DE60108434T2

DE60108434T2 - Zweireihiges Kugelverbundlager,sein Montageverfahren,und Werkzeug zur Herstellung eines Laufringpaares dieses Lagers

Info

Publication number: DE60108434T2
Application number: DE60108434T
Authority: DE
Inventors: Herve Dardelet; Michel Augot; Marc Jenger
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: FR2806763A1; US6575636B2; DE60108434D1; US6698936B2; JP2001311428A; EP1136713B1; US20030206673A1; EP1136713A1; FR2806763B1; US20010026653A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vervollkommnungen m Bereich zusammengesetzter zweireihiger Kugellager für die drehbare Lagerung einer Drehwelle einer Vorrichtung mit sehr hoher Genauigkeit, wobei diese zweireihigen Kugellager gebildet sind durch Aneinanderreihung von zwei einreihigen Kugellagern, die jeweils zwei entsprechende innere oder äußere Hülsen aufweisen, die axial mit einer vorbestimmten Vorspannung gegeneinander gedrückt sind.
In bestimmten Vorrichtungen sehr hoher Präzision (z.B. in den Trägheitsnavigationslaufwerken) ist es notwendig und unverzichtbar, dass eine Drehwelle mit einer großen Genauigkeit der Koaxialität und ohne irgendein Spiel in einer Bohrung angebracht und gelagert ist, um die gesteigerte Leistungsfähigkeit zu erreichen. Eine solche Forderung verlangt, dass die Kugellager in ständigem Kontakt mit ihrem Rollweg bleiben, um die Folgen zu verhindern, die mit dem "Abheben" der Kugeln verbunden sind (Erzeugung von Stößen, Abnutzung, Auftreten von Spiel), die sich schließlich in einem Verlust an Genauigkeit der Vorrichtung äußern. Zur Veranschaulichung sei angemerkt, dass im Fall des Auftretens einer vibratorischen Funktionsart eine Kraft auftritt, die z.B. 900 N erreichen kann, die auf eine Lagerhülse einwirken kann, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 35 mm und eine Dicke im Bereich von 3 mm aufweist.
Um in der Lage zu sein, die Forderungen der Praxis zu erfüllen, wurde daher auf Lager zurückgegriffen, die nicht mit einer einzigen, sondern mit zwei Kugelreihen versehen sind.
Die einfachste Lösung, die darin bestünde, ein einziges Lager zu verwenden, das mit zwei nebeneinander liegenden Kugelreihen versehen ist, kann allerdings nicht beibehalten werden: In der Tat weisen auch beim Ausführen von Verarbeitungen sehr hoher Genauigkeit die zwei Lagerungen Abmessungsunterschiede auf (Reihenabstände, Durchmesser der Kugeln, Durchmesser der Kufen, ...), die zu beträchtlich sind, als dass die Drehwelle in der Bohrung mit der vollen Genauigkeit und der Abwesenheit von Spiel gelagert sein könnte, die erforderlich sind.
Daher ist bekannt, auf zwei Lager mit jeweils einer einzelnen Kugelreihe zurückzugreifen, die gepaart sind und dann unter axialer Vorspannung ihrer jeweils entsprechenden inneren oder äußeren Hülsen angebracht sind, so dass sie sich wie ein einzelnes zweireihiges Lager verhalten. In diesem Fall kann im Gegensatz zu dem einzelnen zweireihigen Lager jedes Lager mit der vollen gewünschten Präzision verarbeitet werden, die jeweils zusammenwirkenden Flächen der zwei inneren oder äußeren Hülsen der zwei Lager können begradigt sein, um in vollkommenem Kontakt miteinander zu stehen, und die durch die Vorspannung verliehene Starrheit führt schließlich zu einem Lager (im folgenden "zusammengesetztes Lager" genannt, da es durch eine Vereinigung von zwei einreihigen Lagern gebildet ist), das geeignet ist, die Praxis zufrieden zu stellen, was die Genauigkeit und die Abwesenheit eines Montagespiels der Drehwelle in der Stützbohrung betrifft.
Während die mit dieser Art von zusammengesetzten Lagern erhaltenen Ergebnisse die Praxis zufrieden stellen, sind dagegen die Montagevorgänge eines solchen Lagers komplex und stellen zahlreiche Probleme.
Ein klassisches Montageverfahren wird wie folgt durchgeführt: Nach dem Paaren der zusammengesetzten Teile (und insbesondere der zwei unter Vorspannung zu verbindenden Hülsen) werden die zwei Lager abmontiert, dann wird ein erster Ring gegen eine axiale Auflagefläche in Anschlag gebracht; wenn es sich z.B. um eine innere Hülse handelt, wird sie auf der Welle ange bracht, bis sie in Anschlag gegen eine radiale ringförmige Schulter gelangt, die auf der Welle vorgesehen ist.
Die zweite Hülse wird dann in unmittelbarer Nähe der ersten Hülse vorpositioniert, aber ohne in Kontakt mit dieser zu stehen; in dem betrachteten Beispiel der Innenhülsen wird die zweite Hülse ihrerseits bis zur unmittelbaren Nachbarschaft der ersten Hülse auf die Welle aufgebracht.
Dann wird ein Werkzeug für axialen Schub auf die zweite Hülse angewendet, und mit Hilfe dieses Werkzeugs wird die zweite Hülse axial zu der ersten Hülse hin verschoben, bis sie in physischem Kontakt mit dieser steht; dann wird weiter eine Kraft auf die zweite Hülse ausgeübt, bis die Last oder Vorspannung der Anlage der zweiten Hülse an der ersten Hülse einen vorbestimmten Wert erreicht. Weiter in dem betrachteten Beispiel der Innenhülsen kann das Klemmwerkzeug aus einer Mutter bestehen, die auf ein zu diesem Zweck mit einem Gewinde versehenes Ende der Welle aufgeschraubt wird; diese Mutter, die übrigens so ausgebildet ist, dass sie in vollkommener axialer Anlage gegen die zweite Hülse ist, ist geeignet, im Verlaufe ihrer Drehung die zweite Hülse zu verschieben, um sie zunächst gegen die erste Hülse zu bringen und dann die zwei Hülsen unter eine axiale Vorspannung mit einem vorbestimmten Wert zu bringen.
Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens bestehen darin, dass es einerseits eine bestimmte Einrichtung (Gewinde für die Klemmmutter) des Halteelements der Hülsen unter Vorspannung (die Lagerbohrung für die Außenhülsen, die Welle für die Innenhülsen) benötigt und andererseits das Verbleiben der für die Montage notwendigen Elemente (Gewinde und Mutter) erfordert, weil die Vorspannung der Hülsen nur durch die Anwesenheit des Klemmwerkzeugs (z.B. auf das Gewinde geschraubte Mutter) bedingt ist. Daraus folgt eine Zunahme des Gewichts der Vorrichtung und im Fall von Innenhülsen eine Trägheitsänderung der beweglichen Ausrüstung. Diese Einschränkungen können nicht hingenommen werden, insbesondere wenn es darum geht, im größtmöglichen Umfang die Abmessungen der so ausgerüsteten Vorrichtung zu verringern und die Gewichte zu verringern, sowie wenn es darum geht, die Leistungsfähigkeit der Antwortgeschwindigkeit zu steigern, indem die Trägheit der beweglichen Elemente maximal verringert werden.
Um zu versuchen, die genannten Nachteile zu lösen, wurde vorgeschlagen, die zweite Hülse, die unter vorbestimmter Vorspannung gegen die erste Hülse anliegt, zu blockieren, indem die zweite Hülse (durch eine Harzschicht) auf ihrem Träger festgeklebt wird. In diesem Fall ist es sicher immer noch erforderlich, auf ein Klemmwerkzeug zurückzugreifen, um die zweite Hülse gegen die erste Hülse in Anschlag zu bringen und die Vorspannung auszuüben, bis die Klebung der zweiten Hülse auf ihrer Stütze mechanisch wirksam ist; allerdings kann das Klemmwerkzeug dann entfernt werden und ist in der fertigen Vorrichtung, die bereit zum Arbeiten ist, nicht mehr vorhanden.
Allerdings hat auch dieses Verfahren Nachteile. Zunächst bleiben auch, wenn das Klemmwerkzeug nicht in der Vorrichtung behalten wird, bestimmte zu seiner Verwendung erforderlichen Einrichtungen am Ort: so verbleibt, wenn es sich um eine zum Drücken der zweiten Hülse geeignete Mutter handelt, die entweder in der Bohrung (für Außenhülsen) oder auf dem Ende der Welle (für Innenhülsen) ausgebildete Gewinde in der Bohrung bzw. auf der Welle. Die Praxis kann das Vorhandensein dieser Einrichtungen, die für das Funktionieren der Vorrichtung nicht erforderlich ist, nicht akzeptieren.
Vor allem verträgt der Klebefilm zum Blockieren der zweiten Hülse, der relativ dünn ist (z.B. typischerweise 1,5 μm) schlecht thermische Schocks (z.B. eine typische Schwankung um 3 bis 4°C pro Sekunde in einer Umgebung von etwa 70°C). Die Klebeschicht bricht auf, und die Hülsen werden nicht mehr unter Vorspannung gehalten (sie lösen sich sogar von ihrem Träger), so dass die Welle nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit gelagert ist und die Vorrichtung ihre Genauigkeit verliert, ja sogar nicht mehr in einem funktionsfähigen Zustand ist.
Um zu versuchen, diese Nachteile zu umgehen, wurde vorgeschlagen, die Dicke der Klebeschicht zu vergrößern, die somit geeignet wird, ohne Verschlechterung strenge thermische Umgebungsbedingungen auszuhalten. Allerdings kann gerade aufgrund der Dicke der Klebeschicht die strikte Koaxialität der Hülsen und des Lagers beim Anbringen der Hülsen auf dem Träger nicht mehr sichergestellt werden, es ist dann erforderlich, axiale Positionierzonen (ohne Kleber) zu bewahren, die geeignet sind, die gegenseitige axiale Lage der Hülsen und der Stütze sicherzustellen, sowie axiale Zonen mit einem anderen Durchmesser (mit Kleber), die geeignet sind, die Hülsen mit der Stütze zu verbinden.
Ein solches Montageverfahren benötigt weitere Verarbeitungen und stellt sich als zu kompliziert heraus.
Außerdem sei angemerkt, dass alle Verfahren, die dargestellt wurden, den zusätzlichen Nachteil aufweisen, dass das Bringen der zwei Hülsen unter Vorspannung oder Vorlast sich im Verlauf des Anbringens der zweiten Hülse auf dem Träger (Bohrung oder Welle) abspielt, was den Arbeitsvorgang des Unter-Vorspannung-Setzens besonders verkompliziert.
Unter diesem Gesichtspunkt wäre es daher wünschenswert, dass die zwei Hülsen vor ihrem Anbringen unter Vorspannung vereinigt werden könnten und dann auf dem Träger in Form eines einzigen Blocks angebracht werden könnten, dessen Anbringen dann auf dieselbe Art verwirklicht werden könnte wie für ein herkömmliches doppelreihiges Lager.
Zu diesem Zweck könnte sicher vorgesehen sein, die zwei Hülsen mit Hilfe von Klemmzangen zu verbinden. Allerdings wäre dieses Vorgehen wenig praktisch, und außerdem würden die zusammengebauten Hülsen mit Klemmzangen versehen bleiben, die die Vorspannung aufrechterhalten: darin findet sich einer der Nachteile des ersten oben dargelegten Verfahrens.
Die Druckschrift US-A-4 419 816 beschreibt ein zusammengesetztes doppelreihiges Antifriktionskugellager, das zwei Innenhülsen enthält, die axial unter Vorspannung miteinander verschweißt sind, sowie eine einzige Außenhülse, die die zwei Kugelreihen bedeckt, perforiert und mit einem radialen Stutzen versehen ist zum Durchlassen eines Laserbündels zum Verschweißen der zwei inneren Hülsen.
Ein Verfahren mit den Eigenschaften des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in der Druckschrift US-A-506 109 beschrieben.
Die Erfindung hat somit zur Aufgabe, in dem größtmöglichen Umfang die bei den verschiedenen Lösungen wie in dem Stand der Technik auftretenden Nachteile zu vermeiden und eine originale vervollkommnete Lösung vorzuschlagen, die eine Vormontage der Hülsen unter Vorspannung ermöglicht, die jede Anpassung der Stütze besonders für das Anbringen der Hülsen beseitigt, die in der fertigen Vorrichtung kein zusätzliches Element verbleiben lässt, das für das Anbringen oder das Unter-Vorspannung-Halten der Hülsen spezifisch ist, und die eine relativ beträchtliche Serienproduktion von unter Vorspannung vormontieren Hülsen ermöglicht.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung gemäß einem ersten ihrer Aspekte ein Verfahren zum Montieren eines zweireihigen Kugellagers zur drehbaren Lagerung einer Drehwelle einer Vorrichtung sehr hoher Genauigkeit vor, wobei das zweireihige Lager durch das Aneinanderreihen von zwei einreihigen Lagern gebil det ist, bei denen zwei ihrer jeweiligen inneren oder äußeren Hülsen axial gegeneinander gedrückt sind, wobei das Verfahren, das entsprechend der Erfindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Abfolge von Schritten enthält, wie sie in dem charakterisierenden Abschnitt des Anspruchs 1 angegeben sind.
In der Praxis wird die Schweißung an aufeinanderfolgenden Abschnitten durchgeführt. Aufgrund des Durchgehens des Laserbündels durch die Öffnungen kann das Laserbündel nicht auf kontinuierliche Weise bewegt werden, was somit bewirkt, dass die Schweißung durch diskontinuierliche aufeinanderfolgende Abschnitte verwirklicht ist.
Vorzugsweise sind die Ränder der jeweiligen Hülsen abgefast, und die Schweißung wird auf dem Grund der durch die zwei zusammenwirkenden Abfasungen gebildeten Rinne so durchgeführt, dass kein Element der Schweißung hervorsteht und die seitliche Umfangsfläche der zusammengebauten Hülsen glatt bleibt: nichts hindert ihr Anbringen auf der Stütze (Bohrung oder Welle).
Vorteilhafterweise sind die zwei Hülsen entlang ihrer zusammenwirkenden inneren und äußeren Ränder verschweißt, wobei die Schweißung der zusammenwirkenden inneren Ränder an erster Stelle ausgeführt wird und die Schweißung der zusammenwirkenden äußeren Ränder an zweiter Stelle.
Gemäß einem zweiten ihrer Aspekte schlägt die Erfindung ein Stützwerkzeug vor, um die zwei Hülsen der Kugellager, die miteinander verschweißt werden sollen, zum Ausführen des oben genannten Verfahrens koaxial zu zentrieren und unter Vorspannung zu bringen, wobei dieses Werkzeug gekennzeichnet ist durch die Kombination der Einrichtungen, die in dem charakterisierenden Teil des Anspruchs 6 angegeben sind.
In einer ersten Ausführungsform des Werkzeugs, die zum Bearbeiten von zwei Innenhülsen geeignet ist, weist das Werkzeug die in dem Anspruch 7 angegebenen Eigenschaften auf. In diesen Fall ist es vorteilhaft, es so auszubilden, dass das erste Anschlagmittel vorgesehen ist an oder gebildet ist durch den Außenrand der Seitenwand der Nabe und dass das zweite Anschlagmittel an einer mit dem Dorn verbundenen Abdeckung vorgesehen ist, wobei die Abdeckung in der Mitte offen ist, um das Innere des Dorns zugänglich zu machen.
In einer zweiten Ausführungsform des Werkzeugs wird ein Werkzeug vorgeschlagen, das zum Bearbeiten von zwei Außenhülsen bestimmt ist, wobei dieses Werkzeug, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist, durch die in dem Anspruch 9 angegebenen Einrichtungen charakterisiert ist.
In diesen Fall ist das zweite Anschlagmittel vorteilhafterweise mit dem Dorn verbunden und wird durch einen Flansch gebildet, der radial von dem oberen Rand der Seitenwand des Dorns aus nach außen vorspringt.
Vorteilhafterweise enthält das Werkzeug ein Mittel zum drehbaren Lagern des Dorns.
Vorzugsweise sind in dem einen oder dem anderen der oben genannten Werkzeuge die Öffnungen des Dorns vom Inneren zum Äußeren der Seitenwand des Dorns hin nach unten geneigt, um die Positionierung des Laserstrahls zum Schweißen annähernd in der Achse jeder Öffnung zu erleichtern.
Die Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, die lediglich als in keinster Weise einschränkende Beispiele gegeben sind. In dieser Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 eine schematische teilgeschnittene Ansicht einer Baugruppe ist, die gebildet ist aus einer Drehwelle, die in einer Bohrung mittels eines zweireihigen Lagers gelagert ist, das gemäß der Erfindung ausgeführt ist;
2 eine schematische teilgeschnittene Ansicht in größerem Maßstab eines einstückigen Teils ist, das aus zwei erfindungsgemäß miteinander verschweißten Hülsen gebildet ist, zum Ausstatten des Lagers aus 1;
3 eine schematische teilgeschnittene Ansicht einer Variante des Ausführens der Montage nach 1 ist; und
4 und 5 Schnittansichten eines Werkzeugs sind, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist zum Verwirklichen der inneren bzw. äußeren Doppelhülsen.
Mit Bezug zunächst auf 1 ist eine Drehwelle 1, die in einer Vorrichtung sehr hoher Genauigkeit enthalten ist (z.B. in einem Gyrometer eines Trägheitsnavigationsleitwerks), mittels eines zweireihigen Lagers 4 drehbar in einer Bohrung 2 eines Stützkörpers 3 gelagert.
Das zweireihige Lager 4 ist gebildet durch Aneinanderreihen von zwei einreihigen Lagern: in dem dargestellten Beispiel ist es gebildet aus dem Aneinanderreihen von zwei inneren (d.h. auf der Welle 1 angebrachten) Hülsen 5₁ und 5₂ , die jeweils in Beziehung zu zwei jeweiligen äußeren (d.h. in der Bohrung 3 angebrachten) Hülsen 7₁ und 7₂ zwei ringförmige Reihen von Kugeln 6₁ und 6₂ halten. Um die Zeichnung nicht zu verkomplizieren, ist die Einzelheit der Ausführung der Kugeln mit den Trennkäfigen und anderen dem Fachmann bekannten Elementen nicht dargestellt.
Damit das doppelreihige und doppelhülsige Lager 4 (im folgenden "zusammengesetztes Lager" genannt) dieselben Eigenschaften der mechanischen Starrheit aufweist wie ein einstückiges zweireihiges Lager, sind zwei der Hülsen, z.B. die zwei Innenhülsen 5₁ und 5₂ , miteinander unter einer Vorspannung oder Vorlast mit einem vorbestimmten Wert verbunden gehalten.
Um die von den früheren Zusammenbauten aufgewiesenen Nachteile, die oben dargestellt wurden, zu vermeiden, ist entsprechend der Erfindung vorgesehen, dass die zwei Innenhülsen 5₁ und 5₂ an ihren zusammenwirkenden Flächen verschweißt sind, wobei das Verschweißen so ausgeführt wird, dass die zwei Hülsen unter der beschriebenen Vorspannung mit dem vorbestimmten Wert gegeneinander gehalten werden.
Daher sind die beträchtlichen Vorteile klar, die durch diese Art der Montage gemäß der Erfindung auftreten. Eine Wirkung ist, dass die zwei Hülsen, wenn sie einmal geschweißt sind, mechanisch miteinander verbunden sind und eine einstückige Gruppe bilden, die aufgrund der Vorspannung, unter der die Verbindung durch Schweißen bewirkt wurde, besonders starr ist. Außerdem ist die mechanische Widerstandsfestigkeit des Schweißens so, dass kein Risiko besteht, dass sie unter der Wirkung der Vorspannung zerstört wird.
Somit wird es möglich, die zwei Hülsen unter den erforderlichen Bedingungen vor ihrem Anbringen auf der Welle miteinander zu verbinden, und nachdem einmal lediglich die Hülsen verbunden sind, wird die einstückige Gruppe auf der Welle angebracht. Daraus ergibt sich eine große Vereinfachung der Montage (ein einziges anzubringendes Element anstelle von zweien), und vor allem gibt es für alle externen Mittel, die zum Bewahren der Vorspannung vorgesehen waren (Mutter-Gewinde, Kleber, ...) keinen Daseinsgrund mehr: die Welle muss nicht mehr in bestimmter Weise bearbeitet werden, das Gewicht der drehenden Gruppe ist minimal, und seine Trägheit ist verringert.
Anders ausgedrückt werden dank der durch die Erfindung vorgesehenen Mittel gleichzeitig die Herstellung und die Montage der Gruppe vereinfacht und die Betriebseigenschaften dieser Gruppe verbessert.
Auf praktische Weise, wie es in 1, aber noch besser in 2 ersichtlich ist, ist zumindest einer der Ränder (der äußere und/oder der innere) der zusammenwirkenden Flächen der zwei Hülsen 5₁ und 5₂ abgefast, und diese abgefasten Ränder bilden zusammen eine ringförmige Rinne 8, wenn die zwei Hülsen einmal aneinandergefügt sind. Die Abfasungen sind in der einfachsten Form einfach eine ringförmige Abschrägung, und die so gebildete Rinne 8 weist einen V-förmigen Querschnitt auf. Die Schweißung 9 wird dann so in der Rinne 8 angebracht, dass kein Teil der Schweißung über die Rinne 8 hinaussteht. Die Rinne 8 muss daher eine Geometrie (Tiefe, Öffnung) aufweisen, die in der Lage ist, eine Schweißnaht aufzunehmen, die geeignet ist, den erforderlichen mechanischen Zusammenhalt sicherzustellen, ohne äußeren Vorsprung, um die spätere Montage der Doppelhülse nicht zu behindern.
Es ist klar, dass die Verwirklichung der Schweißung einfacher ist, wenn die äußeren Ränder der zusammenwirkenden Flächen der Hülsen abgeschrägt sind und sich die Rinne 8 nach außen öffnet.
Allerdings wäre es sowohl zum Verstärken des mechanischen Zusammenhalts der zwei Hülsen, indem diese Funktion nicht einer einzigen Schweißnaht überlassen wird, als auch zum Vermeiden bestimmter Schwierigkeiten, die beim Unter-Vorspannung-Bringen der Hülsen durch eine lediglich äußere Schweißung auftreten (Risiko des Verkippens der zwei Hülsen unter Wirkung der Vorspannungskraft) vorteilhaft, dass eine Schweißung gleicherma ßen entlang der inneren Ränder der zusammenwirkenden Flächen der Hülsen ausgeführt wird und dass daher auch diese inneren Ränder abgefast sind. Unter diesen Bedingungen ist es angemessen, um das vorher erwähnte Risiko des Verkippens während des Bringens unter Vorspannung abzuwenden, dass die innere Schweißung zuerst ausgeführt wird, und dass die äußere Schweißung erst nach dieser ausgeführt wird.
In den 1 und 2 sind die zwei Innenhülsen 5₁ und 5₂ dargestellt, wie sie durch zwei Schweißungen 9 (eine innere und eine äußere) verbunden sind.
Die Schweißungen werden vorteilhaft gemäß dem Fachmann bekannten Techniken durch Laser durchgeführt. Die Schweißnaht kann in kontinuierlicher Form ausgeführt sein, insbesondere für die äußere Schweißung, z.B. wenn die Gruppe der zwei vorgespannten Hülsen vor dem Laserstrahl gedreht werden können.
Allerdings ist es nicht ausgeschlossen, dass die Schweißungen auf aufeinanderfolgenden Teilstücken ausgeführt werden, um eine Schweißnaht zu bilden, die entweder durch aneinandergefügte Teilstücke kontinuierlich ist oder die unterbrochen ist. Ein solches Schweißverfahren an aufeinanderfolgenden Teilstücken wird insbesondere aufgrund der Schwierigkeit des Zugriffs auf die innere Rinne 8 für die innere Schweißung durchgeführt, und ein spezifisches Werkzeug zum Erleichtern dieser Arbeit wird später vorgestellt.
Die vorangehenden Erläuterungen wurden genauer dargestellt mit Bezug auf die in 1 und 2 dargestellte Ausführungsform, in der die zwei Hülsen 5₁ und 5₂ Innenhülsen sind, d.h. jene, die mit der Drehachse 1 verbunden sind.
Allerdings ist es klar, dass die Anordnungen der Erfindung sich gleichermaßen auf die gleiche Weise und mit denselben Vorteilen auf Außenhülsen anwenden lassen, d.h. die Hülsen 71 und 7₂ , die mit der Bohrung 2 des Stützkörpers 3 verbunden sind, wie das in 3 dargestellt ist, wobei für Elemente, die identisch zu denen der 1 und 2 sind, dieselben Bezugszeichen behalten wurden.
Für das Anbringen eines zweireihigen Kugellagers zur drehbaren Lagerung einer Drehwelle einer Vorrichtung sehr hoher Genauigkeit, wobei dieses zweireihige Lager durch Aneinanderreihen von zwei einreihigen Lagern gebildet ist, bei denen jeweils zwei innere bzw. äußere Hülsen axial gegeneinander gedrückt sind, geht man somit gemäß der Erfindung auf die folgende Weise vor:

– es werden zwei einzelreihige Kugellager gepaart; insbesondere weisen dann ihre jeweiligen Hülsen (die inneren 5₁ und 5₂ bzw. die äußeren 7₁ und 7₂ ) zusammenwirkende Flächen mit komplementären Geometrien auf;
– nach dem Auseinanderbauen der zwei Lager werden die oben genannten zwei jeweiligen Hülsen 5₁ , 5₂ oder 7₁ , 7₂ gegeneinander positioniert und axial mit einer vorbestimmten Vorspannung oder Vorlast gegeneinander gedrückt;
– anschließend wird entlang zumindest eines der Ränder, des inneren oder des äußeren, der zusammenwirkenden Flächen der zwei jeweils unter der Vorspannung gehaltenen Hülsen eine Schweißung so durchgeführt, dass die Schweißnaht radial nicht über die ringförmigen Randflächen dieser Hülsen hinausragt, wobei die Schweißung lediglich entlang der äußeren Ränder oder auch zunächst entlang der inneren Ränder und dann der äußeren ihrer zusammenwirkenden Flächen durchgeführt wird, vorzugsweise durch Inbetriebnahme eines Laserbündels;
– dann wird das einstückige Teil, das aus den unter Vorspannung miteinander verschweißen zwei Hülsen gebildet ist, auf seine Position auf einem Stützelement gebracht, und die vollständige Montage des Lagers wird durch Exzentrierung nach dem Prinzip der Tiefrillenlager erreicht.

Zum Durchführen des Verfahrens zum Schweißen der unter Vorspannung gehaltenen zwei Hülsen wird entsprechend der Erfindung ein spezifisches Werkzeug vorgeschlagen, dessen zwei Ausführungsformen jeweils im Schnitt in 4 bzw. 5 dargestellt sind. Dieses Werkzeug sorgt für die Stütze, die koaxiale Zentrierung und das unter-Vorspannung-Bringen der zwei Hülsen der Kugellager, um sie miteinander entlang der äußeren und/oder inneren Ränder ihrer zusammenwirkenden Flächen verschweißen zu können, während sie unter Vorlast gehalten werden.
In 4 ist das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Werkzeug an das Schweißen der zwei unter Vorspannung gehaltenen Innenhülsen 5₁ , 5₂ angepasst. Das Werkzeug 10 enthält eine Platine 11, die oben eine Wanne 12 aufweist, die geeignet ist, koaxial einen im wesentlichen rohrförmigen Dorn 13 aufzunehmen, der eine Seitenwand 14 mit einer drehzylindrischen Außenfläche aufweist, die geeignet ist, zwei aufeinanderfolgend angeordnete Hülsen 5₁ und 5₂ koaxial zu stützen und zu zentrieren. Weiterhin ist ein erstes axiales Anschlagmittel 15 vorgesehen, das mit dem Dorn verbunden ist und gegen das eine freie Fläche einer der Hülsen 5₁ anstößt.
Wie in 4 dargestellt, kann das erste Anschlagmittel 15 von einer Nabe 16 getragen sein, die in der Wanne 12 der Platine 11 ruht und die als Schale ausgebildet ist, in der der oben genannte Dorn 13 eingefügt ist: es ist also der obere ringförmige Band der Seitenwand der Nabe 16, die einen Außendurchmesser aufweist, der wesentlich über den Außendurchmesser des Dorns hinausgeht, die das erste Anschlagmittel 15 bildet.
Mit dem oberen Rand des Dorns 13 ist ein Teil in Form einer Abdeckung 17 verbunden, deren Seitenmantel 18 in einem radialen Abstand die zwei Hülsen 5₁ , 5₂ umgibt und koaxial durch eine Ausstülpung der Nabe 16 gehalten wird. Die Deckplatte 19 der Abdeckung 17, oder besser wie hier dargestellt ein Ring 20, der innen mit der Deckplatte 19 verbunden ist, bildet ein zweites Anschlagmittel, das geeignet ist, gegen die freie Fläche der anderen Hülse 5₂ gebracht zu werden, wenn der Dorn 13 axial an die Nabe 16 angenähert wird.
Um diese Annäherung sicherzustellen, ist ein Klemmelement wie ein Schraubenbolzen 21, der koaxial zu seinem Kopf, der gegen die untere Fläche der Nabe 16 anliegt, und seinem Schaft, der den Boden der Nabe durchquert, angeordnet ist, in den Boden des Dorns 13 eingeschraubt. Das Anziehen des Schraubenbolzens 21 ermöglicht es, die zwei Hülsen 5₁ , 5₂ einer vorbestimmbaren Vorspannung zu unterwerfen.
Außerdem sind eine oder mehrere Stifte 22 in fluchtenden Bohrungen der Basis 11, der Nabe 16 und des Dorns 13 eingesetzt, um sie gegen Drehung zu verbinden.
Damit die Hülsen 5₁ , 5₂ entlang der Innenränder ihrer zusammenwirkenden Flächen mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt werden können, sind der Dorn 13 und die Abdeckung 17 wie folgt ausgebildet.
Die Abdeckung 17 ist bei 23 in ihrem Mittelbereich geöffnet.
Der Dorn 13 ist in der Mitte in 24 als Wanne ausgehöhlt, und seine Seitenwand 25 ist mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 26 versehen, die auf dem Umfang auf regelmäßige Weise verteilt sind und gegenüber den aneinanderstoßenden Flächen der zwei Hülsen 5₁ , 5₂ münden. Diese Öffnungen 26 sind radial von innen nach außen hin nach unten geneigt.
Somit kann ein Laserstrahl durch die Öffnung 23 der Abdeckung und nacheinander durch alle Öffnungen 26 in deren Achse geleitet werden, um die diskontinuierlichen Schweißnähte an den In nenrändern der zusammenwirkenden Flächen der Hülsen 5₁ , 5₂ zu verwirklichen, während diese Hülsen durch die Klemmung der Nabe und des Dorns unter einer vorbestimmten axialen Vorspannung gehalten werden.
Um die beschriebene Arbeit zu erleichtern, wird bei einer fest angeordneten Laserquelle der Dorn 13 um seine Achse gedreht, damit alle Öffnungen 26 aufeinanderfolgend dem Laserstrahl ausgesetzt sind. Dafür ist die Platine 11 so ausgeführt, dass sie in drehbarer Weise gelagert ist (nicht dargestellte Mittel, schematisch durch den Pfeil 27 dargestellt).
Bezüglich der Verwirklichung der Verschweißung der Außenränder der zusammenwirkenden Flächen der Hülsen 5₁ , 5₂ kann diese unter Verwendung des Werkzeugs 10 verwirklicht werden, indem (nicht dargestellte) Öffnungen in dem Mantel 18 vorgesehen sind, um einen diskontinuierlichen Zugang für den Laserstrahl zu schaffen. Diese Schweißung kann aber auch nach dem Herausziehen des durch die innen verschweißten zwei Hülsen 5₁ , 5₂ gebildeten einstückigen Teils verwirklicht werden, indem dieses einstückige Teil auf einer anderen Stütze so angebracht wird, dass die äußere Schweißung entweder auf diskontinuierliche Art oder auf kontinuierliche Art auf dem ganzen Umfang durchgeführt werden kann.
In 5 ist eine andere Ausführungsform des Werkzeugs dargestellt, die in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 28 bezeichnet ist und die für das Schweißen der zwei Außenhülsen 7₁ und 7₂ ausgebildet ist. Das allgemeine Konzept des Werkzeugs 28 bleibt im Großen und Ganzen identisch zu dem des Werkzeugs 10 aus 4, wobei es daran angepasst ist, dass die Außenhülsen 7₁ , 7₂ koaxial über ihre Innenflächen gehalten und zentriert werden.
Zu diesem Zweck weist die Nabe 16 oberhalb und gegenüber der oben genannten Stützschulter 15 nach außen versetzt eine nach oben verlängerte Seitenwand 29 auf. Gegen die nach innen gewandte Fläche 30 dieser Wand 29 liegen die Hülsen 7₁ , 7₂ an, und sie haben von der Seitenwand 14 des Dorns 13 einen radialen Abstand.
Die Seitenwand 29 der Nabe 16 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 31 versehen, die auf dem Umfang dieser Wand 29 verteilt sind. Diese im wesentlichen radialen Öffnungen 31 münden im wesentlichen gegenüber den Außenrändern der zusammenwirkenden Flächen der zwei Außenhülsen 7₁ , 7₂ : somit wird es möglich, die (diskontinuierliche) äußere Verschweißung der Hülsen 7₁ , 7₂ zu verwirklichen, indem ein Laserbündel (Pfeil 32) nacheinander durch die Öffnungen 31 geleitet wird.
Bezüglich der Seitenwand 14 der Nabe 16 ist sie entlang ihres oberen Randes durch einen ringförmigen Radialflansch 33, der sich zumindest bis oberhalb der Stelle der Hülsen 7₁ , 7₂ erstreckt, radial nach außen verlängert. Durch Drehen des Schraubenbolzens 21 werden somit der Dorn 13 und die Nabe 16 aneinander angenähert, und die zwei Hülsen 7₁ , 72 werden zwischen dem ringförmigen Flansch 33 und der Schulter 15 geklemmt und unter Last gebracht.
Die Seitenwand 14 des Dorns 13 behält die oben genannten Öffnungen 26, durch die ein Laserbündel (Pfeil 34) geleitet werden kann, um die Innenränder der zusammenwirkenden Flächen der zwei Hülsen 7₁ , 7₂ zu erreichen und (auf diskontinuierliche Weise) zu verschweißen.

Claims

Verfahren zum Montieren eines zweireihigen Kugellagers zur drehbaren Lagerung einer Drehwelle einer Vorrichtung sehr hoher Genauigkeit, wobei das zweireihige Lager durch das Aneinanderreihen von zwei einreihigen Lagern aufgebaut ist, bei denen zwei ihrer jeweiligen inneren oder äußeren Hülsen axial gegeneinander gedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Abfolge der folgenden Schritte enthält: zwei einreihige Kugellager werden gepaart, wobei ihre jeweiligen inneren oder äußeren Hülsen zusammenwirkende Flächen mit komplementären Geometrien aufweisen, nach dem Auseinanderbauen der zwei Lager werden deren jeweilige Hülsen gehalten und zentriert auf einem Dorn, der innerhalb der zwei Ringe gelegen ist und mit einer Reihe von peripheren Bohrungen versehen ist, die gegenüber den Innenrändern der zusammenwirkenden Flächen der zwei Hülsen münden, und die zwei jeweiligen oben genannten Hülsen werden gegeneinander positioniert und axial mit einer vorbestimmten Vorspannung gegeneinander gedrückt, ein Verschweißen der zwei jeweiligen Hülsen unter Vorspannung wird durch Leiten eines Laserbündels durch die in dem Dorn vorgesehenen peripheren Bohrungen nacheinander auf nicht-kontinuierliche Abschnitte der Innenränder der Hülsen so durchgeführt, dass die Schweißung radial nicht über die ringförmigen Randflächen der Hülsen hinausragt, dann wird das aus den zwei unter Vorspannung verschweißten Hülsen gebildete einstückige Teil auf seinem Stützelement in Position gebracht und die vollständige Montage des Lagers durch das Prinzip des Tiefrillenlagers erzielt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißung an aufeinander folgenden Abschnitten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißung an diskontinuierlich aufeinander folgenden Abschnitten gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der jeweiligen Hülsen abgefast sind und dass die Schweißung auf dem Grund der durch die zwei zusammenwirkenden Abfasungen gebildeten Rinne durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Hülsen entlang ihrer zusammenwirkenden inneren und äußeren Ränder verschweißt sind, und dass die Schweißung der zusammenwirkenden Innenränder an erster Stelle ausgeführt wird und die Schweißung der zusammenwirkenden Außenränder an zweiter Stelle.
Stützwerkzeug, um zwei Hülsen (5₁ , 5₂ ; 7₁ , 7₂ ) von Kugellagern, die miteinander verschweißt werden sollen, koaxial zu zentrieren und unter Vorspannung zu bringen, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 im Hinblick auf das Gewinnen eines zusammengesetzten Lagers, dadurch gekennzeichnet, dass es enthält: einen im wesentlichen rohrförmigen Dorn (13), der geeignet ist, koaxial von zwei Hülsen (5₁ , 5₂ ; 7₁ , 7₂ ) umgeben zu werden, die aufeinanderfolgend angeordnet sind, eine Stützplatine (11) für den Dorn (13), wobei die Platine (11) die Form einer Wanne (12) aufweist, die geeignet ist, koaxial eine Nabe (16) aufzunehmen, die Nabe (16), die eine Seitenwand (29) aufweist, die mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen (31) versehen ist, die auf dem Umfang verteilt sind und denen gegenüber die zu schweißenden Ränder der zwei Hülsen (5₁ , 5₂ ; 7₁ , 7₂ ) liegen, wobei jede Öffnung (31) einen Durchgang bildet, damit ein ihn durchquerendes Laserbündel die gegenüber erscheinenden Ränder der zwei Hülsen (5₁ , 5₂ ; 7₁ , 7₂ ) verschweißen kann, ein erstes axiales Anschlagmittel (15), das mit dem Dorn (13) verbunden ist und gegen das eine freie Fläche eine der zwei Hülsen (5₁ ; 7₁ ) in Anschlag kommt, und ein Mittel (21) zum koaxialen Klemmen des Dorns (13) und der Nabe (15) mit einem zweiten axialen Anschlagmittel (19, 20; 23), das geeignet ist, gegen die freie Fläche der anderen der zwei Hülsen (5₂ ; 7₂ ) in Anschlag zu kommen, so dass unter der Wirkung des Klemmmittels die zwei Hülsen (5₁ , 5₂ ; 7₁ , 7₂ ) gegeneinander gedrückt werden bis zum Erzielen eines vorbestimmten Wertes der Vorspannung.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (13) eine Seitenwand (25) mit einer drehzylindrischen Außenfläche (14) enthält, die geeignet ist, zwei Innenhülsen (5₁ ; 5₂ ), die aufeinanderfolgend angeordnet sind, über ihre Innenflächen zu halten und axial zu zentrieren.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anschlagmittel (15) vorgesehen ist an oder gebildet ist durch den Außenrand der Seitenwand der Nabe (16), und dass das zweite Anschlagmittel (19; 20) an einer mit dem Dorn (13) verbundenen Abdeckung (19) vorgesehen ist, wobei die Abdeckung (19) in der Mitte (23) offen ist, um das Innere des Dorns zugänglich zu machen.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (29) der Nabe (16) eine drehzylindrische Innenfläche (30) aufweist, die geeignet ist, zwei Außenhülsen (7₁ ; 7₂ ), die aufeinanderfolgend angeordnet sind, über ihre Außenflächen zu halten und axial zu zentrieren.
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anschlagmittel (33) mit dem Dorn (13) verbundenen ist und durch einen Flansch (34) gebildet ist, der radial von dem oberen Rand der Seitenwand (14) des Dorns aus nach außen vorspringt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mittel zum drehbaren Lagern des Dorns enthält (Pfeil 27).
Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (26) des Dorns (13) radial vom Inneren zum Äußeren der Wand (25) des Dorns hin nach unten geneigt sind, um die Positionierung des Laserstrahls zum Schweißen annähernd in der Achse jeder Öffnung (26) zu erleichtern.