteht, insbesondere aus ultrahartem Metall, aus keramischem Material, aus Korund, aus Diamant, aus Siliziumkarbid oder aus Bornitrid.