DE102019104791A1

DE102019104791A1 - Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung

Info

Publication number: DE102019104791A1
Application number: DE102019104791.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Scharting
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung wird der Außenring (7) eines ersten Wälzlagers (4) in ein Gehäuse (3) eingesetzt, eine gelagerte Welle (2) in Drehung versetzt, der Außendurchmesser des Außenrings (12) eines zweiten Wälzlagers (5) gemessen, zwischen den Innenringen (6, 11) der Wälzlager (4, 5) eine zunehmende Vorspannung erzeugt und eine durch die Zunahme der Vorspannung bewirkte Aufweitung des Außenrings (12) des zweiten Wälzlagers (5) gemessen, wobei bei Erreichen eines Grenzwertes des Außendurchmessers des zweiten Wälzlagers (5) die Erhöhung der Vorspannung gestoppt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung, insbesondere Kegelrollenlagerung.
Aus der DE 100 04 419 B4 ist eine Messvorrichtung für eine angestellte Kegelrollenlagerung bekannt, welche zwei koaxial zu einer geometrischen Längsachse angeordnete Kegelrollenlager umfasst, die in O-Anordnung zueinander stehen. Zumindest einer der beiden Lagerinnenringe der Kegelrollenlager ist für die Aufnahme einer Welle mit Presssitz vorbestimmt. Die Messvorrichtung ist dazu vorgesehen, einen Radialabstand der Innenseite des zum Presssitz vorbestimmten Lagerinnenrings zu der geometrischen Längsachse der Kegelrollenlagerung zu ermitteln. Das Verfahren nach der DE 100 04 419 B4 soll im Zusammenhang mit Hinterachsgetrieben von Kraftfahrzeugen anwendbar sein.
Weitere Verfahren und Vorrichtungen zum Einstellen des Lagerspiels oder der Vorspannung von Wälzlageranordnungen, welche als zweireihige Kegelrollenlagerungen in O-Anordnung ausgebildet sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2007 051 237 A1 und DE 10 2010 009 634 B4 beschrieben, wobei in diesen Fällen die Anwendung bei Windkraftanlagen vorgesehen ist. Im Fall der DE 10 2007 051 237 A1 wird eine Wälzkörperdrehung mittels eines Sensors, beispielsweise eines HallSensors, erfasst. Die DE 10 2010 009 634 B4 geht davon aus, dass eine indirekte Messung einer Vorspannung über ein Reibmoment ein bekanntes Verfahren darstellt. Im Unterschied zu diesem bekannten Verfahren ist nach der DE 10 2010 009 634 B4 eine Frequenzanalyse mittels eines Schwingungssensors vorgesehen.
Aus den Dokumenten DE 10 2008 034 484 A1 und DE 10 2008 009 536 A1 sind verschiedene Verfahren zum Messen von Vorspannungen in Schräglageranordnungen beziehungsweise zum Einstellen eines Lagerspiels bekannt, welche auf Ultraschallmessverfahren basieren.
Von den diversen, im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung hat insbesondere die Reibmomentmessung Verbreitung gefunden. Das auf einen Lagerring wirkende Reibmoment ist jedoch nicht nur von der Vorspannung, sondern auch von anderen Einflüssen, beispielsweise dem Zustand eines Schmiermittels, abhängig. Von daher ist eine Vorspannungsbestimmung über eine Reibmomentmessung mit erheblichen Unwägbarkeiten behaftet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung in O-Anordnung anzugeben, welches sich durch eine gute Handhabbarkeit sowie eine weitgehende Unabhängigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, beispielsweise Temperatureinflüssen, auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Verfahren ist anwendbar bei einer Wälzlagerung, welche ein erstes Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring sowie ein zweites Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring umfasst, wobei beide Innenringe voneinander beabstandet auf eine Welle aufgesetzt sind, und umfasst folgende Schritte:

- Der Außenring des ersten Wälzlagers wird in ein Gehäuse eingesetzt, wobei der Außenring des zweiten Wälzlagers nicht in das Gehäuse eingespannt wird,
- die Welle, auf welcher sich die Innenringe befinden wird in Drehung versetzt, womit sich die Wälzkörper der beiden Wälzlager ausrichten,
- ein Referenzwert des Außendurchmessers des Außenrings des zweiten Wälzlagers, das heißt nicht eingespannten Lagers, wird festgestellt,
- zwischen den beiden Innenringen wird eine zunehmende Vorspannung erzeugt, indem der Abstand zwischen den Innenringen verringert wird,
- die durch die Zunahme der Vorspannung bewirkte Aufweitung des Außenrings des zweiten Wälzlagers wird gemessen,
- bei Erreichen eines Grenzwertes der Aufweitung des Außendurchmessers des zweiten Wälzlagers wird die Erhöhung der Vorspannung gestoppt, womit die gewünschte Einstellung der Lagerung erreicht ist.

Die Feststellung eines Referenzwertes, welcher auch als Basiswert bezeichnet wird, bedeutet, dass eine messtechnische Zustandserfassung - hier: des Außenrings des nicht eingespannten Wälzlagers - erfolgt, die als Basis für die spätere Erfassung von Zustandsänderungen nutzbar ist. Hierbei wird durch die Referenzmessung nicht notwendigerweise ein Absolutwert, etwa ein in mm anzugebender Durchmesser, festgestellt. Vielmehr ist es möglich, dem Basiswert einen willkürlichen Wert, beispielsweise den Wert Null, zuzuordnen. Spätere Abweichungen von diesem Wert, was im vorliegenden Fall eine Aufweitung des Außenrings bedeutet, sind messtechnisch erfassbar. In analoger Weise ist auch mit dem Grenzwert, der die Aufweitung des Außenrings des nicht eingespannten Wälzlagers betrifft, nicht notwendigerweise ein Absolutwert des Außendurchmessers des betreffenden Lagerrings gegeben.
Die Aufweitung des Außenrings während des Einstellvorgangs hängt nicht von der Schmierung oder der Drehzahl der Welle ab, sondern vom Druckwinkel des Lagers und der Wandstärke des Lagers, das heißt von bekannten Größen, die keinen Schwankungen durch Umgebungseinflüsse wie Temperaturschwankungen unterworfen sind.
Bei der zweireihigen Wälzlagerung handelt es sich beispielsweise um eine Kegelrollenlagerung. Grundsätzlich kann das Verfahren auch bei sonstigen Wälzlagerungen mit Lagern, deren Druckwinkel größer als 0 Grad ist, durchgeführt werden. Als Beispiele sind Schrägkugellager und angestellte Rillenkugellager zu nennen.
Die Messvorrichtung, welche die Aufweitung des Außendurchmessers des zweiten Wälzlagers erfasst, kann entweder in den betreffenden Lagerring integriert oder als gesonderte Messvorrichtung ausgebildet sein. Als gesonderte Messvorrichtung kommt eine handelsübliche Messuhr oder ein induktiver Messtaster in Betracht.
Sofern in den Lagerring integrierte Messvorrichtungen vorhanden sind, können diese beispielsweise als Dehnungsmessstreifen an sich bekannter Bauart ausgebildet sein oder Glasfaser umfassen. Im Fall eines Dehnungsmessstreifens kann eine die entsprechende Funktion erfüllende Struktur direkt auf den Lagerring in Form einer Beschichtung, insbesondere an einer Seitenfläche des Lagerrings, aufgebracht sein. Selbst eine Laufbahnbeschichtung, die die Funktion eines Dehnungsmessstreifens erfüllt, ist zur Messung der Aufweitung des Außenrings, welcher an seinem Außenumfang nicht eingespannt, eingeklemmt oder eingepresst ist, nutzbar. Die Abnützung des Dehnungsmessstreifens beim Betrieb des Wälzlagers ist in diesem Fall ohne Belang, da lediglich eine einmalige Messung vor der Inbetriebnahme der gesamten Lagerung vorgesehen ist.
Zur Erzeugung und Erhöhung der Vorspannung zwischen den beiden Wälzlagern ist beispielsweise eine auf die Welle aufgeschraubte Wellenmutter geeignet. Das von der Wellenmutter kontaktierte, außen nicht eingespannte Wälzlager ist in verschiedenen möglichen Ausgestaltungen kleiner als das in dem Gehäuse aufgenommene Wälzlager. Insbesondere weist das letztgenannte Wälzlager einen größeren Außendurchmesser als das Wälzlager, an dessen Außenring die Messung durchgeführt wird, auf. Auch sonstige Größenrelationen zwischen den beiden Wälzlagern sind möglich. Zum Beispiel können die Innendurchmesser der beiden Wälzlager unterschiedlich sein, wobei die Wälzlager in diesem Fall auf Wellenabschnitten mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet sind. In allen Fällen braucht derjenige Lageraußenring, dessen Aufweitung nicht messtechnisch erfasst wird, nicht vollumfänglich eigespannt zu sein. Vielmehr ist eine Verdrehsicherung dieses Lageraußenrings für die Durchführung des Verfahrens zur Einstellung der Vorspannung ausreichend.
Bei dem während der Messung in das Umgebungsbauteil, welches ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Gehäuse bezeichnet wird, eingesetzten Wälzlager handelt es sich in typischen Ausgestaltungen um dasjenige Wälzlager, welches beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Wälzlagerung die Hauptlasten aufzunehmen hat. Als mögliches Einsatzgebiet der Wälzlagerung sind Hydraulikmotoren in Form von hydrostatischen Schrägachsentriebwerken zu nennen. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente DE 10 2007 051 369 B4 und EP 0 567 805 A1 hingewiesen.
Die Erhöhung der Vorspannung während des Verfahrens kann entweder schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Sofern sich die Messvorrichtung nicht beim Betrieb der Wälzlagerung abnutzt, kann in späteren Betriebsphasen eine Nachstellung der Vorspannung entsprechend dem beschriebenen Verfahren erfolgen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 in schematisierter Darstellung eine Vorrichtung zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung, nämlich Kegelrollenlagerung, in O-Anordnung.
2 bis 4 in Darstellungen analog 1 weitere Vorrichtungen zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Lageranordnung 1 ist, wie aus sämtlichen Figuren hervorgeht, als zweireihige Wälzlagerung, nämlich Kegelrollenlagerung, ausgebildet und dient der Lagerung einer Welle 2 in einem nur andeutungsweise dargestellten Gehäuse 3. Die O-Anordnung der Lageranordnung bezieht sich, wie im Stand der Technik üblich, auf die nicht eingezeichneten Drucklinien, welche sich in der Art einer Raute schneiden, das heißt eine geometrische Figur ähnlich dem Buchstaben „O“ formen. Die Lageranordnung 1 ist damit klar von einer zweireihigen Lagerung in X-Anordnung, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren nicht durchführbar wäre, zu unterscheiden.
Die Wälzlagerung 1 umfasst ein erstes Kegelrollenlager 4 und ein zweites Kegelrollenlager 5. Die Innendurchmesser beider Kegelrollenlager 4, 5 sind in den Ausführungsbeispielen identisch, was jedoch keine zwingende Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist.
Hinsichtlich des Außendurchmessers sowie der Ausdehnung in Axialrichtung (x-Richtung) ist im Ausführungsbeispiel nach 1 das erste Kegelrollenlager 4 größer als das zweite Kegelrollenlager 5. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das zweite Kegelrollenlager 5 breiter, das heißt in Axialrichtung ausgedehnter, als das erste Kegelrollenlager 4. Die Außendurchmesser beider Kegelrollenlager 4, 5 stimmen in diesem Fall, bezogen auf den mechanisch unbelasteten Zustand, überein. In der Variante nach 3 haben beide Kegelrollenlager 4, 5, sowohl was deren Breite als auch was deren Außendurchmesser betrifft, übereinstimmende Abmessungen.
Das erste Kegelrollenlager 4 umfasst einen auf die Welle 2 aufgesetzten Innenring 6, einen in das Gehäuse 3 eingesetzten Außenring 7, sowie Kegelrollen als Wälzkörper 8, die in einem Käfig 9 geführt sind. Der Innenring 6 kontaktiert in den Anordnungen nach den 1 bis 3 einen Absatz 10 der Welle 2.
Im Fall des zweiten, nicht eingespannten Kegelrollenlagers 5 ist in allen Fällen ein Innenring 11 auf die Welle 2 aufgesetzt. In den Anordnungen nach den 1 bis 3 ist der Innenring 11 auf der Welle 2 zumindest geringfügig verschiebbar.
Auf dem Innenring 11 rollen in allen Fällen Kegelrollen als Wälzkörper 13 ab, welche in einem Käfig 14 geführt sind. Der mit 12 bezeichnete Außenring des Kegelrollenlagers 5 ist im Unterschied zum Außenring 7 des Kegelrollenlagers 4 an seiner Außenumfangsfläche nicht eingespannt oder eingepresst.
Der Innenring 11 des zweiten Kegelrollenlagers 5 ragt in den Anordnungen nach den 1 bis 3 etwas über einen Absatz 15 der Welle 2 hinaus und kontaktiert eine Wellenmutter 16, mit welcher die Vorspannung zwischen den Kegelrollenlagern 4, 5 verändert werden kann.
Was das Ausführungsbeispiel nach 4 betrifft, ist im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3 die Anordnung der Kegelrollenlager 4, 5 auf der Welle 2 vertauscht: Im Fall von 4 liegt der Innenring 10 des nicht eingespannten Kegelrollenlagers 5 am Absatz 10 der Welle 2 an. Dagegen ragt der Innenring 6 des Kegelrollenlagers 4 etwas über den Absatz 15 der Welle 2 hinaus, wobei er die Wellenmutter 16 kontaktiert. Eine zumindest geringfügige Relativverschiebbarkeit ist im Fall von 4 zwischen dem Innenring 6 und der Welle 2 gegeben.
Zur Einstellung der Vorspannung der Lageranordnung 1 wird in allen Ausführungsbeispielen zunächst die Welle 2 in Drehung versetzt und ein Referenz- oder Basiswert des Außendurchmessers des nicht eingespannten Außenrings 12 mit Hilfe einer nur andeutungsweise dargestellten Messvorrichtung 17 bestimmt. Diese Messung kann auch mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen, welche am Außenring 12 angebracht sind, durchgeführt werden und wird als Referenzmessung bezeichnet.
Beim anschließenden Anziehen der Wellenmutter 16 bleibt der Außendurchmesser des Außenrings 12 zunächst konstant, solange noch Spiel in der Wälzlagerung 1 ist. Sobald das Lagerspiel aufgebraucht ist und eine Vorspannung in der Wälzlagerung 1 aufgebaut wird, weitet sich der nicht eingespannte Außenring 12 auf, was in den Figuren als Aufweitung AW bezeichnet ist. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Abstand der Mantelfläche des Außenrings 12 zur mit M bezeichneten Mittelachse der Lageranordnung 1 zunimmt.
Als Messvorrichtung 17 kann eine Messuhr oder ein induktiver Messtaster verwendet werden. In jedem Fall ist ein mit der Messvorrichtung 17 erfassbarer Grenzwert der Aufweitung AW vorgegeben, welcher angibt, wann die gewünschte Vorspannung der Lageranordnung 1 erreicht ist. Sobald diese Vorspannung gegeben ist, wird die Wellenmutter 16 in unveränderter Position relativ zur Welle 2 gehalten. Anschließend kann die Messvorrichtung 17 entfernt und die Lageranordnung 1 in eine Umgebungskonstruktion eingebaut werden.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung, Wälzlagerung
2: Welle
3: Gehäuse
4: erstes Kegelrollenlager
5: zweites Kegelrollenlager
6: Innenring
7: Außenring
8: Wälzkörper
9: Käfig
10: Absatz
11: Innenring
12: Außenring
13: Wälzkörper, Kegelrolle
14: Käfig
15: Absatz
16: Wellenmutter
17: Messvorrichtung
AW: Aufweitung
M: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10004419 B4 [0002]
DE 102007051237 A1 [0003]
DE 102010009634 B4 [0003]
DE 102008034484 A1 [0004]
DE 102008009536 A1 [0004]
DE 102007051369 B4 [0014]
EP 0567805 A1 [0014]

Claims

Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer zweireihigen Wälzlagerung, welche ein erstes Wälzlager (4) mit einem Innenring (6) und einem Außenring (7) sowie ein zweites Wälzlager (5) mit einem Innenring (11) und einem Außenring (12) umfasst, wobei beide Innenringe (6, 11) voneinander beabstandet auf eine Welle (2) aufgesetzt sind, mit folgenden Schritten: - Der Außenring (7) des ersten Wälzlagers (4) wird in ein Gehäuse (3) eingesetzt, - die Welle (2) wird in Drehung versetzt, - ein Referenzwert des Außendurchmessers des Außenrings (12) des zweiten Wälzlagers (5) wird festgestellt, - zwischen den beiden Innenringen (6, 11) wird eine zunehmende Vorspannung erzeugt, - eine durch die Zunahme der Vorspannung bewirkte Aufweitung des Außenrings (12) des zweiten Wälzlagers (5) wird gemessen, - bei Erreichen eines Grenzwertes der Aufweitung des Außendurchmessers des zweiten Wälzlagers (5) wird die Erhöhung der Vorspannung gestoppt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Vorspannung zwischen den Innenringen (6, 11) schrittweise erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Vorspannung zwischen den Innenringen (6, 11) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung des Außenrings (12) des zweiten Wälzlagers (5) mittels einer gesonderten Messvorrichtung (17) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung des Außenrings (12) des zweiten Wälzlagers (5) mittels einer in dessen Außenring (12) integrierten Messvorrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (17) am Außenring (12) des zweiten Wälzlagers (5) mindestens einen Dehnungsmessstreifen umfasst.
Wälzlageranordnung, umfassend Wälzlager (4, 5) in O-Anordnung sowie eine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildete Messvorrichtung (17).
Wälzlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (4, 5) als Kegelrollenlager ausgebildet sind.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung zwischen den Wälzlagern (4, 5) eine auf die Welle (2) aufgeschraubte Wellenmutter (16) vorgesehen ist.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, in dem Gehäuse (3) aufgenommene Wälzlager (4) einen größeren Außendurchmesser als das zweite Wälzlager (5) aufweist.