DE3038112C2

DE3038112C2 - Verfahren zum Einstellen der axialen Vorspannung einer zweireihigen Radialwälzlagerung für eine Welle und demgemäß montierte Lagerung

Info

Publication number: DE3038112C2
Application number: DE3038112A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 7250 Leonberg Pittroff
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4476614A; CH660623A5; DE3038112A1

Description

Bei einer bekannten in Achsrichtung hinsichtlich Vorspannung einstellbaren zweireihigen Radialwälzlagerung für eine in einem Gehäuse gelagerte Welle, bei der das erste Wälzlager fest im Gehäuse bzw. auf der Welle und der Außenring des zweiten Wälzlagers im Gehäuse verschiebbar angeordnet und ihm auf der einen Seite eine ihn in Achsrichtung vom ersten Wälzlager wegdrängende Feder und auf der anderen Seite ein EinstellgJied für die Federkraft zugeordnet ist (US-PS 13 99 959), ist das Einstellglied für die Federkraft ein im Gehäuse verschraubbarer Ring. Trotz des Aufwandes für die Anordnung der beiden Gewinde sind dem durch die Ringeinstellung erzielbaren Feinheitsgrad der durch entsprechende Be- oder Entlastung der Feder erfolgenden Vorspannungseinstellung relativ grobe Grenzen gesetzt, auch bei Anwendung eines den Aufwand noch erhöhenden Gewindes besonders geringer Steigung. Deshalb wird die vovbekannte Vorrichtung auch nur dazu verwendet, ein nach langer Gebrauchsdauer der Lagerung durch Verschleiß entstandenes erkennbares Axialspiel durch entsprechende Ringeinstellung und sich dadurch ergebende neue Vorspannungseinstellung wieder auszugleichen. Der tatsächlich bestehende ursprüngliche und der neu eingestellte Größenwert der Vorspannung sind dabei aber nur ungefähr bekannt, und der Größenwert läßt sich auch nur in etwa ungefährer Größenordnung bestimmbar einstellen. Die innerhalb eines Gewindeganges erfolgende Bewegung des Einstellgliedes hat außerdem den grundsätzlichen Mangel einer einseitigen Krafteinwirkung auf den Außenring, durch die dieser innerhalb seiner Verschiebeführung verkantet wird, was sich dann auf den Lauf des Lagers schädlich auswirkt. Die vorbekannte Anordnung ist deshalb nicht für eine Anwendung an Lagerungen geeignet, an die hochpräzise Laufforderungen gestellt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine im Dauerbetrieb hochtourig (n ■ d_m <a 10⁶) laufende Lagerung eine von den genannten Mängeln freie Vorspannungs-Einstellmöglichkeit zu schaffen, die es erlaubt, in einfacher Weise der Lagerung den für deren axiale Spielfreiheit erforderlichen Vorspannungswert hinreichend genau zu geben.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch I genannte Erfindung gelöst.
Im wesentlichen Unterschied zum Vorbekannten

wird es durch die anfänglich verschiebüche Anordnung auch des Innenringes des zweiten Wälzlagers möglich, der Lagerung bei ihrer Montage durch eine mit bestimmter Kraft erfolgende Belastung dieses Innenringes zunächst eine in ihrem Größenwert bekannte überhöhe axiale Vorspannung zu geben, die danach durch mit bekannter anderer Kraft erfolgende, auf den Außenring wirkende Entlastung präzise bis auf die dann verbleibende gewünschte bestimmte axiale Vorspannung reduziert vird. Die Be- und die Entlastung können,^l0 wie im wesentlichen im das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft weiterbildenden Anspruch 2 angegeben, in einfacher Weise z. B. dadurch erfolgen, daß in vertikaler Stellung der Lagerung der Innen- und der Außenring zusammen mit dem ihnen zugeordneten Festlegering bzw. Einstellglied über aufgesetzte Montagehülsen mit entsprechend unterschiedlichen Gewichten belastet werden. Durch die Art der erfindungsgemäß erfolgenden Belastung und Fixierung der Lagerringe auf der Welle bzw. im Gehäuse treten keine die Lagerringe in deren Sitzen etwa verkantenden Kräfte auf, wodurch im vorteilhaften Unterschied zur vorbekannten Einstellungsart eine hohe Laufpräi.sion gewährleistender Sitz der Lagerringe erzielt und unter Einbeziehung der inneren Spannung der Lagerbauteile die gegebene Vorspannung aufrechterhalten bleibt. Die nur während des Morctagevorganges verschieblich gehaltenen Ringe des zweiten Wälzlagers können in gleicher Weise wie die ihnen zugeordneten Festlegeringe durch Schrumpfung oder in anderer Weise, z. B. ^3Ü durch Klebung, am ihnen gegebenen Ort auf der Welle bzw. im Gehäuse festgelegt werden. Auch das trägt zur Erzielung der hohen Laufpräzision der Lagerung bei, außerdem wird dadurch die bei der vorbekannten Lagerung mögliche Passungsrostbildung unterbunden.

Für eine Lagerung, deren axiale Vorspannung dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend eingestellt werden soll, gewährleistet die im Anspruch 3 genannte Gestaltung in einfacher Weise eine für den Sitz der beiden Wälzlagerund für die Vorspannungsbestimmung förderliche hohe Lagegenauigkeit der Lagerungsbauteile innerhalb des Lagergehäuses. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 vereinfacht und verbessert die Lagerung noch insofern, als für die Schaffung der Abstützflächen als solche keine mechanische Bearbeitung innerhalb des Lagergehäuses vorgenommen zu werden braucht, vielmehr durch die in das Gehäuseteil gesetzte Hülse, die zuvor in einfacherer Weise äußerlich und stirnseitig entsprechend genau bearbeitet werden kann, Abstützflächen so hoher Planschlaggenauigkeit ^x geschaffen werden, wie sie durch spanabhebende Bearbeitung von Sacklochbohrungen im Inneren des Lagergehäuse nicht herstellbar wären.

Die gemäß Anspruch 5 getroffene Ausbildung der beiden Wälzlager als spezielle Kugellager vereinfacht einerseits den Aufbau und die Montage der Lagerung, hat andererseits noch den wesentlichen funktionstechnischen Vorteil, daß sich durch die bestehende O-Anordnung der Lagerung eine große Abstützlänge und damit eine hohe statische Steifigkeit und dynamische Stabilität ^M ergibt.

Durch die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 6 und 7 wird gewährleistet, daß durch beim Lagerlauf erfolgende Erwärmung der Welle und des Lagergehäuses der Schrumpfsitz der die beiden verschieblichen Lagerringe fixierenden Bauteile noch verfestigt wird, also der bei der Montage der Lagerung gegebene Vorspannlingswert sich biim Lagerlauf nicht unzulässig ändern kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer im Längsschnitt dargestellten Lagerung näher erläutert-

Das Lagergehäuse ist zweckmäßigerweise zweiteilig und besteht aus einem Gehäuseteil 1 und der fest in dieses eingesetzten Hülse 2 mit einem Innenraum 17. Der Hülse 2 wird dadurch ein genauer Sitz innerhalb des Gehäuseteiles 1 gegeben, indem beim Montagevorgang in das Gehäuseteil 1 eine entsprechend lange Montagebuchse gesetzt wird, die einen Endes mit der einen Stirnseite des Gehäuseteiles 1 bündig gehalten wird und die mit ihrem anderen Ende einen Anschlag für die eine axiale Stirnseite der in das Gehäuseteil 1 eingeschobenen Hülse 2 bildet Für den Montagevorgang und für die genaue Lagegebung der Hülse 2 im Gehäuseteil 1 sowie für den festen Sitz der Hülse 2 in ihm ist es förderlich, wenn die Montage bei erwärmtem Gehäuseteil 1 erfolgt, durch Schrumpfung des sich abkühlenden Gehäuseteiles also erst eine sichere gegenseitige Verfestigung der Teile staufindet. Damit sich dieser Schrumpfsitz bei Lagererwärmung nr'.M locken, soll die Hülse 2 möglichst aus einem Materi:-.! lefertägt sein, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Materials des Gehäuseteiles 1 ist. Die Hülse 2 bildet mit ihren beiden vorher entsprechend genau zueinander bearbeiteten axialen Stirnseiten innerhalb des Gehäuseteiles 1 einen Anschlag 3 bzw. eine Anlagefläche 4 mit zueinander und gegenüber dem Innenzylinder des Gehäuseteiles 1 hoher Planschlaggenauigkeit und genauem Abstand voneinander.

Die Hülse 2 kann aber auch in anderer Weise, z. B. durch Verkleben, im Gehäuseteil 1 festgelegt werden.

Die Anlagefläche 4 bildet einen Anschlag für den Außenring 5 des von der freien Stirnseite her in das Gehäuseteil 1 einzubringenden ersten Wälzlagers, das allgemein mit 6 bezeichnet ist Dieses als selbsthaltendes Schrägkugellager ausgebildete Wälzlager 6 wird bei noch außerhalb des Lagergehäuses befindlicher Welle 8 auf die Welle 8 montiert, die die Laufrill» 7 fi;r die Kugeln enthält. Die Welle 8 mit dem auf sie montierten Wälzlager 6 bildet eine Baueinheit, die als solche bei der Mortage der Lagerung so weit in das Gehäuseteil 1 hineingeschoben wird, bis der Außenring 5 satt an der Anlagefläche 4 liegt.

Die Welle 8 lagert andererseits in einem zweiten Wälzlager 9, das ebenfalls ein Schrägkugellager ist. Die beiden Lager 6 und 9 sind mit den Schultern ihrer Außenringe einander abgekehrt liegend montiert, woraus sich eine sogenannte O-Anordnung der Lager ergibt, bei der durch die beim Lagerlauf in aller Regel erfolgende stärkere Erwärmung der Welle keine die gegebene Lagerungsvorspannung unzulässig ändernde Verspannungen auftreten. Der Außenring 10 des zweiten Wälzlagers 9 sitzt mit einem zum Preßsitz tendierenden Übergangssitz im Gehäuseteil 1, und mit gleicher Sitzart ist sein Innenring 11 auf der Welle 8 festgelegt. Am Außenring 10 liegt eine vorzugsweise aus Tellerfedern gebildete Feder 12 an, die andererseits am Anschlag 3 liegt und das Wälzlager 9 vom Wälzlager 6 wegzudrängen trac'.itet. Dem Innenring 11 ist ein zur Montage de^r Lagerung auf die Welle 8 geschobener Festlegering 13 zugeordnet, der bei der Montage durch Schrumpfung auf der Welle 8 festgelegt wird. Dem Außenring 10 ist ein ringförmiges Einstellglied 14 zugeordnet, das zur Montage der Lagerung in das erwärmte Gehäuseteil 1 eingeschoben wird und durch Schrumpfung im Gehäuseteil 1 festgelegt wird. Durch Dichtungen 15 bzw. 16 ist das Lagergehäuse an seinen

beiden Stirnseiten abgeschlossen.

Oie Montage der in ihrer montierten, betriebsbereiten Stellung der Teile dargestellten Lagerung wird in folgender Weise vorgenommen.

Nach dem schon beschriebenen Festlegen der Hülse 2 im Gehäuseteil 1 wird das Gehäuseteil I im Bereich des Sitzes für das Wälzlager 6 erwärmt und die aus der Welle 8 und dem Wälzlager 6 bestehende Baueinheit so weit in das Gehäuseteil I eingeschoben, bis der Außenring 5 satt an der Anlagefläche 4 der Hülse 2 liegt. Nach dem Erkalten des Gehäuseteiles 1 ist in ihm der Außenring 5 und damit auch das Wälzlager 6 mit der Welle 8 festgelegt. Zufolge der oben schon erwähnten besonderen Gestaltung der Hülse 2 und der ebenfalls schon geschilderten Art ihrer Montage in das Gehäusteil ergibt sich ein mit hoher Planschlaggenauigkeit gegenüber dem Inneren des Lagergehäuses I, 2 bestehender Sitz des Wälzlagers 6.

Das Gehäuseteil I wird danach im Bereich des Sitzes

wird. Zu diesem Zweck wird auf das in das partiell erwärmte Gehäuseteil I eingeschobene, auf dem Außenring 10 aufliegende Einstellglied 14 eine zweite Montagehülse aufgesetzt, die gegenüber dem Gehäuseteil 1 freisteht und mit ihrem Eigengewicht und gegebenenfalls durch zusätzlich auf die aufgesetzte Gewichte voll auf die Teile 14 und 10 wirkt. Aus dem Gewichtsunterschied der gegenüber der ersten Montagehülse und deren zusätzlichen Gewichtsbelastungen

ίο leichteren zweiten Montagehülse und deren zusätzlichen Gewichtsbelastungen ergibt sich die Entlastung und die danach verbleibende, dann in ihrem Größenwert bekannte und sonnt genau vorherbestimmbare Vorspannung, die im Verein mit der den Bauteilen beider

Ii Wälzlager durch innere Verformungen innewohnenden Spannung nach dem Verschrumpfen von Lagergehäuse I, Einstellglied 14 und Außenring 10 und der dadurch erfolgenden Festlegung der feile in ihren Lagen bestehen bleibt, wenn schließlich die zweite Montage

erwärmt und dann mit der Stirnfläche 18der Welle 8 auf einen ebenen, horizontalen Montagetisch gestellt. Das Wälzlager 6 steht dann unter der durch das Gewicht des Gehäuseteiles I, der Hülse 2 und des Außenringes 5 gegebenen Axiallast. In die nach oben offene Seite des Gehäuseteiles 1 werden nun die die Feder 12 bildenden Tellerfederscheiben eingelegt, nachfolgend wird das Wälzlager 9 mi! seinem erwärmten Innenring 11 auf die Welle 8 und mit seinem Außenring 10 in das Gehäuseteil 1 geschoben, auf die Welle 8 außerdem noch der erwärmte Festlegering 13. Auf den Festlegering 13 wird danach eine die Welle 8 lose umgreifende erste Montagehülse gesetzt, die durch ihr Eigengewicht und gegebenenfalls durch zusätzlich auf sie aufgesetzte Gewichte voll auf den Festlegering 13 wirkt, diesen in feste Anlage an den Innenring 11 drängt und beide Ringe 13 und 11 längs der Welle 8 verschiebt. Die von der ersten Montagehülse ausgeübte Kraft pflanzt sich über die Wälzkörper des Lagers 9 auch auf dessen Außenring 10 und auf die am Anschlag 3 der Hülse 2 liegende Feder 12 fort. Das durch die erste Montagehülse gebildete Gewicht ist so groß bemessen, daß unter Verschiebung auch des Außenringes 10 ein Zusammenpressen der Feder 12 erfolgt. Die Lagerung steht dann unter der durch die Gewichtsgabe der ersten Montagehülse gegebenen, bestimmten axialen Vorspannung, und wenn dann durch das Abkühlen des Festlegeringes 13 und des Innenringes 11 sich diese auf der Welle 8 festschrumpfen und die erste Montagehüise vom Festlegering 13 heruntergenommen wird, bleibt diese nun durch die gespannte Feder 12 erzeugte Vorspannung bestehen. Durdi entsprechende Gewichtsgabe ist diese Vorspannung so hoch gewählt, daß sie deutlich größer als die an sich für einen spielfreien Lauf der Lagerung erforderliche Vorspannung ist Die Reduzierung dieser bestehenden Vorspannung auf die für den spielfreien Lageriauf erforderliche Vorspannung erfolgt dadurch, daß der Außenring 10 entsprechend entlastet zweite Montagehülse bewirkt nämlich, daß die Feder 12 in dem Maße weiter zusammengedrückt wird, in welchem die Teile der beiden Wälzlager 6 und 9. die sich unter der Kraft der ersten Montagehülse nach Art einer Feder in sich verformt und dadurch gespannt hatten, sich durch die entsprechende Bewegung des Außenringes 10 entspannen.

Die Innendurchmesser des Innenringes Il und des Festleger .'.ges 13 sind gegenüber dem Durchmesser der Welle 8 so gewählt, daß bei der durch die Abkühlung dieser Ringe erfolgenden Schrumpfung der Innenring 11 schließlich mit einem zum Ptcßsitz tendierenden Übergangssitz auf der Welle 8 siut, während sich für den Festlegering 13 schließlich ein Preßsitz auf der Welle 8 ergibt. Die Außendurchmesser des Außenringes 10 und des Einsteügliedes 14 sind gegenüber dem Innendurchmesser des Gehäuseteiles 1 so gewählt, daß sich durch das Verschrumpfen für den Außenring 10 schließlich ebenfalls ein zum Preßsitz tendierender Übergangssitz und für den Ring 14 ein Preßsitz im Gehäuseteil 1 ergibt.

Da bei der Vorspannungseinstellung des Wälzlagers 9 auf dieses nur von den sich verschiebenden Teilen 13 und 14 ausgehende Kräfte ausgeübt werden und die Teile 13 und 14 ihrerseits durch die vertikale Stellung der Welle 8 und die aufgesetzten Montagehülsen nur Verschiebebewegungen hoher Verkantungsfreiheit ausführen, ergibt sich für das Wälzlager 9 die die hohe Laufpräzision gewährleistende Einstellung und Fixierung innerhalb des Lagergehäuses 1, 2 und gegenüber dem Wälzlager^

Die beiden Wälzlager müssen aus Funktionsgrünaen kombinierte Belastungen aufzunehmen in der Lage sein. Anstelle der dargestellten Ausbildung der beiden Wälzlager als Schrägkugellager kann die Lagerung auch mit Rillenkugellagern oder gegebenenfalls aus Montagegründen mit Schulterkugellagern oder Kegelrollenlagern ausgerüstet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen der axialen Vorspannung einer zweireihigen Radialwälzlagerung für eine in einem Gehäuse gelagerte Welle bei der das erste Wälzlager fest im Gehäuse bzw. auf der Welle und der Außenring des zweiten Wälzlagers im Gehäuse verschiebbar angeordnet und ihm auf der einen Seite eine ihn in Achsrichtung vom ersten Wälzlager wegdrängende Feder und auf der anderen Seite ein Einstellglied für die Federkraft zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daB der axial verschiebliche Innenring (11) des zweiten Wälzlagers (9) mit Hilfe eines zunächst verschieblichen Festlegerings (13) durch eine bestimmte, entgegen der Feder (12) gerichtete Krafteinwirkung belastet wird, um der Lagerung bei ihrer Montage zunächst eine in ihrer Größe bekannte überhohe axiale Vorspannung zu geben, daß der Innenring in dieser Stellung mii'els des Festlegeringes auf der Welle (8) festgelegt wird und daß dann mit Hilfe des ebenfalls zunächst verschieblichen Einstellgliedes (14) durch in gleicher Richtung erfolgende Krafteinwirkung auf den Außenring (10) des zweiten Wälzlagers diese überhohe Vorspannung auf den für einen spielfreien Lauf der Lagerung erforderlichen Wert reduziert und der Außenring in dieser Stellung mittels des Einstellgliedes im Gehäuse (1) festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Das Gehäuse (1) wird im Bereich des zweiten Wälzlagers (sj erwärmt;

die Feder(l2) wird in das Gefc Jse eingesetzt;

das Wälzlager wird mit erwärmtem Innenring (11) auf die Welle (8) bzw. in das Geh"" use geschoben;

der dem Innenring zugeordnete, ebenfalls erwärmte Festlegering (13) wird auf die Welle geschoben;

bei auf ihrer Stirnfläche (18) senkrecht stehender Welle wird auf den Festlegering eine der Lagerung die überhohe Vorspannung erteilende Belastung ausgeübt, bis der Festlegering auf die Welle geschrumpft ist;

das dem Außenring (10) zugeordnete Einstellgliei)

(14) wird in das noch warme Gehäuse eingeschoben und mit einer Kraft belastet, die die bestehende Vorspannung bis auf den für einen spielfreien Lauf der Lagerung erforderlichen Wert reduziert, bis das Einstellglied im Gehäuse eingeschrumpft ist

3. Lagerung mit axialer Vorspannung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Lagergehäuses (1) einen axialen Anschla^ fürdie Feder (12) aufweist.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Lagergehäuse (1) eine Hülse (2) fest eingesetzt ist, deren eine axiale Stirnseite den Anschlag (3) für die Feder (12) und deren andere axiale Stirnseite die Anlagefiäche (4) für den Außenring (5) des ersten Wälzlagers (6) bildet.

5. Lagerung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzlager (6, 9) Schrägkugellager mit Außehringläüfflächen für O-Anordnungsind.

6. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Innenring (11) des zweiten Wälzlagers (9) zugeordnete Festlegering (13) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige des Wellenmaterials ist.

7. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Außenring (10) des zweiten Wälzlagers (9) zugeordnete Einstellglied (14) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Lagergehäusematerials ist

8. Lagerung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Innenringes (11) des zweiten Wälzlagers (9) gegenüber dem Durchmesser der Welle (8) und daß der Außendurchmesser des Außenringes (10) dieses zweiten Wälzlagers gegenüber dem Innendurchmesser des Lagergehäuses (1) so gewählt sind, daß ein Aufschrumpfen des !nnenringes auf die Welle und ein Aufschrumpfen des Lagergehäuses auf den Außenring diese Teile (11,8 bzw. 10,1) unter einem zum Preßsitz tendierenden Obergangssitz miteinander verbindet.