DE102019129271B3

DE102019129271B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Montage eines Gleitlagers

Info

Publication number: DE102019129271B3
Application number: DE102019129271.9A
Authority: DE
Inventors: Stanislav Frank
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: WO2021083447A1; US11802590B2; CN114531892A; US20220403890A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Montage eines einen Innenring (2) und einen geteilten Außenring (3) aufweisenden Gleitlagers (1), insbesondere Gelenklagers, umfasst einen zur Aufnahme des Außenrings (3) vorgesehenen Spannring (7), wobei dessen Innendurchmesser maximal dem Außendurchmesser des Außenrings (3) in dessen maximal komprimiertem Zustand entspricht. Zum Aufschrumpfen des Spannrings (7) auf den Außenring (3) sowie zum Lösen des Spannrings (7) vom Außenring (3) ist eine den Spannring (7) aufheizende Temperierungsvorrichtung (9), insbesondere in Form einer Induktionsheizvorrichtung, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Montage eines Gleitlagers, insbesondere Gelenklagers. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Gleitlagers.
Aus der DE 10 2006 044 637 A1 ist ein Gelenklager bekannt, welches einen Außenring und einen Innenring aufweist, die als geteilte Ringe ausgebildet sind. Der Innenring des Gelenklagers ist durch zwei geteilte Spannringe zusammengehalten.
Die WO 2011/020464 A1 offenbart einen Lagerring für ein Wälzlager oder ein Gleitlager, welcher einen Grundkörper sowie eine Beschichtung umfasst. Hierbei weist der Grundkörper einen faserverstärkten Kunststoff mit in einer Kunststoff-Matrix, insbesondere in einer ausgehärteten Harz-Matrix, angeordneten Fasern auf, während das Beschichtungsmaterial eine Keramik umfasst.
Die DE 10 2018 200 309 A1 beschreibt eine Wälzlageranordnung mit einem Außenring und einem Innenring, wobei der Außenring einen zusätzlichen Stützring aufweist, der sich mindestens über einen konzentrisch zur Drehachse der Wälzlageranordnung verlaufenden axialen Teilbereich des Außenrings erstreckt.
Verschiedene Varianten von Gleitmaterialien, welche zur Verwendung in Gleitlagern vorgesehen sind, sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2010 023 647 A1 , WO 2015 / 172 781 A1 und DE 10 2008 031 824 B4 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Gleitlagers gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich einer besonders hohen Prozesssicherheit sowie einer langfristigen Verwendbarkeit von Montagekomponenten weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine zur Montage eines Gleitlagers mit geteiltem Außenring ausgebildete Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Gleitlagers gemäß Anspruch 6. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Montagevorrichtung und umgekehrt.
Die Vorrichtung nach dem Anspruch 1 ist dazu ausgebildet, ein Gleitlager, insbesondere in Form eines Gelenklagers, mit einem typischerweise einteiligen Innenring und einem geteilten Außenring zu montieren. Unter einem geteilten Außenring wird ein Lageraußenring verstanden, welcher mindestens eine Trennfuge aufweist. Auch ein komplett geteilter Außenring, das heißt ein Außenring mit zwei Trennfugen, insbesondere Sprengfugen, welche einander am Umfang des Außenrings diametral gegenüberliegen, fällt unter die Definition eines geteilten Außenrings.
Zur Aufnahme des Außenrings während der Montage ist in jedem Fall ein Spannring vorgesehen, dessen Innendurchmesser maximal dem Außendurchmesser des Außenrings in dessen maximal komprimiertem Zustand entspricht. Weiter ist eine zum Aufheizen des Spannrings ausgebildete Temperierungsvorrichtung vorgesehen, welche zum einen ein Aufschrumpfen des Spannrings auf den Außenring und zum anderen ein Lösen des Spannrings vom Außenring ermöglicht.
Bei der Temperierungsvorrichtung handelt es sich in bevorzugter Ausgestaltung um eine Induktionsheizvorrichtung, das heißt einen Induktor. Die Induktionsheizvorrichtung ist vorzugsweise zur Erzeugung eines elektrischen Stroms mit einer Frequenz von mindestens 10 kHz ausgebildet. Mit einem solchen hochfrequenten Wechselstrom ist es unter Nutzung des Skin-Effekts möglich, gezielt oberflächennahe Bereiche des Spannrings aufzuheizen. Ein Wärmeeintrag in nicht zu erwärmende Teile, insbesondere den Außenring, wird damit minimiert. In bevorzugter Verfahrensführung beträgt der Wärmeeintrag in den Außenring beim Aufheizen des Spannrings maximal 20 %, insbesondere nicht mehr als 10 %, des Wärmeeintrags in den Spannring.
Bei dem Gleitlager handelt es sich vorzugsweise um ein Gelenklager, wobei der Spannring entsprechend der Form des Außenrings eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche aufweist. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Spannrings ist in vorteilhafter Ausgestaltung höher als die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Außenrings.
Allgemein umfasst das Verfahren zur Montage eines Gleitlagers folgende Schritte:

- Bereitstellung eines Innenrings als ersten Lagerring,
- Bereitstellung eines zweiten Lagerrings, nämlich Außenrings, welcher mindestens eine Trennfuge, insbesondere in Form einer Sprengfuge, aufweist,
- Auskleiden des Außenrings mit einem in diesem Verfahrensstadium noch ungehärteten Gleitbelag,
- Einsetzen des Innenrings in den Außenring, wobei der Außenring zumindest geringfügig aufgebogen wird und der Gleitbelag, insbesondere in Form eines Gleitgewebes, sich weiterhin im ungehärteten Zustand befindet,
- Aufschrumpfen eines Spannrings auf den Außenring,
- Aushärten des Gleitbelags bei aufgesetztem Spannring,
- Aufheizen des Spannrings und Demontage des Spannrings vom Außenring.

Das Aufheizen des Spannrings erfolgt vorzugsweise sowohl vor dem Aufschrumpfen als auch zu einem späteren Zeitpunkt, zum Zweck der Demontage, mittels Induktion. Die Aushärtung des Gleitgewebes erfolgt vollständig bei auf den Außenring aufgesetztem Spannring. Der Spannring sorgt während der gesamten Aushärtedauer dafür, dass sich die Trennfuge nicht aufweiten kann. Nach erfolgter Aushärtung des Gleitgewebes verbleibt der Außenring in der Form, in die er durch den Spannring gezwungen wurde. Die Trennfuge kann in späteren Fertigungsschritten, beim Einbau des Gleitlagers in eine Umgebungskonstruktion, zur Anzeige der Winkellage des Außenrings genutzt werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Spannring praktisch keinem Verschleiß ausgesetzt ist, einfach handhabbar ist, sowie vor seiner Verwendung im Rahmen der Montage des Gleitlagers keiner Vorbehandlung bedarf. Insgesamt ist das Montageverfahren damit rationell durchführbar, wobei ein und derselbe Spannring für eine große Zahl nacheinander zu montierender Gleitlager nutzbar ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine einen Spannring umfassende Vorrichtung zur Montage eines Gleitlagers,
2 das Gleitlager sowie den Spannring in stirnseitiger Ansicht.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Gleitlager ist als Gelenklager ausgebildet und umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3 als Gleitlagerringe. Im Unterschied zum Innenring 2 weist der Außenring 3 eine Sprengfuge 4 auf und gilt damit als geteilter Lagerring. Im Außenring 3 gehaltene Dichtringe sind mit 8 bezeichnet.
Der Außenring 3 ist aus einem metallischen Grundkörper 5 und einem den Innenring 2 kontaktierenden Gleitbelag 6 aufgebaut. Der Gleitbelag 6 umfasst ein Gleitgewebe. Bestandteile des Gleitgewebes sind in einer Harz-Matrix aufgenommene Fasern, insbesondere PTFE- und/oder Kohlenstofffasern. Die Mittelachse des Gleitlagers 1 ist mit M bezeichnet. Der Innenring 2 ist gegenüber dem Außenring 3 um einen Winkel α kippbar.
Um den Innenring 2 in den Außenring 3 mit noch nicht ausgehärtetem Gleitbelag 6 einzusetzen, wird der Außenring 3 geringfügig aufgebogen. Anschließend wird die Trennfuge 4, das heißt Sprengfuge, mit Hilfe eines Spannrings 7, welcher auch als Aushärteschelle bezeichnet wird, wieder geschlossen.
Solange die Temperatur des Spannrings 7 der Temperatur des Außenrings 3 entspricht, weist der Spannring 7 einen Innendurchmesser auf, der maximal dem Außendurchmesser des Außenrings 3 entspricht. Der Spannring 7 ist somit in diesem Zustand nicht auf dem Außenring 3 montierbar.
Um eine Montage des Spannrings 7 auf dem Außenring 3 zu ermöglichen, wird der Spannring 7 mit Hilfe einer Temperierungsvorrichtung 9, die als Induktionsheizvorrichtung ausgebildet und in 1 symbolisiert angedeutet ist, aufgeheizt. Die Induktionsheizvorrichtung 9, welche kurz auch als Induktor bezeichnet wird, erzeugt Wechselstrom mit einer Frequenz von mindestens 10 kHz. Ein ringförmiger Spalt zwischen dem Induktor 9 und dem Spannring 7 ist in den 1 und 2 mit S_p bezeichnet.
Die hohe Frequenz des Wechselstroms sorgt unter Ausnutzung des an sich bekannten Skin-Effekts dafür, dass der Stromfluss und damit auch die Aufheizung hauptsächlich an der Oberfläche des Spannrings 7 erfolgt. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Spannrings 7 ist höher als die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Außenrings 3 sowie des Innenrings 2.
Der aufgeheizte Spannring 7 wird auf den Außenring 3 des Gleitlagers 1 aufgesetzt, so dass sich die in den 1 und 2 dargestellte Konstellation ergibt. Durch die anschließende Abkühlung des Spannrings 7, die eintritt, sobald der Spannring 7 auf den Außenring 3 aufgesetzt ist, erzeugt der Spannring 7 eine signifikante auf den Außenring 3 wirkende Spannkraft. Die Trennfuge 4 ist in diesem Zustand, das heißt bei aufgeschrumpftem Spannring 7, geschlossen. Das Aushärten des Gleitbelags 6 erfolgt vollständig bei auf das Gleitlager 1 aufgesetztem Spannring 7.
Zum Abnehmen des Spannrings 7 nach erfolgter Aushärtung des Gleitbelags 6 wird der Spannring 7 erneut mit Hilfe der Induktionsheizvorrichtung 9 aufgeheizt, wobei lediglich eine geringe Wärmemenge in den Außenring 3 eingetragen wird. Im Vergleich zu der in den Spannring eingetragenen Wärmemenge beträgt die in den Außenring 3 eingetragene Wärmemenge nicht mehr als 10%, so dass - auch wegen der geringen Aufheizdauer - nur eine geringe, praktisch nicht mit einer Durchmesseränderung verbundene Erwärmung des Außenrings 3 auftritt. Insbesondere der bereits erwähnte Skin-Effekt sorgt dafür, dass die Aufheizgeschwindigkeit des Spannrings 7 deutlich höher als die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung vom Spannring 7 an den Außenring 3 ist. Durch das wärmebedingte Ausdehnen des Spannrings 7 bei dessen Demontage entsteht außerdem ein in den Figuren nicht sichtbarer Luftspalt zwischen Spannring 7 und Außenring 3. Dieser Luftspalt wirkt als Isolator, welcher die Wärmeübertragung zwischen dem Spannring 7 und dem Außenring 3 minimiert.
Durch die temperaturbedingte Ausdehnung des Spannrings 7 kann dieser praktisch ohne Kraftaufwand vom Gleitlager 1 abgenommen werden, wobei je nach Ausrichtung des Gleitlagers 1 sogar ein Abfallen des Spannrings 7 durch Schwerkraft möglich ist. Der Außenring 3 mit gehärtetem Gleitbelag 6 hat anschließend eine stabile Gestalt, so dass keine weitere Stabilisierung des Außenrings 3, etwa mit einem zusätzlichen Ring, erforderlich ist. Der Spannring 7 unterliegt bei dem Montagevorgang keinem technisch relevanten Verschleiß und ist somit für die prozesssichere Montage einer hohen Anzahl gleichartiger Gleitlager 1 nutzbar.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Trennfuge, Sprengfuge
5: Grundkörper
6: Gleitbelag
7: Spannring
8: Dichtring
9: Temperierungsvorrichtung, Induktor
α: Winkel
M: Mittelachse
S_p: Spalt

Claims

Vorrichtung zur Montage eines mehrere Gleitlagerringe (2, 3), nämlich einen Innenring (2) und einen geteilten Außenring (3), aufweisenden Gleitlagers (1), mit einem zur Aufnahme des Außenrings (3) vorgesehenen Spannring (7), dessen Innendurchmesser maximal dem Außendurchmesser des Außenrings (3) in dessen maximal komprimiertem Zustand entspricht, und mit einer ein Aufschrumpfen des Spannrings (7) auf den Außenring (3) sowie ein Lösen des Spannrings (7) vom Außenring (3) ermöglichenden, zum Aufheizen des Spannrings (7) vorgesehenen Temperierungsvorrichtung (9).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (9) als Induktionsheizvorrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (9) zur Erzeugung eines Stroms mit einer Frequenz von mindestens 10 kHz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1) als Gelenklager ausgebildet ist und der Spannring (7) eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (7) eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit als der Außenring (3) aufweist.
Verfahren zur Montage eines Gleitlagers (1), mit folgenden Schritten: - Bereitstellung eines ersten Lagerrings, nämlich eines Innenrings (2), - Bereitstellung eines zweiten Lagerrings, nämlich eines Außenrings (3), welcher mindestens eine Trennfuge (4) aufweist, - Auskleiden des Außenrings (3) mit einem noch ungehärteten Gleitbelag (6), - Einsetzen des Innenrings (2) in den Außenring (3), wobei der Außenring (3) zumindest geringfügig aufgebogen wird und der Gleitbelag (6), sich noch im ungehärteten Zustand befindet, - Aufschrumpfen eines Spannrings (7) auf den Außenring (3), - Aushärten des Gleitbelags (6), - Aufheizen und Demontage des Spannrings (7) vom Außenring (3).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (7) sowohl vor dem Aufschrumpfen als auch vor der Demontage durch Induktion aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (7) überwiegend oberflächlich aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeeintrag in den Außenring (3) beim Aufheizen des Spannrings (7) maximal 20% des Wärmeeintrags in den Spannring (7) beträgt.