DE10003342C2 - Verfahren zum Montieren eines Wälzlagers und für das Verfahren eingesetztes Hüllkreißmeßgerät - Google Patents

Verfahren zum Montieren eines Wälzlagers und für das Verfahren eingesetztes Hüllkreißmeßgerät

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines Wälzlagers, das in einem Gehäuse angeordnet ist und eine Welle aufnimmt, wobei ein vorgegebenes Spiel bzw. eine vorgegebene Vorspannung einzuhalten ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hüllkreismeßgerät, mit dessen Hilfe das Spiel bzw. die Vorspannung eingestellt wird.
Die Erstmontage eines Wälzlagers inklusive der dabei erforderlichen Einstellarbeiten ist in der Regel unproblematisch, da die Montage des Wälzlagers und der Zusammenbau der Maschine, in der das Wälzlager montiert wird, so aufeinander abgestimmt werden können, daß eine günstige Einbauumgebung für das Wälzlager vorliegt. Ist es jedoch erforderlich ein Wälzlager aufgrund eines Defekts oder aus Verschleißgründen auszutauschen, so ist die Schaffung einer mit der Erstmontage vergleichbaren Einbauumgebung entweder gar nicht möglich oder würde einen Umbau der Maschine erfordern und wäre mit zusätzlichen Aufwand und einer zusätzlichen Stillstandszeit der Maschine verbunden. Insbesondere die Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung des Wälzlagers kann Probleme bereiten, da hierzu die Kenntnis von geometrischen Daten des Wälzlagers im montierten Zustand erforderlich sind, für deren Ermittlung nach bekannten Verfahren das Wälzlager gut zugänglich sein muß. Je nach Bauart des Wälzlagers ist es nämlich erforderlich, den Abstand bzw. die Überdeckung zwischen dem äußeren Hüllkreis der auf dem Innenring angeordneten Wälzkörpern und dem Innendurchmesser des Außenrings oder dem inneren Hüllkreis der im Außenring angeordneten Wälzkörper und dem Außendurchmesser des Innenrings jeweils im montierten Zustand zu ermitteln. Im ersten Fall besteht eine bekannte Vorgehensweise darin, das Wälzlager für die Durchführung der erforderlichen Messungen bzw. Einstellarbeiten auf der aus der Maschine ausgebauten Welle zu montieren. Im einzelnen wird beispielsweise gemäß dem im SKF Katalog 3700/IT, Reg. 47 1990-10, "Genauigkeitslager", Seiten 212 bis 215 beschrieben Verfahren zunächst der Außenring des Wälzlagers in das Gehäuse eingebaut und dessen Innendurchmesser mittels eines Innenmeßgeräts abgetastet. Nach Übertragung des so ermittelten Innendurchmessers auf ein Hüllkreismeßgerät und nach erfolgter Korrektur der Einstellung des Hüllkreismeßgeräts um das gewünschte Spiel bzw. um die gewünschte Vorspannung des Wälzlagers wird der Innenring mit dem Wälzkörpersatz und dem aufgesetzten Hüllkreismeßgerät so weit auf den konischen Lagersitz der Welle geschoben, bis der von den Wälzkörpern gebildete äußere Hüllkreis dem am Hüllkreismeßgerät eingestellten Wert entspricht. Die so ermittelte Einstellung kann durch Einfügen eines Abstandsrings zwischen dem Innenring und einer Wellenschulter fixiert werden. Hierzu wird der Innenring demontiert und nach dem Aufziehen des Abstandsrings erneut auf die Welle aufgeschoben, bis er fest am Abstandsring anliegt.
Das bekannte Verfahren liefert zwar sehr gute Ergebnisse, kann aber bedingt durch den dabei erforderlichen Ausbau der Welle je nach Anwendungsfall sehr aufwendig sein. So ist zum Beispiel beim Austausch der Lagerung eines Druckzylinders ein extrem hoher Aufwand für den Ausbau der Welle erforderlich verbunden mit einer relativ langen Stillstandszeit der Druckmaschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Wälzlagers mit einem vorgegebenen Spiel bzw. einer vorgegebenen Vorspannung möglichst effizient durchzuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 11 und mittels des Hüllkreismeßgeräts gemäß Anspruch 12.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ermittlung oder Einstellung des Hüllkreisdurchmessers des Wälzkörpersatzes ohne Ausbau der Welle oder des Gehäuses durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat damit den Vorteil, daß der Aufwand für die Demontage der Welle bzw. für die Demontage des Gehäuses entfällt. Die Montage des Wälzlagers kann somit in einer wesentlich kürzeren Zeitspanne erfolgen, so daß die Stillstandszeit der betroffenen Maschine erheblich reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Hüllkreismeßgerät ist so konzipiert, daß es eine Ermittlung oder Einstellung des Hüllkreisdurchmessers des Wälzkörpersatzes im montierten Zustand ermöglicht, wobei sowohl die Welle als auch das Gehäuse an ihrer jeweiligen Einbauposition in der Maschine verbleiben können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Wälzlager im montierten Zustand in Schnittdarstellung,
Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 in Aufsicht,
Fig. 3a bis 3c die Einbauumgebung des Wälzlagers nach verschiedenen Montageschritten,
Fig. 4 das erfindungsgemäße Hüllkreismeßgerät in Aufsicht und
Fig. 5 das erfindungsgemäße Hüllkreismeßgerät in Schnittdarstellung.
Fig. 1 zeigt ein Wälzlager im montierten Zustand in Schnittdarstellung. Das Wälzlager 1 weist einen Innenring 2, einen Außenring 3 und einen zwischen Innenring 2 und Außenring 3 angeordneten Wälzkörpersatz 4 auf. Der Innenring 2 umschließt einen konisch geformten Endbereich 5 einer Welle 6. Der konisch geformte Endbereich 5 der Welle 6 beginnt bei einer Wellenschulter 7. An der Wellenschulter 7 liegt axial ein Abstandsring 8 mit einer ersten Stirnfläche 9 an. An einer zweiten Stirnfläche 10 des Abstandsrings 8 liegt axial der Innenring 2 an. Der Außenring 3 wird von einem Gehäuse 11 aufgenommen.
Fig. 2 dient der Veranschaulichung der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wichtigen geometrischen Parameter des Wälzlagers und zeigt das montierte Wälzlager in Aufsicht. Aus Gründen der Anschaulichkeit weicht Fig. 2 zum Teil erheblich von einer maßstäblichen Darstellung ab.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wälzlager 1 so im Bauraum zwischen Welle 6 und Gehäuse 11 montiert, daß ein vorgegebenes Spiel bzw. eine vorgegebene Vorspannung eingehalten wird. Als Maß für das Spiel bzw. für die Vorspannung des Wälzlagers 1 kann der Abstand bzw. die Überdeckung 12 zwischen dem äußeren Hüllkreis 13 des am Innenring 2 anliegenden Wälzkörpersatzes 4 und dem Innendurchmesser des Außenrings 3 herangezogen werden. Ebenso könnte auch der Abstand bzw. die Überdeckung zwischen dem inneren Hüllkreis des am Außenring 3 anliegenden Wälzkörpersatzes 4 und dem Außendurchmesser des Innenrings 2 herangezogen werden. In allen Fällen sind die Werte heranzuziehen, die das Wälzlager 1 im montierten Zustand aufweist.
Fig. 3a bis 3c zeigen die Einbauumgebung des Wälzlagers 1 nach verschiedenen Montageschritten.
Fig. 3a zeigt die Einbauumgebung nach Entfernen des auszutauschenden Wälzlagers 1. Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Abstandsring 8 zunächst nicht entfernt.
Wie in Fig. 3b dargestellt, wird zunächst der Innenring 2 inklusive darauf angeordneten Wälzkörpersatz 4 so weit auf den Endbereich 5 der Welle 6 aufgeschoben, bis der Innenring 2 axial am Abstandsring 8 anliegt.
Anschließend wird ein Hüllkreismeßgerät 14 so auf den Wälzkörpersatz 4 aufgeschoben und so einjustiert, daß der Wälzkörpersatz 4 am Außendurchmesser des Innenrings 2 und am Innendurchmesser des Hüllkreismeßgeräts 14 jeweils spielfrei anliegt. Dieser Schritt ist in Fig. 3c dargestellt.
Das Hüllkreismeßgerät 14 wird wieder vom Wälzkörpersatz 4 entfernt und der dermaßen einjustierte Innendurchmesser des Hüllkreismeßgeräts 14 wird mit Hilfe eines Präzisionsinnenmeßgeräts quantitativ erfaßt. Der so ermittelte Wert für den Hüllkreisdurchmesser wird mit dem Innendurchmesser des Außenrings 3 verglichen.
Der Innendurchmesser des Außenrings 3 ist entweder ohnehin bereits bekannt oder wird beispielsweise mit Hilfe eines Präzisionsinnenmeßgeräts ermittelt. Erfolgt die Fixierung des Außenrings 3 im Gehäuse durch eine Preßpassung, so ist der für den nicht montierten Zustand des Außenrings 3 vorgegebene bzw. ermittelte Innendurchmesser um die bei der Montage auftretende Deformation zu korrigieren.
Weicht die Differenz der beiden Werte für den Hüllkreisdurchmesser des Wälzkörpersatzes 4 und den Innendurchmesser des Außenrings 3 um weniger als eine zulässige Toleranz vom vorgegebenen Wert für das Spiel bzw. für die Vorspannung ab, so sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. In diesem Fall wird der Innenring 2 einschließlich Wälzkörpersatz 4 wieder von der Welle 6 abgezogen, um die Montage des Außenrings 3 zu erleichtern. Anschließend wird der Außenring 3 in das Gehäuse 11 eingeschoben. Schließlich wird der Innenring 2 einschließlich Wälzkörpersatz 4 so weit auf die Welle 6 aufgepreßt, bis der Innenring 2 am Abstandsring 8 anliegt.
Liegt die Differenz der beiden Werte für den Hüllkreisdurchmesser des Wälzkörpersatzes 4 und den Innendurchmesser des Außenrings 3 außerhalb des zulässigen Bereichs für das Spiel bzw. für die Vorspannung, so wird der Hüllkreisdurchmesser des Wälzkörpersatzes 4 entsprechend korrigiert. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Welle 6 über einen konischen Endbereich 5 verfügt, kann der Hüllkreisdurchmesser durch axiale Verschiebung des Innenrings 2 auf der Welle 6 verändert werden. Die Größe der Verschiebung wird aus dem Öffnungswinkel des Konus und der erforderlichen Änderung des Hüllkreisdurchmessers ermittelt. Anschließend wird der Abstandsring 8 von der Welle 6 abgezogen und entsprechend der erforderlichen axialen Verschiebung des Innenrings 2 nachgearbeitet.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstandsring 8 vor dem Aufschieben des Innenrings 2 und des Wälzkörpersatzes 4 von der Welle 6 entfernt. Bei dieser Variante wird das Hüllkreismeßgerät 14 auf den erforderlichen Hüllkreisdurchmesser eingestellt, der sich aus dem Innendurchmesser des Außenrings 3 im montierten Zustand und dem gewünschten Spiel bzw. der gewünschten Überdeckung ergibt. Anschließend wird das Hüllkreismeßgerät 14 über den einschließlich Innenring 2 auf die Welle 6 aufgezogenen Wälzkörpersatz 4 geschoben. Danach wird der Innenring 2 durch axiales Verschieben zur Wellenschulter 7 hin so stark aufgeweitet, daß der Wälzkörpersatz 4 das Hüllkreismeßgerät 14 gerade berührt. In dieser axialen Position des Innenrings 2 wird der Abstand zwischen Innenring 2 und Wellenschulter 7 vermessen und es wird ein entsprechender Abstandsring 8 hergestellt. Innenring 2 und Wälzkörpersatz 4 werden von der Welle 6 abgezogen und nach Montage des Außenrings 3 und des Abstandsring 8 wieder auf die Welle 6 aufgepreßt. In einer Abwandlung dieser Variante der Erfindung werden vor dem Montieren des Außenrings 3 der Abstandsring 8 sowie der Innenring 2 und der Wälzkörpersatz 4 versuchsweise auf die Welle 6 aufgeschoben, so daß der Abstandsring 8 an der Wellenschulter 7 und am Innenring 2 anliegt und es wird überprüft, ob der Durchmesser des äußeren Hüllkreises 13 der Einstellung am Hüllkreismeßgerät 14 entspricht. Falls nicht, wird der Abstandsring 8 nachgearbeitet.
Die bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele bezogen sich jeweils auf den Fall, daß für die Ermittlung und Einstellung des Spiels und der Vorspannung jeweils der Innendurchmesser des Außenrings 3 und der Durchmesser des äußeren Hüllkreises 13 des Wälzkörpersatzes 4 herangezogen werden. Es ist jedoch auch möglich den Außendurchmesser des Innenrings 2 und den Durchmesser des inneren Hüllkreises des Wälzkörpersatzes 4 zu verwenden. In diesem Fall wird zur Messung bzw. Einstellung jeweils der Außenring 3 inklusive Wälzkörpersatz 4 in das Gehäuse 11 eingeführt. Zur Einstellung des gewünschten Spiels bzw. der gewünschten Vorspannung kann die Gehäusebohrung, in die der Außenring 3 eingeführt wird konisch ausgeführt sein, so daß alle bislang beschriebenen Verfahrensschritte in sinngemäß angepaßter Weise eins zu eins beibehalten werden können. Es können statt dessen aber auch weiterhin ein Gehäuse 11 mit einer zylindrischen Bohrung und eine konisch geformte Welle 6 verwendet werden. In diesem Fall werden nicht alle Verfahrensschritte eins zu eins übertragen, sondern die Verfahrensschritte, bei denen der Durchmesser des Hüllkreises des Wälzkörpersatzes 4 justiert wird, werden unverändert beibehalten.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hüllkreismeßgeräts 14 in Seitenansicht. Das Hüllkreismeßgerät 14 weist einen Trägerring 15 und einen konzentrisch innerhalb des Trägerrings 15 angeordneten Meßring 16 auf. Je nach Ausführungsform können Trägerring 15 und Meßring 16 auch einstückig ausgeführt sein. Der Meßring 16 ist in Umfangsrichtung durch einen Spalt 17 unterbrochen. Der Spalt 17 ermöglicht es, daß der Durchmesser des Meßrings 16 variiert werden kann. Weiterhin weist das Hüllkreismeßgerät 14 eine Einstellschraube 18 auf, mit deren Hilfe unter Zwischenschaltung einer nicht dargestellten Mechanik die Variation des Durchmessers des Meßrings 16 durchgeführt wird. An einer Meß- und Anzeigevorrichtung 19 kann der jeweils aktuell vorliegende Durchmesser des Meßrings 16 abgelesen werden. Desweiteren weist das Hüllkreismeßgerät 14 zur leichteren Handhabung noch zwei Handgriffe 20 auf, die am Trägerring 15 befestigt sind. Bezüglich seiner prinzipiellen Funktionselemente unterscheidet sich das erfindungsgemäße Hüllkreismeßgerät 14 nicht von bekannten Geräten. Die geometrische Ausbildung der einzelnen Funktionselemente weicht jedoch stark von bekannten Geräten ab. Sämtliche Funktionselemente sind so ausgelegt, daß das Hüllkreismeßgerät 14 anstelle des Außenrings 3 in die dafür vorgesehene Gehäusebohrung eingeführt werden kann, um dort eine Messung oder Einstellung des Hüllkreises des Wälzkörpersatzes 4, der zusammen mit dem Innenring 2 auf der Welle 6 positioniert ist, zu ermöglichen. In Fig. 5 ist erkennbar, wie die einzelnen Funktionselemente ausgebildet sind.
Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Hüllkreismeßgerät 14 in Schnittdarstellung. Die Einstellschraube 18, die Meß- und Anzeigevorrichtung 19 und die Handgriffe 20 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung. Dadurch wird erreicht, daß beim Einsatz des Hüllkreismeßgeräts 14 in radialer Richtung nur ein relativ kleiner Bauraum benötigt wird und somit Messungen und Einstellungen am Wälzlager 1 im eingebauten Zustand vorgenommen werden können.
Bezugszeichen
1
Wälzlager
2
Innenring
3
Außenring
4
Wälzkörpersatz
5
Endbereich der Welle
6
Welle
7
Wellenschulter
8
Abstandsring
9
erste Stirnfläche des Abstandsrings
10
zweite Stirnfläche des Abstandsrings
11
Gehäuse
12
Abstand
13
äußerer Hüllkreis
14
Hüllkreismeßgerät
15
Trägerring
16
Meßring
17
Spalt
18
Einstellschraube
19
Meß- und Anzeigevorrichtung
20
Haltegriff

Claims (13)

1. Verfahren zum Montieren eines Wälzlagers (1) auf einer Welle (6), die im Bereich des Wälzlagers (1) innerhalb eines Gehäuses (11) verläuft, wobei das Wälzlager (1) einen Innenring (2), einen Außenring (3) und einen zwischen Innenring (2) und Außenring (3) angeordneten Wälzkörpersatz (4) aufweist und wobei im montierten Zustand des Wälzlagers (1) der Innenring (2) auf der Welle (6) und der Außenring (3) in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Montageschritte durchgeführt werden, während die Welle (6) innerhalb des Gehäuses (11) verbleibt:
  • - Aufschieben des Innenrings (2) und des Wälzkörpersatzes (4) auf die Welle (6),
  • - Aufschieben eines Hüllkreismeßgeräts (14) auf den Wälzkörpersatz (4), bei dem das Stellelement (18) und/oder die Meß- und Anzeigevorrichtung (19) in Axialrichtung am Trägerring (15) oder Meßring (16) angeordnet sind,
  • - Ermitteln des vom Wälzkörpersatz (4) gebildeten äußeren Hüllkreises (13) mittels des Hüllkreismeßgeräts (14),
  • - Einstellen eines vorgegebenen Wertes für das Spiel oder die Vorspannung des Wälzlagers (1) unter Zuhilfenahme des ermittelten Wertes für den äußeren Hüllkreis (13).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des vorgegebenen Spiels des Wälzlagers (1) der Durchmesser des äußeren Hüllkreises (13) des Wälzkörpersatzes (4) auf einen Wert eingestellt wird, der innerhalb einer zulässigen Toleranz dem Innendurchmesser des Außenrings (3) im montierten Zustand abzüglich des Werts für das vorgegebene Spiel des Wälzlagers (1) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der vorgegebenen Vorspannung des Wälzlagers (1) der Durchmesser des äußeren Hüllkreises (13) des Wälzkörpersatzes (4) auf einen Wert eingestellt wird, der innerhalb einer zulässigen Toleranz dem Innendurchmesser des Außenrings (3) im montierten Zustand zuzüglich des Werts für die vorgegebene Vorspannung des Wälzlagers (1) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Durchmessers des äußeren Hüllkreises (13) des Wälzkörpersatzes (4) durch axiales Verschieben des Innenrings (2) einschließlich des Wälzkörpersatzes (4) auf der wenigstens abschnittsweise konisch geformten Welle (6) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Einstellung der Innenring (2) einschließlich Wälzkörpersatz (4) auf eine vorgegebene Position der Welle (6) aufgeschoben wird und der Durchmesser des äußeren Hüllkreises (13) des Wälzkörpersatzes (4) in dieser vorgegebenen Position ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Position durch einen Abstandsring (8) vorgegeben wird, der an einer Schulter (7) der Welle anliegt (6) und an dem der Innenring (2) anliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus dem ermittelten Durchmesser des äußeren Hüllkreises (13) und dem Innendurchmesser des Außenrings (3) gebildet wird und mit dem vorgegebenen Spiel oder der vorgegebenen Vorspannung des Wälzlagers (1) verglichen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Innenrings (2) beibehalten wird, wenn der Vergleich ergibt, daß die zulässige Toleranz eingehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrekturwert für die Position des Innenrings (2) auf der Welle (6) ermittelt wird, wenn der Vergleich ergibt, daß die zulässige Toleranz nicht eingehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Einstellung das Hüllkreismeßgerät (14) auf den zusammen mit dem Innenring (2) auf der Welle (6) positionierten Wälzkörpersatz (4) aufgeschoben wird und der Innenring (2) einschließlich Wälzkörpersatz (4) axial verschoben wird, bis der Durchmesser des äußeren Hüllkreises (13) des Wälzkörpersatzes (4) innerhalb der zulässigen Toleranz einem am Hüllkreismeßgerät (14) eingestellten Wert entspricht.
11. Verfahren zum Montieren eines Wälzlagers (1) auf einer Welle (6), die im Bereich des Wälzlagers innerhalb eines Gehäuses (11) verläuft, wobei das Wälzlager (1) einen Innenring (2), einen Außenring (3) und einen zwischen Innenring (2) und Außenring (3) angeordneten Wälzkörpersatz (4) aufweist und wobei im montierten Zustand des Wälzlagers (1) der Innenring (2) auf der Welle (6) und der Außenring (3) in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Montageschritte durchgeführt werden, während die Welle (6) innerhalb des Gehäuses (11) verbleibt:
- Einführen des Außenrings (3) und des Wälzkörpersatzes (4) in das Gehäuse (11),
  • - Einführen eines Hüllkreismeßgeräts (14) innerhalb des Wälzkörpersatzes (4), bei dem das Stellelement (18) und/oder die Meß- und Anzeigevorrichtung (19) in Axialrichtung am Trägerring (15) oder Meßring (16) angeordnet sind,
  • - Ermitteln des vom Wälzkörpersatz (4) gebildeten inneren Hüllkreises mittels des Hüllkreismeßgeräts (14),
  • - Einstellen eines vorgegebenen Wertes für die Luft oder die Vorspannung des Wälzlagers (1) unter Zuhilfenahme des ermittelten Wertes für den inneren Hüllkreis.
12. Vorrichtung zum Ermitteln des von einem Wälzkörpersatz (4) eines Wälzlagers (1) gebildeten äußeren Hüllkreises (13) mit
  • - einem Trägerring (15),
  • - einem Meßring (16), der in Umfangsrichtung wenigstens an einer Stelle unterbrochen ist,
  • - einem Stellelement (18), mit dem der Durchmesser des Meßrings (16) variiert werden kann,
  • - einer Meß- und Anzeigevorrichtung (19),
  • - wenigstens einem Haltegriff (20),
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (18), die Meß- und Anzeigevorrichtung (19) und der wenigstens eine Haltegriff (20) in Axialrichtung am Trägerring (15) oder Meßring (16) angeordnet sind.
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