DE3940925C3 - Verfahren zum Einbauen einer Welle in ein Lagergehäuse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbauen einer Welle in ein Lagergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In manchen Anwendungsfällen, wie z.B. bei Tunnelvortriebsmaschinen, wird eine mit einem Drehbohrkopf oder dgl. fest verbundene Welle über zwei Axial-Pendelrollenlager oder Kegelrollenlager in ein Lagergehäuse eingebaut. Die Wälzlager übertragen im Bohrbetrieb hohe axiale und radiale Betriebsbelastungen auf das Lagergehäuse, diese können deshalb relativ große Abmessungen aufweisen. Die schweren Lagerinnenringe der Wälzlager werden oft mit loser Sitzpassung auf die Mantelfläche der Welle gesetzt, obwohl diese Innenringe im Betrieb sogenannte "Umfangslast" erhalten und daher mit reibschlüssigem Preßsitz auf die Welle gesetzt werden müßten. Z. B. empfehlen die Wälzlagerhersteller für diese Lagerinnenringe mit einem Bohrungsdurchmessers größer als 0,5 m für die Wellensitzfläche ein ISO-Toleranzfeld r6.

Bei Vorsehen einer losen Sitzpassung der Lagerinnenringe wird zwar der Ein- und Ausbau der Wälzlager erleichtert, aufgrund der losen Sitzpassung können aber die Lagerinnenringe auf der Welle im Betrieb wandern und drehen, so daß auf den Sitzflächen schädlicher Verschleiß (Reibrost) entsteht.

Die Wälzlager werden üblicherweise mit Vorspannung im Lagergehäuse eingebaut. Diese Lagervorspannung verhindert nämlich, daß der Drehbohrkopf infolge elastischer Wälzkontaktverformungen in Richtung seiner Belastung verlagert wird.

Wenn die Lagerinnenringe mit loser Sitzpassung auf die Welle gesetzt werden, wandern diese auf ihrer Sitzfläche und verursachen somit auch an ihren sich axial abstützenden Stirnflächen einen reibenden Berührungsverschleiß. Aufgrund dieses Verschleißes kann sich die beim Einbau der Wälzlager eingestellte Lagervorspannung verringern. Nach relativ kurzer Betriebszeit kann diese Lagervorspannung ganz verschwinden, so daß ein schädliches Lagerspiel entsteht.

Es ist ein Verfahren der genannten Art bekannt, bei dem das Aufweiten der Welle mit gewölbten Scheiben erfolgt, die paarweise in die Bohrung der Welle eingebaut und durch einen Bolzen gegenseitig verspannt und gegen die Bohrung der Welle verformt werden (DE-AS 10 21 656). Der vorschriftsmäßige Preßsitz des bzw. der Lagerinnenringe auf der Welle läßt sich mit diesem bekannten Verfahren nur schwer herstellen, weil die gegenseitige axiale Lage der Scheibenpaare beim Verspannen mit dem Bolzen verändert wird. Vor allem bei Wellen mit großem Durchmesser entstehen dadurch parasitäre axiale Zusatzkräfte am äußeren Umfang der Scheibenpaare. Hinzu kommt, daß das Einführen der Scheiben und Bolzen in die Bohrung der Welle und das Verspannen der Scheiben recht umständlich durchzuführen sind.

Weiterhin ist aus der Veröffentlichung "FAG Preßverbände im Kippantrieb der Konverter von LD-AC-Stahlwerken" von E. Riegler und G. Stütz in "Wälzlagertechnik" 1979-2, Seiten 66 bis 71 eine Lagerungsanordnung bekannt, bei der das Großrad des Kippantriebes durch einen Preßverband mit kegeliger Zwischenhülse auf dem Tragzapfen des Konvertergefäßes befestigt ist. Das Großrad ist außerdem mittels Zylinderrollenlagern in einem Gehäuse gelagert, von denen die radialen Kräfte des Großrades aufgenommen werden. Axial wirkende Kräfte werden von Pendelrollenlagern aufgenommen, in denen die Konverter-Tragzapfen gelagert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Einbauen einer Welle in ein Lagergehäuse bei gleichzeitigem Verbinden mit einer zweiten Welle zu schaffen, mit dem in einfacher, aber zuverlässiger Weise große Schrägwälzlager mit Preßsitz auf der Welle festgesetzt sowie ein Lagerspiel bzw. eine Lagervorspannung eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Mit den Maßnahmen nach der Erfindung wird erreicht, daß die Lagerinnenringe auf die zugehörige Mantelfläche der ersten Welle einfach aufgefädelt werden können, denn jeder Lagerinnenring hat auf seiner Mantelfläche zunächst eine lose Sitzpassung mit einem bestimmten radialen Sitzspiel. Nach dem Aufsetzen des bzw. der Lagerinnenringe auf die erste Welle können auch die Wälzkörper des bzw. der Wälzlager und ggfs. der bzw. die zugehörigen Lageraußenringe zusammen mit der ersten Welle in das Lagergehäuse eingesetzt werden.

Durch das anschließende Aufweiten der ersten Welle wird das ursprüngliche Sitzspiel des bzw. der Lagerinnenringe beseitigt, und es wird der vorschriftsmäßige feste Sitz der Lagerringe auf der ersten Welle hergestellt. Dieser Preßsitz bewirkt, daß der bzw. die Lagerinnenringe auf ihrer Sitzfläche reibschlüssig festgehalten werden, so daß diese, obwohl sie Umfangslast erhalten, auf ihrer Sitzfläche keine Relativbewegungen ausführen.

Außerdem wird durch das Aufweiten über die Kontaktflächen der Aufweitemittel eine drehfeste Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle geschaffen, so daß die erste Welle mit der zweiten Welle angetrieben werden kann.

Weiterhin wird der Vorteil erzielt, daß das ursprüngliche Lagerspiel des bzw. der Wälzlager beim elastischen Aufweiten der ersten Welle verkleinert wird. Die Verkleinerung des Lagerspiels kann so weit gehen, daß in dem bzw. den Wälzlagern am Ende der Aufweitung eine bestimmte Vorspannung herrscht.

Da die Lagerringe der beiden Schrägwälzlager an ihren tragenden Stirnflächen durch Schulterelemente in einem bestimmten axialen Abstand voneinander auf der ersten Welle festgehalten werden, läßt sich nach dem Einbau der ersten Welle und der beiden Schrägwälzlager in das Lagergehäuse ein der Größe der Aufweitung angepaßtes vorläufiges Lagerspiel in den Schrägwälzlagern einstellen. Beim anschließenden Einbau der zweiten Welle in die Bohrung der ersten Welle wird die erste Welle zusammen mit den Lagerinnenringen aufgeweitet und dementsprechend das endgültige Lagerspiel eingestellt.

Mit den Maßnahmen nach Anspruch 2 wird der Vorteil erzielt, daß die zweite Welle mit ihrer außenseitigen Kontaktfläche in die innenseitige Kontaktfläche der ersten Welle mehr oder weniger hineingedrückt werden kann. Die beiden Kontaktflächen haben dabei einen gemeinsamen Kegelwinkel einer bestimmten Größe, so daß sowohl ein verdrehsicherer reibschlüssiger Festsitz der gegenseitigen Kontaktflächen als auch eine bestimmte elastische Aufweitung der ersten Welle erzielt wird.

Die zusätzliche Maßnahme nach Anspruch 3 bewirkt, daß das axiale Eindrücken der außenseitigen Kontaktfläche der zweiten Welle in die innenseitige Kontaktfläche der ersten Welle mit verhältnismäßig kleinen axialen Eindrückkräften vorgenommen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Wälzlagerung eines Drehbohrkopfes (nicht gezeigt) für eine Tunnelvortriebsmaschine. Ein endseitiger Nabenansatz 10 einer ersten Welle aus elastischem Stahl ist mit dem Drehbohrkopf fest verbunden. Der Nabenansatz 10 ist über ein äußeres einreihiges Schrägwälzlager 11 und ein inneres einreihiges Schrägwälzlager 12 in der Bohrung eines Lagergehäuses 13 gelagert. Beide Schrägwälzlager 11, 12 sind als Axial-Pendelrollenlager ausgebildet und in sogenannter "O-Anordnung" mit ihren Lageraußenringen 18 und 19 im Lagergehäuse 13 eingebaut. Die beiden Schrägwälzlager 11, 12 haben also in Richtung zur Mittenlinie 24 der Abtriebswelle gegenseitig auseinandergehende Kraftwirkungslinien 14, 15.

Das äußere Schrägwälzlager 11 besitzt einen Lagerinnenring 16 mit einer axial nach außen weisenden tragenden Stirnfläche und das innere Schrägwälzlager 12 einen Lagerinnenring 17 mit einer axial nach innen weisenden tragenden Stirnfläche. Beide Lagerinnenringe 16, 17 sind aus Wälzlagerstahl hergestellt und tragen jeweils einen Käfig mit in diesem eingebauten Wälzkörpern.

Die Lagerinnenringe 16, 17 werden auf einer Mantelfläche 25 bzw. 26 des Nabenansatzes 10 zunächst mit loser Sitzpassung, d.h. mit einem bestimmten radialen Sitzspiel, aufgesetzt. Diese Lagerinnenringe 16, 17 können dementsprechend mit relativ kleinen Axialkräften auf dem Nabenansatz verschoben und in Stellung gebracht werden.

Beide Lagerinnenringe 16, 17 werden auf ihren tragenden Stirnflächen durch jeweils ein mit dem Nabenansatz festverbundenes Schulterelement axial abgestützt. Dabei ist das Schulterelement des Lagerinnenringes 16 durch eine mit dem Nabenansatz einstückig verbundene Schulter und das Schulterelement des Lagerinnenringes 17 durch einen über die Mantelfläche 26 des Nabenansatzes 10 radial vorragenden Abschnitt einer Endscheibe 27 gebildet. Die Endscheibe 27 ist mittels Schrauben 27A auf einer ebenen Stirnfläche des inneren Endes des Nabenansatzes 10 befestigt. Die beiden Schrägwälzlager 11, 12 bilden also zusammen mit dem Nabenansatz 10 und dem Lagergehäuse 13 eine vormontierbare selbsthaltende Baueinheit. Bei dieser Baueinheit werden die beiden Lagerinnenringe 16, 17 auf ihrer Mantelfläche 25 bzw. 26 durch Schulterelemente 27 axial festgehalten und abgestützt, so daß zwischen diesen ein vorläufiges Lagerspiel vorhanden ist.

Eine die erste Welle antreibende zweite Welle 20 wird dann mit Aufweitemitteln in eine zentrische zylindrische Bohrung 21 des Nabenansatzes 10 der ersten Welle eingeführt. Die Aufweitemittel bestehen aus einer innenseitigen kegeligen Kontaktfläche 21A, die von der Bohrung 21 des Nabenansatzes 10 getragen wird, und einer außenseitigen kegeligen Kontaktfläche 22 auf der Mantelfläche der zweiten Welle 20. Durch mehr oder weniger weites axiales Eintreiben der außenseitigen Kontaktfläche 22 in die innenseitige Kontaktfläche 21A sind die Aufweitemittel zwischen der Bohrung 21 des Nabenansatzes 10 und einer Mantelfläche der zweiten Welle 20 radial spannbar.

Im vorliegenden Fall ist die innenseitige kegelige Kontaktfläche durch die Bohrung einer dünnwandigen metallischen Hülse 23 gebildet, die mit ihrer zylindrischen Mantelfläche in der zylindrischen Bohrung 21 des Nabenansatzes 10 eingebaut ist. Die zugehörige konforme außenseitige Kontaktfläche 22 ist auf der Mantelfläche der zweiten Welle 20 angeformt.

Der Nabenansatz 10 der montierten Baueinheit wird nach dem Einführen der zweiten Welle 20 in die Bohrung 21 mit den Aufweitemitteln elastisch aufgeweitet. Bei diesem Aufweiten wird das radiale Sitzspiel der beiden Lagerinnenringe 16, 17 auf der Mantelfläche 25 bzw. 26 beseitigt, und es wird dort ein fester Preßsitz hergestellt. Gleichzeitig schaffen die beiden aufeinander reibschlüssig befestigten Kontaktflächen 22, 21A eine sichere drehfeste Verbindung des Nabenansatzes 10 mit der zweiten Welle 20.

Beim Aufweiten des Nabenansatzes 10 werden die beiden Lagerinnenringe 16, 17 ebenfalls elastisch aufgeweitet, so daß das vorläufige Lagerspiel um ein bestimmtes Maß verkleinert wird. Am Ende des Aufweitens ist zwischen den beiden Schrägwälzlagern 11 und 12 die gewünschte Lagervorspannung eingestellt.

Entsprechend einem an sich bekannten Öldruckmontageverfahren wird während des axialen Eindrückens und Eintreibens der außenseitigen Kontaktfläche 22 in die innenseitige Kontaktfläche 21A ein Drucköl zwischen die beiden Kontaktflächen 21A, 22 gepumpt. Zur gleichmäßigen Verteilung des Drucköls sind in der außenseitigen Kontaktfläche 22 schraubenförmig verlaufende flache Ölverteilungsnuten 28 eingearbeitet.

Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Einbauen einer aus einer ersten und einer zweiten Welle bestehenden Welle in ein Lagergehäuse sowie die mit diesem Verfahren hergestellte Wälzlagerung können im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden.

Also braucht die innenseitige Kontaktfläche 21A nicht in der Bohrung einer Hülse 23 vorgesehen zu sein. Vielmehr kann diese Kontaktfläche (21A) auch in der Bohrung (21) des Nabenansatzes 10 direkt eingearbeitet sein.

Übrigens können auch andere Aufweitemittel vorgesehen werden, die zwischen der Bohrung der ersten Welle und einer Mantelfläche der zweiten Welle spannend angeordnet sind. Z. B. können die Aufweitemittel durch ringförmige Hohlräume mit hydraulisch verformbaren, die Kontaktfläche(n) bildenden Wänden hergestellt sein. Zum gegenseitigen radialen Andrücken und Festsetzen der gegenseitigen Kontaktflächen werden diese Hohlräume mit einem unter Druck stehenden Strömungsmittel fertig gefüllt. Die entsprechenden Kontaktflächen können zylindrisch ausgebildet sein.

Das vorläufige Lagerspiel zwischen den beiden Schrägwälzlagern kann während der Herstellung der Baueinheit durch kalibrierte Beilagscheiben auf eine bestimmte Größe oder auf Null eingestellt werden. Diese Beilagscheiben werden zweckmäßigerweise zwischen der Anlagefläche des Abschnitts der Endscheibe 27 und der gegenüberstehenden tragenden Stirnfläche des betreffenden Lagerinnenringes 17 eingepaßt.

Anstelle von zwei Axial-Pendelrollenlagern oder zwei Kegelrollenlagern, die besonders zur Lagerung von Drehbohrköpfen großer Tunnelvortriebsmaschinen geeignet sind, können auch andere radial und axial tragende Wälzlager im Lagergehäuse eingebaut werden.

Die Wälzlager können auch nur Lagerinnenringe und eine oder mehrere Reihen von Wälzkörpern aufweisen, wobei die Wälzkörper dann auf Außenlaufbahnen, die in der Bohrung des Lagergehäuses direkt eingearbeitet sind, abrollen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einbauen einer eine zentrische Bohrung aufweisenden ersten Welle in ein Lagergehäuse und gleichzeitigem Verbinden mit der zweiten Welle, bei dem zwei Wälzlager in das Lagergehäuse eingesetzt, die Lagerinnenringe der Wälzlager auf der Mantelfläche der Welle mit einem vorbestimmten radialen Sitzspiel aufgesetzt und die zweite Welle (20) zusammen mit Aufweitemitteln, die zwischen der Bohrung (21) der ersten Welle und einer Mantelfläche der zweiten Welle (20) angeordnet sind, in die Bohrung (21) der ersten Welle eingeführt wird, dann die erste Welle durch einen Preßsitz an beiden Kontaktflächen (21a, 22) der Aufweitemittel aufgeweitet und mit diesem Preßsitz eine drehfeste Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle (20) hergestellt wird, wobei die Lagerinnenringe (16, 17) der Wälzlager (11, 12) ebenfalls aufgeweitet werden, unter Verringerung deren Lagerspiele, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einreihige Schrägwälzlager mit jeweils einem, eine tragende Stirnfläche aufweisenden Lagerinnenring in das Lagergehäuse eingebaut und auf die Mantelfläche der ersten Welle gesetzt werden, so daß die Kraftwirkungslinien der beiden Schrägwälzlager in Richtung zur Mittellinie der ersten Welle entweder gegenseitig auseinandergehen oder zueinander zusammengehen und daß die beiden Lagerinnenringe (16, 17) beim Einbau der Schrägwälzlager (11, 12) mit ihren tragenden Stirnflächen durch eine Schulter der ersten Welle und ein Schulterelement (27) gegenseitig axial abgestützt werden, welches zum Einstellen eines zwischen den beiden Schrägwalzenlagern (11, 12) gebildeten vorläufigen Lagerspiels an der ersten Welle befestigt wird, wobei dieses vorläufige Lagerspiel so bemessen wird, daß es sich beim Aufweiten der Lagerinnenringe (16, 17) bis zum endgültig vorgesehenen Lagerspiel verringert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten der ersten Welle mit einer von der Mantelfläche der Antriebswelle getragenen außenseitigen kegeligen Kontaktfläche (21A) erfolgt, welche in eine von der Bohrung (21) der ersten Welle getragene, innenseitige kegelige Kontaktfläche (22) mit demselben Kegelwinkel axial hineingedrückt wird, so daß zwischen diesen beiden Kontaktflächen (21A, 22) ein reibschlüssig drehfester Preßsitz entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des axialen Eindrückens der außenseitigen Kontaktfläche (21A) der zweiten Welle (20) in die innenseitige Kontaktfläche (22) der ersten Welle ein Drucköl zwischen diese beiden Kontaktflächen (21A, 22) gepumpt wird.