EP4314578A1 - Vorrichtung zur herstellung einer lösbaren spielfreistellung eines wälzlagers sowie ein entsprechendes verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung einer lösbaren spielfreistellung eines wälzlagers sowie ein entsprechendes verfahren

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EP4314578A1
EP4314578A1 EP22711866.8A EP22711866A EP4314578A1 EP 4314578 A1 EP4314578 A1 EP 4314578A1 EP 22711866 A EP22711866 A EP 22711866A EP 4314578 A1 EP4314578 A1 EP 4314578A1
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EP
European Patent Office
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bearing
cavity
clamping element
roller bearing
preload
Prior art date
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Pending
Application number
EP22711866.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank BOGENSTAHL
Carsten KLEINGRIES
Christoph LANSING
Thomas Hackfort
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Matthews International Corp
Original Assignee
Matthews International Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4314578A1 publication Critical patent/EP4314578A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/02—Arrangements for equalising the load on a plurality of bearings or their elements

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing a releasable release from play in a roller bearing, with a roller bearing which has an outer ring, an inner ring mounted on a shaft and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring, and with a clamping device mounted on the circumference of the outer ring of the roller bearing for Generating a radial prestressing between the clamping device and the outer ring of the roller bearing that is uniform over the outer circumference of the roller bearing, the clamping device having an axially adjustable clamping element which can be brought into a first orientation, in which the roller bearing has play, and which can be brought into a second orientation, in which the roller bearing is free of play.
  • the invention also relates to a method for adjusting the preload of a roller bearing mounted on a shaft.
  • a hydraulic clamping bush is known from DE 102018123980 Ai. However, this is not disclosed in connection with a roller bearing, but in use with a hub and for producing a non-positive connection between an internal shaft and the external hub.
  • Another clamping bush is known from DE 2639320 Ai. This is used for the non-positive connection of a shaft with a part to be clamped, such as a sprocket, a V-belt pulley or a pinion.
  • a connection between the clamping bush and a roller bearing is not disclosed, in particular not for generating a defined bearing preload.
  • conical roller bearings such as tapered roller bearings, which are installed, for example, in wheel bearings on automobiles
  • the conical or conical running surfaces can only be installed together as a functional unit in the bearing. This always results in an additional summand when calculating the total tolerance.
  • the concentricity on the one hand and the adjustment of the roller bearing play on the other hand can actually be carried out separately from one another.
  • all rotary parts on spindles, shafts, rollers, rotors, etc., together with the inner ring of the bearing can be finally cylindrically machined or calibrated.
  • the invention therefore has the advantage of enabling high concentricity with the simultaneous absorption of high loads. This is also achieved, among other things, by the fact that the bearing preload is not only generated in a two-dimensional bracing plane, but completely around the outer ring of the bearing. As a result, roller arrangements with a backlash-free rotation function are possible on all levels.
  • a defined preload is generated in the roller bearings to be preloaded by infeeding the outside diameter of the bearing outer rings. This achieves a circular, partial or full-circumference contact via the rolling bodies from the static assembly to the rotating assembly.
  • the present invention also enables the operating status to be monitored during operation of the bearing, so that bearing damage or other wear-related failure phenomena can be identified at an early stage.
  • the bearing preload can be adjusted during operation, so that if a change in the bearing preload is detected, for example due to thermal changes, the preload can be continuously readjusted to an optimal value, so that on the one hand optimal operating conditions, for example in the form of very precise concentricity properties, and on the other hand bearing wear can be minimized.
  • a device for producing a releasable clearance clearance of a roller bearing with a roller bearing that has an outer ring, an inner ring mounted on a shaft and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring, and with a clamping device mounted on the circumference of the outer ring of the roller bearing for generating a radial preload between the clamping device and the outer ring of the roller bearing which is uniform over the outer circumference of the roller bearing, the clamping device having an axially adjustable clamping element which can be brought into a first orientation in which the roller bearing has play and which can be brought into a second orientation in which the roller bearing is free of play.
  • the device can be used in the field of roller bearings, in roller arrangements such as in a rolling mill or a roll profiling system, in printing presses, rotary process machines, or for grooving, embossing or punching.
  • spindle bearings on machine tools for both tool spindles and workpiece spindles, for example in machining systems, for roll hardening or for knurling. It is also conceivable that the invention is used in spindle bearings for rotators, for example in the field of turbomachinery. Use in the area of wheel bearings is also conceivable.
  • the roller bearing inner rings on the roller are mounted separately from the rolling element with a race on the roller.
  • the surface of the roller with the inner ring of the roller bearing is produced with maximum concentricity in one clamping during production.
  • a tolerance that is as "free of lag" as possible between Bearing race and roller surface required.
  • the conical "shrinkage" of the bearing outer ring with a conical clamping set proposed in the present invention a very precise circular feed is achieved. This is achieved because the individual parts are in direct ground contact and the individual parts can be manufactured very precisely for a specific tolerance range by means of turning and grinding. This is not possible when using conical bearings, since these consist of separately manufactured rolling elements, the manufacture of which is subject to greater tolerance fluctuations.
  • the clamping device can be designed in such a way that it can be pushed onto the outer ring of the roller bearing in the axial direction.
  • the clamping device can enclose the outer ring of the roller bearing in a ring-shaped manner.
  • the clamping device can have a width in the axial direction which is greater than the axial width of the roller bearing.
  • the tensioning element is oversized relative to the tensioning device and/or that there is a state of tension between the two elements.
  • the clamping element can have an axial width which is greater than the axial width of the roller bearing. As a result, the clamping element can be adjusted axially within the clamping device without the clamping element no longer covering the roller bearing.
  • the clamping device has a cavity that extends axially and at least in sections, preferably over the entire circumference of the clamping device, in which the clamping element in the form of a sleeve is accommodated in an axially displaceable manner, with the cavity being able to taper in the axial direction.
  • the cavity can in particular taper linearly.
  • the cavity can have a greater axial width than the clamping element, so that the clamping element can be adjusted axially within the cavity. Provision can be made for the lowest cavity height to be less than the lowest clamping element height. It can also be provided that the maximum height of the cavity is greater than or equal to the maximum height of the clamping element.
  • the sleeve can have two opposite end faces. It can be provided that the sleeve is only adjustable or designed in such a way that a pressure chamber in each case remains between the respective end face and the cavity wall lying opposite it.
  • the sleeve has a sleeve outer surface that is at least partially conical in the axial direction and the cavity has a cavity outer surface that is at least partially conical in the axial direction and points inwards in the radial direction, which interacts with the sleeve outer surface, the conical section of the sleeve surface and the conical portion of the cavity outer surface are aligned parallel to each other.
  • the sleeve can accordingly have a sleeve outer surface which is wedge-shaped in cross-section and the cavity can have a correspondingly shaped cavity outer surface.
  • the sleeve has a sleeve inner surface and the cavity has a radially outwardly facing cavity inner surface abutting the sleeve inner surface, the sleeve inner surface and the cavity inner surface being aligned parallel to the axial direction of the roller bearing.
  • the inner surface of the sleeve and the inner surface of the cavity can lie flat against one another.
  • the parallel alignment with respect to the axial direction of the rolling bearing has the advantage that a largely homogeneous stress distribution is generated.
  • an adjusting device is connected to the clamping device, which is set up for the continuous axial adjustment of the clamping element.
  • the hollow space can be designed as a hydraulic chamber and the tensioning element as a piston that can be adjusted axially therein or as a hydraulic actuator.
  • the clamping device can be driven hydraulically, electrically, pneumatically, mechanically or by means of at least one spindle.
  • the device can have a control circuit for setting a predefined target bearing preload, with the target bearing preload being continuously or at predefined time intervals compared in the control circuit with the actual bearing preload measured by the device for continuously monitoring the bearing play, and in response to this the actuating device a corresponding manipulated variable is controlled.
  • the device can have a control device which receives the measurement data from the monitoring device and emits a corresponding control signal.
  • the device can also have an electrically controllable valve, by means of which the direction of the pressure to be generated and thus the direction of movement of the tensioning element can be controlled.
  • the device can also have a pump, by means of which the pressure to be generated can be adjusted.
  • the control device can be connected to the valve to specify the valve position.
  • the control device can be connected to the pump in order to specify the pump pressure to be set.
  • the device can have, in particular, a cylindrical roller bearing or a needle bearing as the roller bearing.
  • a cylindrical roller bearing or a needle bearing as the roller bearing.
  • any type of bearing can be used which can be preloaded perpendicularly to the bearing axis.
  • Rolling bearings with cylindrical rolling elements have the advantage that they have low running tolerances.
  • the possibility of calibrating the inner rings on the rolls in one processing step with the roll surface during clamping avoids tolerance accumulation.
  • This option of calibrating the rotators together with the inner rings in one setting is not available with tapered roller bearings.
  • the running accuracy can Tapered roller bearings can only be achieved by summing up the individual tolerances in, for example, a machine tool spindle. Tapered roller bearings are placed in multiple rows in an X and O arrangement. This can be carried out with long-term stability, but requires a corresponding size.
  • an actuating variable is output to an actuating device for setting the bearing preload.
  • the detection of the preload includes the detection of noise characteristics, changes in oscillation, vibrations and/or changes in torque in the drive.
  • clamping element can be axially adjusted hydraulically or pneumatically by the adjusting device.
  • tensioning element is adjusted electrically or mechanically by means of spindles.
  • the method can provide for the axial adjustment of the clamping element to be subjected to different pressures on opposite end faces, with a first pressure on a first side of the clamping element compared to a second pressure on a second side of the clamping element opposite the first side in order to increase the prestress is increased, and wherein to decrease the preload, the second pressure is increased relative to the first pressure.
  • the tensioning element is arranged in an axially adjustable manner in a cavity that tapers in the axial direction, with the tensioning element being adjusted in the direction of the tapered end of the cavity in order to increase the prestressing.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of the device according to the invention in a prestress-free first setting position
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an embodiment of the device according to the invention in a second adjustment position that generates prestress.
  • the device 1 shown in FIG. 1 for producing a releasable release from play in a roller bearing has a roller bearing 2 mounted on a shaft 6 in the form of a needle bearing with a bearing inner ring 5 , rolling bodies 4 and a bearing outer ring 3 .
  • a tensioning device 7 for generating a radial circumferential tension is pushed axially onto the bearing outer ring 3 and has an annular cavity 11 with an axially adjustable tensioning element 8 therein.
  • the cavity 11 has a cavity inner surface 15 pointing radially outwards, which is aligned parallel to the bearing axis.
  • the cavity 11 also has an inward-pointing cavity outer surface 13, which does not run parallel to the cavity inner surface 15, but runs obliquely as shown, so that the cavity 11 tapers from right to left or has a lower height on the left than on the right in the illustration .
  • the clamping element 8 has contact surfaces corresponding to the shape of the cavity, with a clamping element inner surface 14 pointing radially inward and an outward-facing clamping element outer surface 12.
  • the clamping element inner surface 14, like the cavity inner surface 15, is aligned parallel to the bearing axis and the clamping element outer surface 12, like the cavity outer surface 13, runs obliquely thereto .
  • the angle of the conical shape of the clamping element outer surface 12 corresponds to the angle of the cavity outer surface 13, based on the bearing axis.
  • the clamping element 8 has an axial width that is smaller than the axial width of the cavity 11, so that the clamping element 8 is axially adjustable in the cavity 11. To generate a bias, it is crucial that the lowest height of the cavity 11 is less than the lowest height of the clamping element 8.
  • Left and right of the Clamping element 8 has end faces which are aligned essentially perpendicular to the bearing axis and which in each case delimit a fluid-tight chamber between itself and the respectively opposite wall of the cavity n.
  • the clamping element 8 thus forms a hydraulically axially adjustable actuator which, depending on the axial position, causes a predefined shrinkage of the outer bearing diameter.
  • a first fluid line 21 opens into a first fluid-tight chamber 23 and a second fluid line 22 opens into a second opposite fluid-tight chamber 24, via which the chambers can each be subjected to a specific hydraulic pressure p 15 p 2 .
  • the two fluid lines 21 and 22 can be controlled via an electrically controllable 4/2-way valve, so that depending on the valve position, either the first fluid line 21 or the second fluid line 22 is pressurized.
  • a pump 20 is connected to the valve 19 to generate a desired pressure.
  • the valve 19 and the pump 20 are controlled by a control unit (PLC - Programmable Logic Controller) 18.
  • a monitoring device for recording of the bearing play or a resistance measuring device 17 which measures the electrical volume resistance, which is measured between the shaft 6 and the clamping device 7.
  • the negative pole is in contact with the shaft and the positive pole of the resistance measuring device 17 is in contact with the clamping device 7 .
  • the pump 20, the valve 19, the control device 18 and the resistance measuring device are part of a setting device 16, by means of which a control circuit for setting a predetermined reference prestress is implemented.
  • FIG. 1 shows the tensioning element 8 in a first orientation 9, in which the tensioning element 8 is positioned in such a way that no pretension is generated in the cavity 11.
  • FIG. The arrows on the clamping element 8 indicate its direction of movement to the right, ie in the direction of the expanded cavity section. Accordingly, the rolling bearing has 2 bearing play.
  • the valve 19 has to a position in which the pump 20 via the first fluid line 21 with an actuating pressure p to reduce the preload fluid-tight chamber 23 is applied.
  • the clamping element 8 in a second orientation 10, in which the clamping element 8 is positioned in such a way that a preload is generated in the cavity 11, by means of which the bearing 2 is set free of play.
  • the direction of movement, indicated by the arrows on the clamping element 8, shows that the clamping element moves to the left, i.e. towards the tapered cavity section.
  • the chamber volume of the first decreases fluid-tight chamber 23 and increases the chamber volume of the second fluid-tight chamber 24.
  • the valve 19 is adjusted by the control unit 18 in such a way that the second fluid line 22 now has a pressure p 2 to increase the preload in the second fluid-tight chamber 24 by the pump 20 is applied.
  • the clamping device 7 produces a shrinkage on the bearing outer ring 3, so that it bears against the rolling elements 3 over its entire circumference.
  • a predefined preload can now be generated in bearing 2, which is necessary for the respective application.

Landscapes

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers, mit einem Wälzlager, das einen Außenring, einen auf einer Welle montierten Innenring sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring und Außenring angeordnete Wälzkörper aufweist, und mit einer auf dem Umfang des Wälzlageraußenrings montierten Spannvorrichtung zum Erzeugen einer radialen und über den Außenumfang des Wälzlageraußenrings gleichförmigen Vorspannung zwischen Spannvorrichtung und Wälzlageraußenring, wobei die Spannvorrichtung ein axial verstellbares Spannelement aufweist, welches in eine erste Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager Spiel aufweist, und welches in eine zweite Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager spielfrei ist. Es wird weiterhin ein entsprechendes Verfahren beschrieben.

Description

Vorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers sowie ein entsprechendes Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers, mit einem Wälzlager, das einen Außenring, einen auf einer Welle montierten Innenring sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring und Außenring angeordnete Wälzkörper aufweist, und mit einer auf dem Umfang des Wälzlageraußenrings montierten Spannvorrichtung zum Erzeugen einer radialen und über den Außenumfang des Wälzlageraußenrings gleichförmigen Vorspannung zwischen Spannvorrichtung und Wälzlageraußenring, wobei die Spannvorrichtung ein axial verstellbares Spannelement aufweist, welches in eine erste Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager Spiel aufweist, und welches in eine zweite Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager spielfrei ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einstellen der Vorspannung eines auf einer Welle montierten Wälzlagers.
Eine hydraulische Spannbuchse ist bekannt aus der DE 102018123980 Ai. Diese wird jedoch nicht im Zusammenhang mit einem Wälzlager offenbart, sondern in Verwendung mit einer Nabe und zum Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einer innenhegenden Welle und der außenhegenden Nabe. Eine weitere Spannbuchse ist bekannt aus der DE 2639320 Ai. Diese dient zum kraftschlüssigen Verbinden einer Welle mit einem zu spannenden Teil wie z.B. einem Kettenrad, einer Keilriemenscheibe oder einem Zahnritzel. Eine Verbindung zwischen der Spannbuchse und einem Wälzlager ist nicht offenbart, insbesondere nicht zum Erzeugen einer definierten Lagervorspannung.
Die Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten konischen Wälzlagern wie Kegelrollenlager, welche beispielsweise an Radlagern an Automobilen verbaut werden, bestehen darin, dass die kegeligen bzw. konischen Laufflächen nur als Funktionseinheit im Lager zusammengefasst eingebaut werden können. Dadurch ergibt sich stets ein zusätzlicher Summand bei der Berechnung der Gesamttoleranz. Mithilfe der vorliegenden Erfindung sind demgegenüber der Rundlauf einerseits und das Einstellen des Wälzlagerspiels andererseits tatsächlich getrennt voneinander durchführbar. An Spindeln, Wellen, Walzen, Rotoren etc. können mit der vorliegenden Erfindung alle rotativen Teile in Summe mit dem Innenring des Lagers zusammengefasst zylindrisch final bearbeitet, bzw. kalibriert werden.
Die Erfindung weist daher den Vorteil auf, eine hohe Rundlaufgenauigkeit bei gleichzeitiger Aufnahme von hohen Lasten zu ermöglichen. Dies wird unter anderem auch dadurch erreicht, dass die Lagervorspannung nicht lediglich in einer zweidimensionalen Verspannungsebene, sondern komplett umfänglich um den Lageraußenring erzeugt wird. Dadurch sind Walzenanordnungen mit spielfreier Rotationsfunktion in allen Ebenen möglich.
Das Erzeugen einer definierten Vorspannung in den vorzuspannenden Wälzlagern erfolgt unter Zustellung der Außendurchmesser der Lageraußenringe. Damit wird ein zirkular teil- oder vollumfänglicher Kontakt über die Wälzkörper von der statischen Baugruppe zu der rotierenden Baugruppe erreicht.
Darüber hinaus ist durch die vorliegende Erfindung eine sehr kompakte Bauweise möglich. Eine Mehrfachlagerung mit gegeneinander verspannten Lagern weist demgegenüber zum einen einen deutlich größeren Platzbedarf auf und führt außerdem immer zu einer Reduktion der Lastaufnahme, da in der verspannten Anordnung die Wälzlager die Lasten nur in Kontaktrichtung zum rotierenden Körper ableiten können.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht zudem eine Betriebszustandsüberwachung während des Betriebs des Lagers, sodass Lagerschäden oder sonstige verschleißbedingte Ausfallerscheinungen frühzeitig erkennbar sind. Zudem ist die Lagervorspannung während des Betriebs einstellbar, sodass bei Feststellen einer Änderung der Lagervorspannung, beispielsweise bedingt durch thermische Änderungen, die Vorspannung kontinuierlich auf einen optimalen Wert nachjustiert werden kann, so dass einerseits optimale Betriebsbedingungen, beispielsweise in Form von sehr genauen Rundlaufeigenschaften, und andererseits der Lagerverschleiß minimiert werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen einer Spielfreistellung und/oder zum Erzeugen einer definierten Vorspannung eines auf einer Welle montierten Wälzlagers bereitzustellen, welche zum einen besonders leicht handhabbar ist und vorteilhaft einsetzbar bei sich ändernden Betriebszuständen ist und zum anderen zum Erzeugen einer hohen Laufgenauigkeit des Wälzlagers dient.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Demgemäß wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers vorgeschlagen, mit einem Wälzlager, das einen Außenring, einen auf einer Welle montierten Innenring sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring und Außenring angeordnete Wälzkörper aufweist, und mit einer auf dem Umfang des Wälzlageraußenrings montierten Spannvorrichtung zum Erzeugen einer radialen und über den Außenumfang des Wälzlageraußenrings gleichförmigen Vorspannung zwischen Spannvorrichtung und Wälzlageraußenring, wobei die Spannvorrichtung ein axial verstellbares Spannelement aufweist, welches in eine erste Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager Spiel aufweist, und welches in eine zweite Ausrichtung bringbar ist, in welcher das Wälzlager spielfrei ist.
Die Vorrichtung kann eingesetzt werden im Bereich von Walzenlagerungen, in Walzenanordnungen wie beispielsweise in einem Walzwerk oder einer Walzprofilieranlage, in Druckerpressen, rotatorischen Prozessmaschinen, oder beim Rillen, Prägen oder Stanzen.
Weitere Einsatzgebiete der vorliegenden Erfindung können außerdem Spindellagerungen an Werkzeugmaschinen für sowohl Werkzeugspindeln als auch Werkstückspindeln sein, beispielsweise in Zerspanungsanlagen, beim Rollverfestigen oder beim Rändeln. Außerdem ist denkbar, dass die Erfindung in Spindellagerungen von Rotatoren eingesetzt wird, beispielsweise im Turbomaschinenbereich. Ferner denkbar ist der Einsatz im Bereich Radlagerungen.
In der Drucktechnik werden zum Erreichen eines Rundlaufs der gravierten Walze die Wälzlagerinnenringe auf der Walze getrennt vom Wälzkörper mit Laufring auf die Walze montiert. Dadurch wird die Oberfläche der Walze mit dem Innenring des Wälzlagers in einer Aufspannung in der Herstellung maximal Rundlaufgenau hergestellt. Insbesondere bei geforderten glatten Walzenoberflächen für die Herstellung von Materialbahnen wird eine möglichst „vergangfreie“ Toleranz zwischen Laufring des Wälzlagers und der Walzenoberfläche erforderlich. Mit der in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen konischen „Schrumpfung“ des Lageraußenrings mit einem konischen Spannsatz wird eine zirkular sehr genaue Zustellung erreicht. Dies wird erreicht, weil die Einzelteile im direkten Massekontakt stehen und die Einzelteile für einen bestimmten Toleranzbereich zirkular mittels Drehen und Schleifen sehr genau hergestellt werden können. Bei Verwendung von konischen Lagern ist dies nicht möglich, da diese aus getrennt hergestellten Wälzkörpern bestehen, deren Herstellung größeren Toleranzschwankungen unterworfen ist.
Die Spannvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie in Axialrichtung auf den Wälzlageraußenring aufschiebbar ist. Die Spannvorrichtung kann den Wälzlageraußenring ringförmig umschließen. Die Spannvorrichtung kann in Axialrichtung eine Breite aufweisen, welche größer ist als die axiale Breite des Wälzlagers. In der ersten Ausrichtung kann vorgesehen sein, dass zwischen Spannelement und Spannvorrichtung ein Spiel vorhanden ist oder zumindest kein Verspannungszustand vorliegt. In der zweiten Ausrichtung kann vorgesehen sein, dass das Spannelement gegenüber der Spannvorrichtung ein Übermaß aufweist und/ oder ein Verspannungszustand zwischen beiden Elementen vorliegt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Spannelement innerhalb der zweiten Ausrichtung derart verstellbar ist, dass eine definierte Lagervorspannung einstellbar ist. Das Spannelement kann eine axiale Breite aufweisen, welche größer ist als die axiale Breite des Wälzlagers. Dadurch kann eine axiale Verstellung des Spannelements innerhalb der Spannvorrichtung vorgenommen werden, ohne dass das Spannelement das Wälzlager nicht mehr überdeckt.
Es ist dankbar, dass die Spannvorrichtung einen sich axial und zumindest abschnittsweise, vorzugsweise über den gesamten Umfang der Spannvorrichtung ringförmig erstreckenden Hohlraum aufweist, in welchem das Spannelement in Form einer Hülse axial verschieblich aufgenommen ist, wobei sich der Hohlraum in Axialrichtung verjüngen kann. Der Hohlraum kann sich insbesondere linear verjüngen. Der Hohlraum kann eine gegenüber dem Spannelement größere axiale Breite aufweisen, so dass das Spannelement innerhalb des Hohlraums axial verstellbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass die geringste Hohlraumhöhe geringer ist als die geringste Spannelementhöhe. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die größte Hohlraumhöhe größer oder gleich der größten Spannelementhöhe ist. Die Hülse kann zwei gegenüberliegende Stirnseiten aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass die Hülse nur so verstellbar oder so ausgebildet ist, dass zwischen der jeweiligen Stirnseite und der dieser jeweils gegenüberliegenden Hohlraumwand jeweils eine Druckkammer verbleibt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hülse eine in Äxialrichtung zumindest abschnittsweise konisch verlaufende Hülsenaußenfläche aufweist und der Hohlraum eine in Äxialrichtung zumindest abschnittsweise konisch verlaufende und in Radialrichtung nach innen weisende Hohlraumaußenfläche aufweist, welche mit der Hülsenaußenfläche zusammenwirkt, wobei der konische Abschnitt der Hülsenoberfläche und der konische Abschnitt der Hohlraumaußenfläche parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Hülse kann demnach eine im Querschnitt keilförmige Hülsenaußenfläche und der Hohlraum eine entsprechend geformte Hohlraumaußenfläche aufweisen. Durch axiales Verstellen der Hülse im Hohlraum kann dadurch einerseits eine Spielfreistellung des Wälzlagers und andererseits darüber hinaus eine vordefinierte Vorspannung realisiert werden, welche abhängig vom Grad der axialen Verstellung ist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Hülse eine Hülseninnenfläche und der Hohlraum eine an der Hülseninnenfläche anliegende radial nach außen weisende Hohlrauminnenfläche aufweist, wobei die Hülseninnenfläche und die Hohlrauminnenfläche parallel zur Äxialrichtung des Wälzlagers ausgerichtet sind. Die Hülseninnenfläche und die Hohlrauminnenfläche können plan aneinander liegen. Die parallele Ausrichtung mit Bezug auf die Äxialrichtung des Wälzlagers hat den Vorteil, dass eine weitgehend homogene Spannungsverteilung erzeugt wird.
Es ist denkbar, dass eine Stelleinrichtung an die Spannvorrichtung angeschlossen ist, welche zum kontinuierlichen axialen Verstellen des Spannelements eingerichtet ist. Hierzu kann der Hohlraum als Hydraulikkammer und das Spannelement als darin axial verstellbarer Kolben bzw. als hydraulisches Stellglied ausgeführt sein. Je nach Höhe und Ort der Druckbeaufschlagung kann ein gewünschter Schrumpf des Laufrings des Wälzlagers bewirkt werden. Die Spannvorrichtung kann hydraulisch, elektrisch, pneumatisch, mechanisch oder mittels zumindest einer Spindel angetrieben sein. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei welchen eine Vorspannung beispielsweise mittels Stellschrauben einmalig vor Inbetriebnahme festgelegt wird, weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass die Vorspannung stetig angepasst werden kann und beispielsweise wechselnde Betriebsbedingungen berücksichtigen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass ferner eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Lagerspiels des Wälzlagers vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise durch Erfassung der Vorspannung und/oder der Kontakttoleranz mittels elektrischer Durchgangswiderstandswerte erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das die Überwachung des Lagerspiels mittels Erfassung von Geräuschcharakteristiken, Schwingungsänderungen, Vibrationen und/oder Drehmomentänderungen im Antrieb erfolgt.
Insbesondere kann die Vorrichtung einen Regelkreis zur Einstellung einer vordefinierbaren Soll-Lagervorspannung aufweisen, wobei im Regelkreis die Soll- Lagervorspannung kontinuierlich oder in vordefinierten Zeitintervallen mit der durch die Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Lagerspiels gemessenen Ist- Lagervorspannung abgeglichen wird und in Reaktion darauf die Stelleinrichtung mit einem entsprechenden Stellgröße angesteuert wird. Die Vorrichtung kann hierzu eine Steuereinrichtung aufweisen, welche die Messdaten der Überwachungseinrichtung erhält und ein entsprechendes Ansteuerungssignal aussendet. Die Vorrichtung kann hierzu ferner ein elektrisch ansteuerbares Ventil aufweisen, mittels welchem die Richtung des zu erzeugenden Drucks und damit die Bewegungsrichtung des Spannelements steuerbar ist. Die Vorrichtung kann ferner eine Pumpe aufweisen, mittels welcher der zu erzeugende Druck eingestellt werden kann. Die Steuereinrichtung kann an das Ventil angeschlossen sein zur Vorgabe der Ventilstellung. Die Steuereinrichtung kann an die Pumpe angeschlossen sein, zur Vorgabe des einzustellenden Pumpendrucks.
Die Vorrichtung kann als Wälzlager insbesondere ein Zylinderrollenlager oder ein Nadellager aufweisen. Es kann grundsätzlich jede Lagerart verwendet werden, welche senkrecht zur Lagerachse vorspannbar ist.
Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern haben den Vorteil, dass sie geringe Lauftoleranzen aufweisen. Zudem wird durch die mögliche Kalibrierung der Innenringe auf den Walzen in einem Bearbeitungsschritt mit der Walzenoberfläche während einer Aufspannung eine Toleranzsummierung vermieden. Diese Möglichkeit, die Rotatoren gemeinsam in einer Aufspannung mit den Innenringen zu kalibrieren, besteht demgegenüber nicht bei Kegelrollenlagern. Die Laufgenauigkeit kann bei Kegelrollenlagern nur durch das Wegsummieren der Einzeltoleranzen in beispielsweise einer Werkzeugmaschinenspindel erreicht werden. Kegelrollenlager werden mehrreihig in X und O-Anordnung aufgesetzt. Das kann dauerstabil ausgeführt werden, erfordert aber eine entsprechende Baugröße.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Einstellen der Vorspannung eines auf einer Welle montierten Wälzlagers vorgeschlagen, aufweisend die Schritte:
Erfassen der Vorspannung einer Lagerung, während diese im Betrieb ist;
Abgleichen der erfassten Ist-Vorspannung mit einer Soll-Vorspannung und Berechnen eines Differenzwerts;
Anhand des Differenzwerts, Ausgeben einer Stellgröße an eine Stellvorrichtung zum Einstellen der Lagervorspannung.
Es kann vorgesehen sein, dass das Erfassen der Vorspannung das Messen eines elektrischen Durchgangswiderstands und/ oder das Messen von mechanischen Belastungen und/oder das Messen von thermischen Betriebsbedingungen der Lagerung umfasst. Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das Erfassen der Vorspannung das Erfassen von Geräuschcharakteristiken, Schwingungsänderungen, Vibrationen und/oder Drehmomentänderungen im Antrieb umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass die Stellvorrichtung ein in einer Spannvorrichtung angeordnetes axial verstellbares Spannelement ansteuert, das je nach axialer Verstellposition eine vordefinierte Lagervorspannung erzeugt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Spannelement durch die Stellvorrichtung hydraulisch oder pneumatisch axial verstellt wird. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass das Spannelement elektrisch oder mechanisch mittels Spindeln verstellt wird.
Das Verfahren kann vorsehen, dass zum axialen Verstellen des das Spannelement an gegenüberliegenden Stirnseiten mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt wird, wobei zum Erhöhen der Vorspannung ein erster Druck auf einer ersten Seite des Spannelements gegenüber einem zweiten Druck auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Spannelements erhöht wird, und wobei zum Senken der Vorspannung der zweite Druck gegenüber dem ersten Druck erhöht wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Spannelement in einem sich in Axialrichtung verjüngenden Hohlraum axial verstellbar angeordnet ist, wobei das Spannelement zur Erhöhung der Vorspannung in Richtung des verjüngten Hohlraumendes verstellt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Fig. l eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vorspannungsfreien ersten Stellposition;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Vorspannung erzeugenden zweiten Stellposition.
Die in Fig. l gezeigte Vorrichtung l zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers weist ein auf einer Welle 6 montiertes Wälzlager 2 in Form eines Nadellagers mit einem Lagerinnenring 5, Wälzkörpern 4 und einem Lageraußenring 3 auf. Eine Spannvorrichtung 7 zur Erzeugung einer radialen Umfangsspannung ist auf den Lageraußenring 3 axial aufgeschoben und weist einen ringförmigen Hohlraum 11 mit einem darin axial verstellbaren Spannelement 8 auf. Der Hohlraum 11 weist eine radial nach außen weisende Hohlrauminnenfläche 15 auf, welche parallel zur Lagerachse ausgerichtet ist. Der Hohlraum 11 weist ferner eine nach innen weisende Hohlraumaußenfläche 13 auf, welche nicht parallel zur Hohlrauminnenfläche 15 verläuft, sondern wie dargestellt schräg verläuft, so dass der Hohlraum 11 von rechts nach links konisch zuläuft bzw. links eine geringere Höhe aufweist als rechts in der Darstellung. Das Spannelement 8 weist der Hohlraumform entsprechende Anlageflächen auf, mit einer radial nach innen weisenden Spannelementinnenfläche 14 und einer nach außen weisenden Spannelementaußenfläche 12. Die Spannelementinnenfläche 14 ist wie die Hohlrauminnenfläche 15 parallel zur Lagerachse ausgerichtet und die Spannelementaußenfläche 12 ist wie die Hohlraumaußenfläche 13 schräg dazu verlaufend. Dabei entspricht der Winkel des konischen Verlaufs der Spannelementaußenfläche 12 dem Winkel der Hohlraumaußenfläche 13, bezogen auf die Lagerachse. Das Spannelement 8 weist eine axiale Breite auf, die geringer ist als die axiale Breite des Hohlraums 11, so dass das Spannelement 8 axial verstellbar im Hohlraum 11 ist. Zur Erzeugung einer Vorspannung ist es dabei entscheidend, dass die geringste Höhe des Hohlraums 11 geringer ist als die geringste Höhe des Spannelements 8. Links und rechts des Spannelements 8 weist dieses im Wesentlichen senkrecht zur Lagerachse ausgerichtete Stirnseiten auf, welche zwischen sich und der jeweils gegenüberliegenden Wand des Hohlraums n jeweils eine fluiddichte Kammer begrenzen. Somit bildet das Spannelement 8 ein hydraulisch axial verstellbares Stellglied, welches je nach axialer Position eine vordefinierte Schrumpfung des Lageraußendurchmessers verursacht. In eine erste fluiddichte Kammer 23 mündet hierzu eine erste Fluidleitung 21 und in eine zweite gegenüberliegende fluiddichte Kammer 24 mündet eine zweite Fluidleitung 22, über welche die Kammern jeweils mit einem bestimmten hydraulischen Druck pl5 p2 beaufschlagbar sind. Die beiden Fluidleitungen 21 und 22 sind über ein elektrisch ansteuerbares 4/2-Wegeventil ansteuerbar, so dass je nach Ventilstellung entweder die erste Fluidleitung 21 oder die zweite Fluidleitung 22 mit Druck beaufschlagt wird. Eine Pumpe 20 ist an das Ventil 19 angeschlossen zur Erzeugung eines gewünschten Drucks. Das Ventil 19 bzw. die Pumpe 20 werden angesteuert von einer Steuereinheit (PLC - Programmable Logic Controller) 18. Diese erhält kontinuierlich oder in vorbestimmten Intervallen Messdaten von einer Überwachungseinrichtung zum Erfassen des Lagerspiels bzw. einem Widerstandsmessgerät 17, welches den elektrischen Durchgangswiderstand misst, welcher zwischen der Welle 6 und der Spannvorrichtung 7 gemessen wird. In der Darstellung liegt der Minuspol an der Welle und der Pluspol des Widerstandsmessgeräts 17 an der Spannvorrichtung 7 an. Die Pumpe 20, das Ventil 19, die Steuereinrichtung 18 sowie das Widerstandsmessgerät sind Teil einer Stelleinrichtung 16, mittels welcher ein Regelkreis zur Einstellung einer vorbestimmten Soll-Vorspannung realisiert wird.
Fig. 1 zeigt das Spannelement 8 in einer ersten Ausrichtung 9, in welcher das Spannelement 8 derart positioniert ist, dass im Hohlraum 11 keine Vorspannung erzeugt wird. Die Pfeile auf dem Spannelement 8 deuten seine Bewegungsrichtung nach rechts, das heißt in Richtung des erweiterten Hohlraumabschnitts an. Dementsprechend weist das Wälzlager 2 Lagerspiel auf. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, besteht ein Abstand zwischen den Wälzkörpern 4 und dem äußeren Lagerring 3. Das Ventil 19 weist dazu eine Stellung auf, in welcher die Pumpe 20 über die erste Fluidleitung 21 mit einem Stelldruck p zum Senken der Vorspannung die fluiddichte Kammer 23 beaufschlagt. Fig. 2 zeigt das Spannelement 8 in einer zweiten Ausrichtung 10, in welcher das Spannelement 8 derart positioniert ist, dass im Hohlraum 11 eine Vorspannung erzeugt wird, mittels welcher das Lager 2 spielfrei gestellt ist. Die Bewegungsrichtung, angedeutet durch die Pfeile auf dem Spannelement 8, zeigt, dass sich das Spannelement nach links bewegt, das heißt, in Richtung des verjüngten Hohlraumabschnitts. Im Zuge dessen verringert sich das Kammervolumen der ersten fluiddichten Kammer 23 und vergrößert sich das Kammervolumen der zweiten fluiddichten Kammer 24. Hierzu wird das Ventil 19 durch die Steuereinheit 18 so verstellt, dass nun die zweite Fluidleitung 22 mit einem Druck p2 zum Erhöhen der Vorspannung in der zweiten fluiddichten Kammer 24 durch die Pumpe 20 beaufschlagt wird. Dadurch erzeugt die Spannvorrichtung 7 eine Schrumpfung auf den Lageraußenring 3, so dass dieser vollumfänglich an den Wälzkörpern 3 anliegt. Über die Spielfreistellung hinaus kann nun eine vordefinierte Vorspannung im Lager 2 erzeugt werden, welche für den jeweiligen Einsatz notwendig ist. Durch kontinuierliches Überwachen des elektrischen Durchgangswiderstands und dem Verarbeiten der Messdaten in der Steuereinheit 18 wird es ermöglicht, dass die Vorspannung stetig und während des Betriebs nachjustiert werden kann, beispielsweise, wenn bei thermischen Schwankungen eine Änderung der Vorspannung auftritt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste:
1 Vorrichtung
2 Wälzlager
3 Wälzlageraußenring
4 Wälzkörper
5 Wälzlagerinnenring
6 Welle
7 Spannvorrichtung
8 Spannelement
9 Erste Ausrichtung
10 Zweite Ausrichtung
11 Hohlraum
12 Hülsenaußenfläche
13 Hohlraumaußenfläche
14 Hülseninnenfläche
15 Hohlrauminnenfläche
16 Stelleinrichtung
17 Überwachungseinrichtung zum Erfassen des Lagerspiels, Widerstandsmessgerät
18 Steuergerät
19 4/ 2- W egeventil
20 Pumpe
21 Erste Fluidleitung
22 Zweite Fluidleitung
23 Erste fluiddichte Kammer
24 Zweite fluiddichte Kammer
P Stelldruck zum Senken der Vorspannung p2 Stelldruck zum Erhöhen der Vorspannung

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung (1) zur Herstellung einer lösbaren Spielfreistellung eines Wälzlagers
(2), mit einem Wälzlager (2), das einen Außenring (3), einen auf einer Welle (6) montierten Innenring (5) sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring (5) und Außenring (3) angeordnete Wälzkörper (4) aufweist, und mit einer auf dem Umfang des Wälzlageraußenrings (3) montierten Spannvorrichtung (7) zum Erzeugen einer radialen und über den Außenumfang des Wälzlageraußenrings (3) gleichförmigen Vorspannung zwischen Spannvorrichtung (7) und Wälzlageraußenring (3), wobei die Spannvorrichtung (7) ein axial verstellbares Spannelement (8) aufweist, welches in eine erste Ausrichtung (9) bringbar ist, in welcher das Wälzlager (2) Spiel aufweist, und welches in eine zweite Ausrichtung (10) bringbar ist, in welcher das Wälzlager spielfrei ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Spannelement (7) innerhalb der zweiten Ausrichtung (10) derart verstellbar ist, dass eine definierte Lagervorspannung einstellbar ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannvorrichtung (7) einen sich axial und zumindest abschnittsweise, vorzugsweise über den gesamten Umfang der Spannvorrichtung (7) ringförmig erstreckenden Hohlraum (11) aufweist, in welchem das Spannelement (8) in Form einer Hülse axial verschieblich aufgenommen ist, wobei sich der Hohlraum (11) in Axialrichtung verjüngt.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Hülse (8) eine in Axialrichtung zumindest abschnittsweise konisch verlaufende Hülsenaußenfläche (12) aufweist und der Hohlraum (11) eine in Axialrichtung zumindest abschnittsweise konisch verlaufende und in Radialrichtung nach innen weisende Hohlraumaußenfläche (13) aufweist, welche mit der Hülsenaußenfläche (12) zusammenwirkt, wobei der konische Abschnitt der Hülsenaußenfläche (12) und der konische Abschnitt der Hohlraumaußenfläche (13) parallel zueinander ausgerichtet sind.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Hülse (8) eine Hülseninnenfläche (14) und der Hohlraum (11) eine an der Hülseninnenfläche (14) anliegende radial nach außen weisende Hohlrauminnenfläche (15) aufweist, wobei die Hülseninnenfläche (14) und die Hohlrauminnenfläche (15) parallel zur Axialrichtung des Wälzlagers (2) ausgerichtet sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ferner eine Stelleinrichtung (16) an die Spannvorrichtung (7) angeschlossen ist, welche zum kontinuierlichen axialen Verstellen des Spannelements (8) eingerichtet ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, welche ferner eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Lagerspiels (17) des Wälzlagers (2) aufweist.
8. Vorrichtung (l) nach Anspruch 7, welche ferner einen Regelkreis zur Einstellung einer vordefinierbaren Soll-Lagervorspannung aufweist, wobei im Regelkreis die Soll-Lagervorspannung kontinuierlich oder in vordefinierten Zeitintervallen mit der durch die Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Lagerspiels (17) gemessenen Ist-Lagervorspannung abgeglichen wird und in Reaktion darauf die Stelleinrichtung (16) mit einem entsprechenden Stellgröße angesteuert wird.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wälzlager (2) ein Zylinderrollenlager oder ein Nadellager ist.
10. Verfahren zum Einstellen der Vorspannung eines auf einer Welle (6) montierten Wälzlagers (2), aufweisend die Schritte:
Erfassen der Vorspannung einer Lagerung, während diese im Betrieb ist;
Abgleichen der erfassten Ist-Vorspannung mit einer Soll-Vorspannung und Berechnen eines Differenzwerts;
Anhand des Differenzwerts, Ausgeben einer Stellgröße an eine Stellvorrichtung (16) zum Einstellen der Lagervorspannung.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erfassen der Vorspannung das Messen eines elektrischen Durchgangswiderstands und/oder das Messen von mechanischen Belastungen und/oder das Messen von thermischen Betriebsbedingungen der Lagerung umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch io oder n, wobei die Stellvorrichtung (16) ein in einer Spannvorrichtung (7) angeordnetes axial verstellbares Spannelement (8) ansteuert, das je nach axialer Verstellposition eine vordefinierte Lagervorspannung erzeugt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Spannelement (8) durch die Stellvorrichtung (16) hydraulisch oder pneumatisch axial verstellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zum axialen Verstellen des das Spannelement (8) an gegenüberliegenden Stirnseiten mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt wird, wobei zum Erhöhen der Vorspannung ein erster Druck (p0 auf einer ersten Seite des Spannelements (8) gegenüber einem zweiten Druck (p2) auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Spannelements (8) erhöht wird, und wobei zum Senken der Vorspannung der zweite Druck (p2) gegenüber dem ersten Druck (p,) erhöht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Spannelement (8) in einem sich in Axialrichtung verjüngenden Hohlraum (11) axial verstellbar angeordnet ist, wobei das Spannelement (8) zur Erhöhung der Vorspannung in Richtung des verjüngten Hohlraumendes verstellt wird.
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