DE3038112C2 - Verfahren zum Einstellen der axialen Vorspannung einer zweireihigen Radialwälzlagerung für eine Welle und demgemäß montierte Lagerung - Google Patents
Verfahren zum Einstellen der axialen Vorspannung einer zweireihigen Radialwälzlagerung für eine Welle und demgemäß montierte LagerungInfo
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Description
Bei einer bekannten in Achsrichtung hinsichtlich Vorspannung einstellbaren zweireihigen Radialwälzlagerung
für eine in einem Gehäuse gelagerte Welle, bei der das erste Wälzlager fest im Gehäuse bzw. auf der
Welle und der Außenring des zweiten Wälzlagers im Gehäuse verschiebbar angeordnet und ihm auf der
einen Seite eine ihn in Achsrichtung vom ersten Wälzlager wegdrängende Feder und auf der anderen
Seite ein EinstellgJied für die Federkraft zugeordnet ist
(US-PS 13 99 959), ist das Einstellglied für die Federkraft ein im Gehäuse verschraubbarer Ring. Trotz des
Aufwandes für die Anordnung der beiden Gewinde sind dem durch die Ringeinstellung erzielbaren Feinheitsgrad der durch entsprechende Be- oder Entlastung der
Feder erfolgenden Vorspannungseinstellung relativ grobe Grenzen gesetzt, auch bei Anwendung eines den
Aufwand noch erhöhenden Gewindes besonders geringer Steigung. Deshalb wird die vovbekannte Vorrichtung
auch nur dazu verwendet, ein nach langer Gebrauchsdauer der Lagerung durch Verschleiß entstandenes
erkennbares Axialspiel durch entsprechende Ringeinstellung und sich dadurch ergebende neue
Vorspannungseinstellung wieder auszugleichen. Der tatsächlich bestehende ursprüngliche und der neu
eingestellte Größenwert der Vorspannung sind dabei aber nur ungefähr bekannt, und der Größenwert läßt
sich auch nur in etwa ungefährer Größenordnung bestimmbar einstellen. Die innerhalb eines Gewindeganges
erfolgende Bewegung des Einstellgliedes hat außerdem den grundsätzlichen Mangel einer einseitigen
Krafteinwirkung auf den Außenring, durch die dieser innerhalb seiner Verschiebeführung verkantet wird, was
sich dann auf den Lauf des Lagers schädlich auswirkt. Die vorbekannte Anordnung ist deshalb nicht für eine
Anwendung an Lagerungen geeignet, an die hochpräzise Laufforderungen gestellt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine im Dauerbetrieb hochtourig (n ■ dm <a 106) laufende Lagerung eine von den genannten Mängeln freie Vorspannungs-Einstellmöglichkeit zu schaffen, die es erlaubt, in einfacher Weise der Lagerung den für deren axiale Spielfreiheit erforderlichen Vorspannungswert hinreichend genau zu geben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine im Dauerbetrieb hochtourig (n ■ dm <a 106) laufende Lagerung eine von den genannten Mängeln freie Vorspannungs-Einstellmöglichkeit zu schaffen, die es erlaubt, in einfacher Weise der Lagerung den für deren axiale Spielfreiheit erforderlichen Vorspannungswert hinreichend genau zu geben.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch I genannte Erfindung gelöst.
Im wesentlichen Unterschied zum Vorbekannten
Im wesentlichen Unterschied zum Vorbekannten
wird es durch die anfänglich verschiebüche Anordnung
auch des Innenringes des zweiten Wälzlagers möglich, der Lagerung bei ihrer Montage durch eine mit
bestimmter Kraft erfolgende Belastung dieses Innenringes zunächst eine in ihrem Größenwert bekannte
überhöhe axiale Vorspannung zu geben, die danach durch mit bekannter anderer Kraft erfolgende, auf den
Außenring wirkende Entlastung präzise bis auf die dann verbleibende gewünschte bestimmte axiale Vorspannung
reduziert vird. Die Be- und die Entlastung können,l0
wie im wesentlichen im das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft weiterbildenden Anspruch 2 angegeben,
in einfacher Weise z. B. dadurch erfolgen, daß in vertikaler Stellung der Lagerung der Innen- und der
Außenring zusammen mit dem ihnen zugeordneten Festlegering bzw. Einstellglied über aufgesetzte Montagehülsen
mit entsprechend unterschiedlichen Gewichten belastet werden. Durch die Art der erfindungsgemäß
erfolgenden Belastung und Fixierung der Lagerringe auf der Welle bzw. im Gehäuse treten keine die
Lagerringe in deren Sitzen etwa verkantenden Kräfte auf, wodurch im vorteilhaften Unterschied zur vorbekannten
Einstellungsart eine hohe Laufpräi.sion gewährleistender
Sitz der Lagerringe erzielt und unter Einbeziehung der inneren Spannung der Lagerbauteile
die gegebene Vorspannung aufrechterhalten bleibt. Die nur während des Morctagevorganges verschieblich
gehaltenen Ringe des zweiten Wälzlagers können in gleicher Weise wie die ihnen zugeordneten Festlegeringe
durch Schrumpfung oder in anderer Weise, z. B. 3Ü
durch Klebung, am ihnen gegebenen Ort auf der Welle bzw. im Gehäuse festgelegt werden. Auch das trägt zur
Erzielung der hohen Laufpräzision der Lagerung bei, außerdem wird dadurch die bei der vorbekannten
Lagerung mögliche Passungsrostbildung unterbunden.
Für eine Lagerung, deren axiale Vorspannung dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend eingestellt
werden soll, gewährleistet die im Anspruch 3 genannte Gestaltung in einfacher Weise eine für den Sitz der
beiden Wälzlagerund für die Vorspannungsbestimmung förderliche hohe Lagegenauigkeit der Lagerungsbauteile
innerhalb des Lagergehäuses. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 vereinfacht und verbessert die
Lagerung noch insofern, als für die Schaffung der Abstützflächen als solche keine mechanische Bearbeitung
innerhalb des Lagergehäuses vorgenommen zu werden braucht, vielmehr durch die in das Gehäuseteil
gesetzte Hülse, die zuvor in einfacherer Weise äußerlich und stirnseitig entsprechend genau bearbeitet werden
kann, Abstützflächen so hoher Planschlaggenauigkeit x
geschaffen werden, wie sie durch spanabhebende Bearbeitung von Sacklochbohrungen im Inneren des
Lagergehäuse nicht herstellbar wären.
Die gemäß Anspruch 5 getroffene Ausbildung der beiden Wälzlager als spezielle Kugellager vereinfacht
einerseits den Aufbau und die Montage der Lagerung, hat andererseits noch den wesentlichen funktionstechnischen
Vorteil, daß sich durch die bestehende O-Anordnung der Lagerung eine große Abstützlänge und damit
eine hohe statische Steifigkeit und dynamische Stabilität M
ergibt.
Durch die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 6 und 7 wird gewährleistet, daß durch beim Lagerlauf
erfolgende Erwärmung der Welle und des Lagergehäuses der Schrumpfsitz der die beiden verschieblichen
Lagerringe fixierenden Bauteile noch verfestigt wird, also der bei der Montage der Lagerung gegebene
Vorspannlingswert sich biim Lagerlauf nicht unzulässig
ändern kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer im Längsschnitt dargestellten Lagerung näher erläutert-
Das Lagergehäuse ist zweckmäßigerweise zweiteilig und besteht aus einem Gehäuseteil 1 und der fest in
dieses eingesetzten Hülse 2 mit einem Innenraum 17. Der Hülse 2 wird dadurch ein genauer Sitz innerhalb des
Gehäuseteiles 1 gegeben, indem beim Montagevorgang in das Gehäuseteil 1 eine entsprechend lange Montagebuchse
gesetzt wird, die einen Endes mit der einen Stirnseite des Gehäuseteiles 1 bündig gehalten wird und
die mit ihrem anderen Ende einen Anschlag für die eine axiale Stirnseite der in das Gehäuseteil 1 eingeschobenen
Hülse 2 bildet Für den Montagevorgang und für die genaue Lagegebung der Hülse 2 im Gehäuseteil 1 sowie
für den festen Sitz der Hülse 2 in ihm ist es förderlich, wenn die Montage bei erwärmtem Gehäuseteil 1
erfolgt, durch Schrumpfung des sich abkühlenden Gehäuseteiles also erst eine sichere gegenseitige
Verfestigung der Teile staufindet. Damit sich dieser
Schrumpfsitz bei Lagererwärmung nr'.M locken, soll die
Hülse 2 möglichst aus einem Materi:-.! lefertägt sein,
dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Materials des Gehäuseteiles 1 ist. Die Hülse 2
bildet mit ihren beiden vorher entsprechend genau zueinander bearbeiteten axialen Stirnseiten innerhalb
des Gehäuseteiles 1 einen Anschlag 3 bzw. eine Anlagefläche 4 mit zueinander und gegenüber dem
Innenzylinder des Gehäuseteiles 1 hoher Planschlaggenauigkeit und genauem Abstand voneinander.
Die Hülse 2 kann aber auch in anderer Weise, z. B. durch Verkleben, im Gehäuseteil 1 festgelegt werden.
Die Anlagefläche 4 bildet einen Anschlag für den Außenring 5 des von der freien Stirnseite her in das
Gehäuseteil 1 einzubringenden ersten Wälzlagers, das allgemein mit 6 bezeichnet ist Dieses als selbsthaltendes
Schrägkugellager ausgebildete Wälzlager 6 wird bei noch außerhalb des Lagergehäuses befindlicher Welle 8
auf die Welle 8 montiert, die die Laufrill» 7 fi;r die
Kugeln enthält. Die Welle 8 mit dem auf sie montierten Wälzlager 6 bildet eine Baueinheit, die als solche bei der
Mortage der Lagerung so weit in das Gehäuseteil 1 hineingeschoben wird, bis der Außenring 5 satt an der
Anlagefläche 4 liegt.
Die Welle 8 lagert andererseits in einem zweiten Wälzlager 9, das ebenfalls ein Schrägkugellager ist. Die
beiden Lager 6 und 9 sind mit den Schultern ihrer Außenringe einander abgekehrt liegend montiert,
woraus sich eine sogenannte O-Anordnung der Lager ergibt, bei der durch die beim Lagerlauf in aller Regel
erfolgende stärkere Erwärmung der Welle keine die gegebene Lagerungsvorspannung unzulässig ändernde
Verspannungen auftreten. Der Außenring 10 des zweiten Wälzlagers 9 sitzt mit einem zum Preßsitz
tendierenden Übergangssitz im Gehäuseteil 1, und mit gleicher Sitzart ist sein Innenring 11 auf der Welle 8
festgelegt. Am Außenring 10 liegt eine vorzugsweise aus Tellerfedern gebildete Feder 12 an, die andererseits am
Anschlag 3 liegt und das Wälzlager 9 vom Wälzlager 6 wegzudrängen trac'.itet. Dem Innenring 11 ist ein zur
Montage der Lagerung auf die Welle 8 geschobener Festlegering 13 zugeordnet, der bei der Montage durch
Schrumpfung auf der Welle 8 festgelegt wird. Dem Außenring 10 ist ein ringförmiges Einstellglied 14
zugeordnet, das zur Montage der Lagerung in das erwärmte Gehäuseteil 1 eingeschoben wird und durch
Schrumpfung im Gehäuseteil 1 festgelegt wird. Durch Dichtungen 15 bzw. 16 ist das Lagergehäuse an seinen
beiden Stirnseiten abgeschlossen.
Oie Montage der in ihrer montierten, betriebsbereiten
Stellung der Teile dargestellten Lagerung wird in folgender Weise vorgenommen.
Nach dem schon beschriebenen Festlegen der Hülse 2 im Gehäuseteil 1 wird das Gehäuseteil I im Bereich des
Sitzes für das Wälzlager 6 erwärmt und die aus der Welle 8 und dem Wälzlager 6 bestehende Baueinheit so
weit in das Gehäuseteil I eingeschoben, bis der Außenring 5 satt an der Anlagefläche 4 der Hülse 2 liegt.
Nach dem Erkalten des Gehäuseteiles 1 ist in ihm der Außenring 5 und damit auch das Wälzlager 6 mit der
Welle 8 festgelegt. Zufolge der oben schon erwähnten besonderen Gestaltung der Hülse 2 und der ebenfalls
schon geschilderten Art ihrer Montage in das Gehäusteil ergibt sich ein mit hoher Planschlaggenauigkeit
gegenüber dem Inneren des Lagergehäuses I, 2 bestehender Sitz des Wälzlagers 6.
Das Gehäuseteil I wird danach im Bereich des Sitzes
wird. Zu diesem Zweck wird auf das in das partiell erwärmte Gehäuseteil I eingeschobene, auf dem
Außenring 10 aufliegende Einstellglied 14 eine zweite
Montagehülse aufgesetzt, die gegenüber dem Gehäuseteil
1 freisteht und mit ihrem Eigengewicht und gegebenenfalls durch zusätzlich auf die aufgesetzte
Gewichte voll auf die Teile 14 und 10 wirkt. Aus dem Gewichtsunterschied der gegenüber der ersten Montagehülse
und deren zusätzlichen Gewichtsbelastungen
ίο leichteren zweiten Montagehülse und deren zusätzlichen
Gewichtsbelastungen ergibt sich die Entlastung und die danach verbleibende, dann in ihrem Größenwert
bekannte und sonnt genau vorherbestimmbare Vorspannung,
die im Verein mit der den Bauteilen beider
Ii Wälzlager durch innere Verformungen innewohnenden
Spannung nach dem Verschrumpfen von Lagergehäuse I, Einstellglied 14 und Außenring 10 und der dadurch
erfolgenden Festlegung der feile in ihren Lagen bestehen bleibt, wenn schließlich die zweite Montage
erwärmt und dann mit der Stirnfläche 18der Welle 8 auf einen ebenen, horizontalen Montagetisch gestellt. Das
Wälzlager 6 steht dann unter der durch das Gewicht des Gehäuseteiles I, der Hülse 2 und des Außenringes 5
gegebenen Axiallast. In die nach oben offene Seite des Gehäuseteiles 1 werden nun die die Feder 12 bildenden
Tellerfederscheiben eingelegt, nachfolgend wird das Wälzlager 9 mi! seinem erwärmten Innenring 11 auf die
Welle 8 und mit seinem Außenring 10 in das Gehäuseteil 1 geschoben, auf die Welle 8 außerdem noch der
erwärmte Festlegering 13. Auf den Festlegering 13 wird danach eine die Welle 8 lose umgreifende erste
Montagehülse gesetzt, die durch ihr Eigengewicht und gegebenenfalls durch zusätzlich auf sie aufgesetzte
Gewichte voll auf den Festlegering 13 wirkt, diesen in feste Anlage an den Innenring 11 drängt und beide
Ringe 13 und 11 längs der Welle 8 verschiebt. Die von
der ersten Montagehülse ausgeübte Kraft pflanzt sich über die Wälzkörper des Lagers 9 auch auf dessen
Außenring 10 und auf die am Anschlag 3 der Hülse 2 liegende Feder 12 fort. Das durch die erste Montagehülse
gebildete Gewicht ist so groß bemessen, daß unter Verschiebung auch des Außenringes 10 ein Zusammenpressen
der Feder 12 erfolgt. Die Lagerung steht dann unter der durch die Gewichtsgabe der ersten Montagehülse
gegebenen, bestimmten axialen Vorspannung, und wenn dann durch das Abkühlen des Festlegeringes 13
und des Innenringes 11 sich diese auf der Welle 8 festschrumpfen und die erste Montagehüise vom
Festlegering 13 heruntergenommen wird, bleibt diese nun durch die gespannte Feder 12 erzeugte Vorspannung
bestehen. Durdi entsprechende Gewichtsgabe ist diese Vorspannung so hoch gewählt, daß sie deutlich
größer als die an sich für einen spielfreien Lauf der Lagerung erforderliche Vorspannung ist Die Reduzierung
dieser bestehenden Vorspannung auf die für den spielfreien Lageriauf erforderliche Vorspannung erfolgt
dadurch, daß der Außenring 10 entsprechend entlastet zweite Montagehülse bewirkt nämlich, daß die Feder 12
in dem Maße weiter zusammengedrückt wird, in welchem die Teile der beiden Wälzlager 6 und 9. die sich
unter der Kraft der ersten Montagehülse nach Art einer Feder in sich verformt und dadurch gespannt hatten,
sich durch die entsprechende Bewegung des Außenringes 10 entspannen.
Die Innendurchmesser des Innenringes Il und des
Festleger .'.ges 13 sind gegenüber dem Durchmesser der
Welle 8 so gewählt, daß bei der durch die Abkühlung dieser Ringe erfolgenden Schrumpfung der Innenring
11 schließlich mit einem zum Ptcßsitz tendierenden Übergangssitz auf der Welle 8 siut, während sich für
den Festlegering 13 schließlich ein Preßsitz auf der Welle 8 ergibt. Die Außendurchmesser des Außenringes
10 und des Einsteügliedes 14 sind gegenüber dem Innendurchmesser des Gehäuseteiles 1 so gewählt, daß
sich durch das Verschrumpfen für den Außenring 10 schließlich ebenfalls ein zum Preßsitz tendierender
Übergangssitz und für den Ring 14 ein Preßsitz im Gehäuseteil 1 ergibt.
Da bei der Vorspannungseinstellung des Wälzlagers 9 auf dieses nur von den sich verschiebenden Teilen 13
und 14 ausgehende Kräfte ausgeübt werden und die Teile 13 und 14 ihrerseits durch die vertikale Stellung
der Welle 8 und die aufgesetzten Montagehülsen nur Verschiebebewegungen hoher Verkantungsfreiheit ausführen,
ergibt sich für das Wälzlager 9 die die hohe Laufpräzision gewährleistende Einstellung und Fixierung
innerhalb des Lagergehäuses 1, 2 und gegenüber dem Wälzlager^
Die beiden Wälzlager müssen aus Funktionsgrünaen kombinierte Belastungen aufzunehmen in der Lage sein.
Anstelle der dargestellten Ausbildung der beiden Wälzlager als Schrägkugellager kann die Lagerung
auch mit Rillenkugellagern oder gegebenenfalls aus Montagegründen mit Schulterkugellagern oder Kegelrollenlagern
ausgerüstet sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Einstellen der axialen Vorspannung einer zweireihigen Radialwälzlagerung für eine
in einem Gehäuse gelagerte Welle bei der das erste Wälzlager fest im Gehäuse bzw. auf der Welle und
der Außenring des zweiten Wälzlagers im Gehäuse verschiebbar angeordnet und ihm auf der einen Seite
eine ihn in Achsrichtung vom ersten Wälzlager wegdrängende Feder und auf der anderen Seite ein
Einstellglied für die Federkraft zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daB der axial
verschiebliche Innenring (11) des zweiten Wälzlagers (9) mit Hilfe eines zunächst verschieblichen
Festlegerings (13) durch eine bestimmte, entgegen der Feder (12) gerichtete Krafteinwirkung belastet
wird, um der Lagerung bei ihrer Montage zunächst eine in ihrer Größe bekannte überhohe axiale
Vorspannung zu geben, daß der Innenring in dieser Stellung mii'els des Festlegeringes auf der Welle (8)
festgelegt wird und daß dann mit Hilfe des ebenfalls
zunächst verschieblichen Einstellgliedes (14) durch in gleicher Richtung erfolgende Krafteinwirkung auf
den Außenring (10) des zweiten Wälzlagers diese überhohe Vorspannung auf den für einen spielfreien
Lauf der Lagerung erforderlichen Wert reduziert und der Außenring in dieser Stellung mittels des
Einstellgliedes im Gehäuse (1) festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Das Gehäuse (1) wird im Bereich des zweiten Wälzlagers (sj erwärmt;
die Feder(l2) wird in das Gefc Jse eingesetzt;
das Wälzlager wird mit erwärmtem Innenring (11) auf die Welle (8) bzw. in das Geh"" use geschoben;
der dem Innenring zugeordnete, ebenfalls erwärmte Festlegering (13) wird auf die Welle geschoben;
bei auf ihrer Stirnfläche (18) senkrecht stehender Welle wird auf den Festlegering eine der Lagerung
die überhohe Vorspannung erteilende Belastung ausgeübt, bis der Festlegering auf die Welle
geschrumpft ist;
das dem Außenring (10) zugeordnete Einstellgliei)
(14) wird in das noch warme Gehäuse eingeschoben und mit einer Kraft belastet, die die bestehende
Vorspannung bis auf den für einen spielfreien Lauf der Lagerung erforderlichen Wert reduziert, bis das
Einstellglied im Gehäuse eingeschrumpft ist
3. Lagerung mit axialer Vorspannung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Innere des Lagergehäuses (1) einen axialen Anschla^ fürdie Feder (12) aufweist.
4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Lagergehäuse (1) eine Hülse (2)
fest eingesetzt ist, deren eine axiale Stirnseite den Anschlag (3) für die Feder (12) und deren andere
axiale Stirnseite die Anlagefiäche (4) für den Außenring (5) des ersten Wälzlagers (6) bildet.
5. Lagerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzlager (6, 9)
Schrägkugellager mit Außehringläüfflächen für O-Anordnungsind.
6. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Innenring (11)
des zweiten Wälzlagers (9) zugeordnete Festlegering (13) aus einem Material besteht, dessen
Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Wellenmaterials ist.
7. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Außenring
(10) des zweiten Wälzlagers (9) zugeordnete Einstellglied (14) aus einem Material besteht, dessen
Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Lagergehäusematerials ist
8. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser
des Innenringes (11) des zweiten Wälzlagers (9) gegenüber dem Durchmesser der Welle (8) und daß
der Außendurchmesser des Außenringes (10) dieses zweiten Wälzlagers gegenüber dem Innendurchmesser
des Lagergehäuses (1) so gewählt sind, daß ein Aufschrumpfen des !nnenringes auf die Welle und
ein Aufschrumpfen des Lagergehäuses auf den Außenring diese Teile (11,8 bzw. 10,1) unter einem
zum Preßsitz tendierenden Obergangssitz miteinander verbindet.
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