DE3925388A1

DE3925388A1 - Verfahren zum verspannen von waelzlagern

Info

Publication number: DE3925388A1
Application number: DE3925388A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Anthofer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-02-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer definierten Vorspannkraft auf Wälzlager einer Welle, insbesondere auf Kegelrollenlager einer Kegel radwelle eines Kegelradgetriebes, wobei eine an der Welle angreifende und sich an einer Stütze abstützende Bundmutter unter Berücksichtigung zuvor ermittelter Lagerreibmomente gezielt verschraubt wird.

Wälzlager insbesondere der oben genannten Art müssen bei der Montage gezielt verspannt werden, um einen einwand freien Lauf beispielsweise des Kegelradgetriebes sicher zustellen. In der Serienmontage bauartgleicher Bauein heiten, beispielsweise Kegelrad-Getriebeeinheiten, ist es bislang üblich, für jede Baueinheit unter Aufbringung einer definierten Axialkraft auf die mit einer definier ten Drehzahl umlaufende Welle vorab das jeweilige Lagerreibmoment zu ermitteln. Anschließend daran wird zumeist an einem anderen Montageort die Bundmutter aufgebracht. Diese wird dabei solange verschraubt, bis sich wiederum bei der definierten Wellendrehzahl das zuvor für die definierte Axialkraft ermittelte Lager reibmoment einstellt. Hierdurch wird sichergestellt, daß jede Bau- bzw. Getriebeeinheit in ihren Wälzlagern mit exakt der zuvor aufgebrachten Axialkraft verspannt ist.

Dieses Verfahren ist insofern von Nachteil, als die ursprüngliche Bestimmung des Lagerreibmomentes in Abhängigkeit der definierten Axialkraft sowie die nachträgliche Verspannung bis zum Erreichen des gleichen Lagerreibmomentes zeitlich und/oder örtlich voneinander getrennt folgt. Da die Höhe des Lagerreibmomentes aber auch durch das aktuelle Temperaturniveau bestimmt wird, dieses jedoch aufgrund der zeitlichen und/oder örtlichen Trennung in den beiden Bearbeitungsstationen verschieden sein kann, ist das oben beschriebene Verfahren fehler behaftet. Ferner ist dieses Verfahren mit hohem Aufwand verbunden. Ein exakteres Verfahren aufzuzeigen, hat sich daher die Erfindung zur Aufgabe gestellt.

Zur Lösung der Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs vorgesehen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß unabhän gig von der jeder Bau- bzw. Getriebeeinheit individuel len Lagerreibmomenten-Kennlinie (Abhängigkeit des Lagerreibmomentes von der Vorspannkraft) eine definierte Vorspannkraft genau und auf einfache Weise dadurch aufgebracht werden kann, daß ausgehend von einem gerade eben verspannungsfreien Nullpunkt die Bundmutter um einen bauartspezifischen Vorspannwinkel verdreht wird. Der bauartspezifische Vorspannwinkel muß dabei lediglich einmal ermittelt werden und kann hiernach an sämtlichen Baueinheiten der gleichen Bauart, beispielsweise Getrie beeinheiten des gleichen Kegelradgetriebes, zur Anwen dung kommen. Wesentlich für die Anwendbarkeit dieses bauartspezifischen Vorspannwinkels ist jedoch das Auffinden des gerade eben verspannungsfreien Nullpunk tes. In diesem Nullpunkt kommen die Lagerringe des Wälzlagers zu Beginn der Verspannphase erstmals mit allen Wälzkörpern in Kontakt. Dieser Nullpunkt wird nach der Erfindung aus der Kennlinie des Lagerreibmomentes ermittelt. Hierdurch wird der serienmäßige Einsatz dieses Verfahrens ermöglicht, wobei die Ermittlung der Lagerreibmoment-Kennlinie gleichzeitig und somit auch am gleichen Ort mit der Montage der Bundmutter erfolgt.

Anspruch 2 beschreibt ein vorteilhaftes Verfahren zur Nullpunkt-Ermittlung näher. Danach erfolgt zunächst ein Verspannen bis zu einem sogenannten Schwell-Lagerreib moment. Unter weiterem winkelgesteuerten Verschrauben der Bundmutter werden hiernach die zugehörigen Lager reibmomente gemessen. Beispielsweise mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse oder durch Differenzieren gemäß Anspruch 3 läßt sich hieraus der Anstiegswinkel des Lagerreibmomentes in Abhängigkeit vom Bundmutter- Schraubwinkel berechnen. In Kenntnis dieses Anstieg winkels kann vorteilhafterweise auf dem im Anspruch 4 angegebenen Wege der sogenannte Voranziehwinkel, der ausgehend vom gerade eben verspannungsfreien Nullpunkt bis zum Erreichen des Schwell-Lagerreibmomentes durch laufen wurde, berechnet werden. Der gerade eben ver spannungsfreie Nullpunkt liegt somit bei dem um den Voranziehwinkel verringerten Bundmutter-Schraubwinkel bei Erreichen des Schwell-Lagerreibmomentes. Ausgehend von diesem Punkt ist die Bundmutter zur Erzielung der gewünschten Vorspannkraft somit noch um den um den Voranziehwinkel verringerten bauartspezifischen Vor spannwinkel anzuziehen. Die Differenz dieser beiden Winkel wird im folgenden als Nachanziehwinkel bezeich net. Der Anziehvorgang kann dann entweder dadurch erfolgen, daß die Bundmutter, die ja zur Ermittlung der Lagerreibmoment-Kennlinie bereits über das Schwell- Lagerreibmoment hinaus verschraubt wurde, wieder bis zu diesem Schwell-Lagerreibmoment zurückgedreht wird. Es ist aber auch möglich, den hierbei durchlaufenen so genannten Meßwinkel vom Nachanziehwinkel zu subtrahie ren.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Kegelradgetriebes sowie der in den Fig. 2a, 2b gezeigten Lagerreibmoment- Kennlinien wird im folgenden ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Das im Teilschnitt gezeigte Kegelradgetriebe aus Fig. 1 enthält eine Kegelradwelle 1, die ein Abtriebskegelrad 2 trägt. Letzteres kämmt mit einem Antriebskegelrad 3. Die Kegelradwelle 1 ist mittels zweier Kegelrollenlager 4 im Gehäuse des Kegelradgetriebes gelagert. Um einen ein wandfreien Lauf des Kegelradgetriebes sicherzustellen, müssen diese Kegelrollenlager 4 definiert verspannt werden. Hierzu ist auf den freien Endzapfen 5 der Kegelradwelle 1 ein Gewinde aufgeschnitten. Dieses Gewinde trägt eine Bundmutter 6, die sich auf einer bezüglich der Kegelradwelle 1 axial verschiebbaren Abtriebs-Flanschscheibe 7 abstützt.

Durch Verschrauben der Bundmutter 6 ist es somit mög lich, auf die Kegelrollenlager 4 eine Vorspannkraft aufzubringen. Zur sicheren Funktion muß diese eine definierte Höhe aufweisen. Hierzu wird für das gezeigte Kegelradgetriebe einmal an einer einzigen Baueinheit ein sogenannter Vorspannwinkel ermittelt, um welchen die Bundmutter ausgehend von einem gerade eben verspannungs freien Nullpunkt verdreht wird. Dieser einmal ermittelte Vorspannwinkel prägt sämtlichen Getriebeeinheiten der gleichen Bauart nahezu gleiche Lager-Vorspannkräfte auf. Hierzu gilt es jedoch, den gerade eben verspannungs freien Nullpunkt sicher und auf einfache Weise zu ermitteln. Dieses Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 2a erläutert: Die Fig. 2a, 2b zeigen im wesentlichen eine Lagerreib moment-Kennlinie 10 sowie eine hieraus abgeleitete Regressionsgerade 11. Die Lagerreibmoment-Kennlinie 10 stellt den Verlauf des Lagerreibmomentes M (Ordinate) in Abhängigkeit vom Bundmutter-Schraubwinkel ϕ (Abszisse) dar.

Ausgehend von einem Schraubwinkel ϕ₁ werde die Bundmutter zunächst so weit verschraubt, bis unter kontinuierlicher Messung des Lagerreibmomentes bei einer vorgegebenen Drehzahl der Kegelradwelle 1 das sogenannte Schwell- Lagerreibmoment M* erreicht ist. Hierbei wurde der gerade eben verspannungsfreie Nullpunkt überschritten.

Danach erfolgt ein winkelgesteuertes weiteres Verschrau ben der Bundmutter, wobei für die einzelnen Schraub winkel ϕ_i die jeweiligen Lagerreibmomente M_i gemessen werden. Mit Hilfe einer Vielzahl von Meßpunkten (bei spielsweise n = 100) ergibt sich somit die Lagerreib moment-Kennlinie 10.

Mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse läßt sich hiernach der Anstiegswinkel α des Lagerreibmomentes nach folgender Formel berechnen:

Dieser Anstiegswinkel erlaubt es schließlich, den gerade eben verspannungsreien Nullpunkt (ϕ=0) zu bestimmten. Hierzu wird der zwischen dem Nullpunkt sowie dem Schwell-Lagerreibmoment M* durchlaufende Voranziehwinkel β als Quotient des Schwell-Lagerreibmomentes M* mit dem Tangens des Anstiegswinkels α gebildet:

Der sogenannte Nachanziehwinkel γ, um den die Bund mutter nach Erreichen des Schwell-Lagerreibmomentes M* noch verdreht werden muß, ermittelt sich somit wie folgt:

γ = ω - β.

Um diesen Nachanziehwinkel γ ist somit die Bundmutter zu verdrehen, wenn sie zuvor in die Position des Schwell- Lagerreibmomentes M* (ϕ=ϕ*) gefahren wurde. Hier ist aber auch eine andere Vorgehensweise möglich. Im Wege der Ermittlung der Lagerreibmomente M_i in Abhängigkeit von den Bundmutter-Schraubwinkeln wurde ein sogenannter Meßwinkel ε durchlaufen. Ausgehend von dieser Position (ϕ=Φ₂) muß die Bundmutter somit ledig lich um einen sogenannten Restwinkel δ, der sich als Differenz des Nachanziehwinkels γ mit dem Meßwin kel ε ergibt (δ=γ=ε), verschraubt werden, um die gewünschte Vorspannkraft aufzubringen.

Fig. 2b zeigt die Lagerreibmoment-Kennlinie einer anderen Getriebe-Baueinheit der gleichen Getriebe-Bau art. Man erkennt, daß bis zum Erreichen des Schwell- Lagerreibmomentes M* hier ein größerer Voranziehwinkel β erforderlich ist. Folglich ergibt sich ein gerin gerer Nachanziehwinkel γ , um für die beiden Getriebe- Baueinheiten aus den Fig. 2a, 2b die gleiche, durch den Vektor 12 zwischen den beiden Figuren symbolisierte Lager-Vorspannkraft aufzubringen.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer definierten Vor spannkraft auf Wälzlager einer Welle, insbesondere auf Kegelrollenlager (4) einer Kegelradwelle (1) eines Kegelradgetriebes, wobei eine an der Welle (1) angreifende und sich an einer Stütze abstützen de Bundmutter (6) unter Berücksichtigung zuvor ermittelter Lagerreibmomente gezielt verschraubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bundmutter (6) ausgehend von einem gerade eben verspannungsfreien Nullpunkt (Bundmutter-Schraubwinkel ϕ=0) um einen bauartspezifischen Vorspannwinkel (ω) verdreht wird, wobei der Nullpunkt aus der Kennlinie (10) des Lagerreibmomentes in Abhängigkeit vom Bund mutter-Schraubwinkel (ϕ) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

2.1 Verschrauben der Bundmutter, bis nach Überschreiten des gerade eben verspannungsfreien Nullpunktes (ϕ=0) ein Schwell-Lagerreibmoment (M*) erreicht wird,
2.2 Winkelgesteuertes Verschrauben der Bundmutter unter stetiger Ermittlung der zugehörigen Lagerreibmomente (Wertepaare ϕ_i, M_i)
2.3 Berechnung des Anstiegswinkels (α) des Lagerreib momentes in Abhängigkeit vom Schraubwinkel (ϕ)
2.4 Berechnung des unter 2.1 nach Überschreiten des Nullpunktes bereits durchlaufenen Voranziehwinkels (β)
2.5 Berechnung des ab Erreichen des Schwell-Lagerreib momentes (M*) noch zu verschraubenden Nachanzieh winkels (γ) durch Differenzbildung zwischen den bauartspezifischen Vorspannwinkel (ω) und dem Voranziehwinkel (β)
2.6 Verschrauben der Bundmutter um einen Restwinkel (δ), der sich ermittelt aus dem Nachanziehwinkel (γ) unter Berücksichtigung des unter 2.2 bereits durchlaufenen Meßwinkels (ε).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des An stiegswinkels (α) aus den zu verschiedenen Schraubwinkeln (ϕ₁) ermittelten Lagerreibmomenten (M_i) mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse oder durch Differenzierung berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Voranziehwinkel (β) als Produkt des Schwell-Lagerreibmomentes (M*) mit dem Kotangens des Anstiegswinkels (α) berech net wird.