DE3304358C2 - Verfahren zum Anstellen eines Schrägwälzlagers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anstellen von Schrägwälzlagern auf einen vorbestimmten Vorspannwert, bei welchem an einem beim Vorspannen elastisch verformten Bauteil die Ausgangslänge eines Meßabschnitts im nicht vorgespannten Zustand und dessen Längenänderung während des Vorspannens mittels einer den Meßabschnitt durchlaufenden, an dessen Ende reflektierten Strahlung gemessen und das Anstellen bei Übereinstimmung der beim Vorspannen auftretenden Ist-Längenänderung mit der in einem Vorversuch ermittelten Soll-Längenänderung beendet wird. Ein Bauteil für ein auf einen vorbestimmten Vorspannwert anstellbares Schrägwälzlager umfaßt einen beim Vorspannen elastisch verformten Meßabschnitt und eine an dessen einem Ende angeordnete, zu dessen Länge im wesentlichen rechtwinklig verlaufende Reflexionsfläche.

Description

a) bei bereits zum Betrieb eingebautem Schrägwälzlager (4,5) an mindestens einem beim Vorspannen elastisch zu verformenden Bauteil (2) im noch nicht vorgespannten Zustand die Ausgangslänge eines vorbestimmten Meßabschnitts (1) durch die Laufzeit oder die Interferenz einer im wesentlichen parallel zur Wirkungsrichtung der Vorspannung über den Meßabschnitt (1) ausgesandten, an dessen Ende reflektierten Strahlung ermittelt und

b) dann das eingebaute Schrägwälzlager (4,5) auf eine in gleicher Weise ermittelte Ist-Längenänderung des Meßabschnitts (1) vorspannt, die einer an einem baugleichen Bezugsbauteil (2) für den gewünschten Vorspannwert (F) vorermittelten Soll-Längenänderung (S) entspricht.

durch gekennzeichnet, daß ein Lagerring (4a, 4b, 5a, 5b) oder ein Lagergehäuse (3) einen den Hauptteil der beim Vorspannen eintretenden elastischen Verformung aufnehmenden, den Meßabschnitt enthaltenden Bereich hinreichend geringen Querschnitts aufweist.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß eine das Schrägwälzlager tragende Welle (2) eine Längsbohrung mit einer das eine Ende des Meßabschnitis bildenden Reflektionsfläche aufweist.

11. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionsfläche (2d) plangeschliffen und vorzugsweise poliert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Laufzeit eines durch den Meßabschnitt eines Bauteils hindurchlaufenden, an einer zur Laufrichtung im wesentlichen normalen Reflektionsfläche reflektierten Ultraschall-Impulses bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ultraschallerzeuger an eine zur Reflektionsfläche im wesentlichen planparallele Fläche am anderen Ende des Meßabschnitts anlegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Laufzeit einer am Meßabschnitt eines Bauteils außen entlang lcufenden, an einer zur Laufrichtung im wesentlichen normalen Reflektionsfläche reflektierten elektromagnetischen Strahlung mit einer der Soll-Längenänderung angepaßten Wellenlänge bestimmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Meßabschnitt an einem den Hauptteil der beim Vorspannen eintretenden elastischen Verformung aufnehmenden Bereich des Bauteils vorsieht.

6. Bauteil zur Aufnahme eines gemäß Anspruch 1 anstellbaren Schrägwälzlagers, gekennzeichnet durch eine an einem Ende eines beim Vorspannen elastisch zu verformenden Meßabschnitts (1) angeordnete, zur Laufrichtung einer die Länge des Meßabschnitts (1) ermittelnden Strahlung im wesentlichen normale Reflektionsfläche (2d).

7. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dessen einem Ende eine Ultraschall-Reflektionsfläche (2d) und an dessen anderem Ende eine zur Ultraschall-Reflektionsfläche (2d) planparallele Meßfläche (2c) zum Ansetzen eines Ultraschallerzeugers (9) vorgesehen ist.

8. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dessen Umfang in den längs des Meßabschnitts (1) verlaufenden Strahlengang einer elektromagnetischen Strahlung vorstehende Reflektionsfläche (2d) vorgesehen ist.

9. Bauteil nach einem der AnsDrüche 6 bis 8. da-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anstellen eines Schrägwälzlagers auf einen vorbestimmten Vorspannwert, bei welchem man dieses um eine dem gewünschten Vorspannwert entsprechende vorermittelte Weglänge vorspannt, sowie ein entsprechendes Bauteil für Schrägwälzlager.

Als Schrägwälzlager werden im folgenden alle Wälzlager bezeichnet, deren Belastungs-Wirkungslinien unter einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° zur Lager&chse verlaufen. Diese nicht selbsthaltenden Lagera^rten sind als Einzellager nur in einer Richtung axial belastbar. Bei ausschließlich radialer Belastung entsteht infolge der Laufflächenschräge eine den inneren und den äußeren Lagerring auseinandertreibende Axialkraftkomponente. Daher werden Schrägwälzlager nur bei dauernder axialer Belastung in einer Richtung als Einzellager verwendet. Fehlt eine solche axiale Kraftkomponente, so werden zwei Schrägwälzlager gewöhnlich zueinander spiegelbildlich angeordnet. Wenn dabei die Drucklinien zur Wellenmitte hin auseinanderlaufen, wird dies als O-Anordnung bezeichnet, während die Drucklinien bei der X-Anordnung aufeinander zulaufen.

Bei der Montage werden Schrägwälzlager angestellt, indem die bereits montierten inneren oder äußeren Lagerringe beider Schrägwälzlager axial zueinander soweit verschoben werden, daß sich entweder ein definiertes Axialspiel oder ein definiertes Nullspiel oder eine definierte Vorspannung ergibt. Der geeignete Anstellzustand muß unter Berücksichtigung der konstruktiven Gegebenheiten und der erwarteten Einwirkungen zweckentsprechend gewählt werden.

Schrägwälzlager werden bevorzugt auf einen geeigneten Vorspannwert angestellt, da dies die Lebensdauer durch Verteilung der spezifischen Wälzkörperbelastung auf mehrere Wälzkörper erhöht, die spezifische Flächenpressung verringert, die Laufgenauigkeit, die Dämpfung und das Laufgeräusch günstig beeinflußt und besonders bei technisch anspruchsvollen Lagerungen eine hohe Führungsgenauigkeit unter Last und eine entsprechende Lagersteifigkeit sicherstellt.

Das Anstellen von Schrägwälzlagern mit Vorspannung unter elastischer Verformung der beteiligten Lagerelemente erfordert große Kräfte, die aber exakt bemessen sein müssen, um ohne Überbeanspruchung der Schrägwälzlager unter der Einwirkung von Vorspannung und Betriebslast ein ausreichendes und gleichbleibendes Vorspannen der beteiligten Lagerelemente zu gewährleisten.
Aus der DE-AS 15 25 257 ist ein Verfahren und eine

Einrichtung zur Ermittlung des einer gewünschten Vorspannkraft entsprechenden Anstellwegs einer V/älzlagcranordnung bekannt, deren Aufgabe darin liegt, für jedes individuelle Lagerpaar vor dem eigentlichen Einbau den einer gewünschten Vorspannkraft entsprechenden Anstellweg zu ermitteln, was durch Benutzung einer der endgültigen Einbauanordnung gleichartigen Versuchsanordnung ermöglicht wird. Über das Anstellen des bereits zum Betrieb eingebauten Schrägwälzlagers wird lediglich ausgeführt, daß die Anstellung des Lagerpaares soweit erfolgt, bis der vorher ermittelte Anstellweg erreicht ist Diese Arbeitsweise führt trotz der aufwendigen Messung des individuellen Anstellweges jedes Lagerpaares wegen der unvermeidlichen kleinen Maßabweichungen zwischen der Versuchswelle und der für den Betriebseinbau benutzten Welle nicht zu einer zuverlässigen Einstellung des gewünschten Vorspannwertes.

Die US-PS 40 40 685 beschreibt eine Lageranordnung für Meßapparate, bei welcher die auf einer Welle angeordneten inneren Lagerringe zweier Wälzlager durch Anziehen einer in einer Gewindebohrung der Welle verdrehbaren Schraube einer variablen Vorspannung unterworfen werden können. Diese mit den äußeren Lagerringen beider Wälzlager in einer mit einem Außengewinde versehenen Hülse eingebaute Lagerkonstruktion soll eine bleibende spielfreie Übermittlung von kleinen Winkelbewegungen der Lagerwelle ermöglichen. Die Schrift enthält keinerlei Angaben über die Messung oder Ermittlung von Längenänderungen eines beim Vorspannen elastisch verformten Lagerbauteils, geschweige denn irgendwelche Hinweise auf das Anstellen eines Schrägwälzlagers auf einen vorbestimmten Vorspannwert. Bei der dargestellten Lageranordnung kann zwar durch Drehung der Schraube der zwischen den Anschlagplatten liegende Teil der Welle unter Verschiebung des einen inneren Lagerringes in Richtung auf den anderen inneren Lagerring einer Vorspannung unterworfen werden, wobei jedoch keinerlei Messung oder sonstige Ermittlung des Anstellweges oder der Längenänderung der Welle vorgesehen oder auch nur ermöglicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Anstellen von Schrägwälzlagern und ein Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein genaueres, besser reproduzierbares Vorspannen auf einen vorbestimmten Vorspannwert ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der gewünschte Vorspannwert nicht über schwer kontrollierbare und nur indirekt mit diesem korrelierte Hilfsgrößen eingestellt wird. Im Bereich elastischer Verformung sind Lastzunahme und Verformungszunahme des belasteten Meßabschnitts einander entsprechend dem Hook'schen Gesetz proportional, so daß bei Beendigung des Anstellvorganges am Lagerelement eine Längenänderung erfolgt ist, die der aufgebrachten Vorspannung direkt entspricht. Bei Erreichen der dem gewünschten Vorspannwert entsprechenden Längenänderung des Meßabschnitts des Lagerelements steht die gesamte Schrägwalzlageranordnung selbst bei Unregelmäßigkeiten der Anschlußteile, des Gehäuses, der Schmierung, des Erhaltungszustandes der Lager etc. zuverlässig unter der angestrebten Vorspannung.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Bauteil für ein auf einen vorbestimmten Vorspannwert anstellbares Schrägwälzlager mit den im Patentanspruch 6 genannten Merkmalen. Weiterbildungen dieses Bauteils sind in d°n Unteransprüchen 7 bis 11 definiert

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens anhand der Zeichnungen weiter erläuter·. Es zeigt

ίο Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer O-Anordnung zweier Schrägwälzlager,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Schrägwälzlagers als Einzellagerung.

Die in F i g. 1 gezeigte O-Anordnung zweier Schrägwälzlager 4, 5 zur Lagerung einer mit einem Ritzel 2a versehenen Welle 2 in einem Gehäuse 3 findet z. B. bei einer angetriebenen PKW-Hinterachse Verwendung. Auf dem Außenumfang des dem Ritzel 2a gegenüberliegenden Endabschnitts der Welle 2 ist ein Gewinde vorgesehen, mit dem eine mit einem Außenmehrkant versehene Vorspannmutter 7 in Eingriff steht. Beim Anziehen der Vorspannmutter 7 mit einem einen Innenmehrkant aufweisenden Werkzeug 8 wird über ein Zwischenstück 6 der auf der Welle 2 sitzende innere Lagerring 5a des kleineren Schrägwäizlagers 5 axial auf den inneren Lagerring 4a des größeren Schrägwälzlagers 4 zubewegt, wobei die inneren Lagerringe 4a, 5a keilartig gegen die von den äußeren Lagerringen 4Z>, Sb der Schrägwälzlager 4,5 gestützten Wälzkörper 4c, 5c angepreßt werden.

Die äußeren Lagerringe 4b, 5b sind jweils gegen geeignete Vorsprünge des Gehäuses 3 abgestützt und so an einer axialen Relativbewegung gehindert. Sobald der axiale Abstand der inneren Lagerringe 4a, 5a den einem definierten Nullspiegel entsprechenden Wert unterschreitet, entsteht eine Zugbeanspruchung der Welle 2, die der auf die Schrägwälzlager 4, 5 ausgeübten Vorspannung entspricht. Nach dem Hook'schen Gesetz entspricht die auf die Schrägwälzlager 4,5 ausgeübte Vorspannung Fdem Produkt aus der Federkonstante Cund der unter der anliegenden Vorspannung auftretenden Längenänderung 5 der Welle 2. Ist die Federkonstante C bekannt, so kann die zur Erzielung der gewünschten Vorspannung F erforderliche Längenänderung S der Welle 2 aus S = ^F/c berechnet werden. Bei Erreichen dieser Längenänderung S ist die gewünschte Vorspannung F erreicht und der Anstellvorgang kann beendet werden. Die der gewünschten Vorspannung entsprechende Längenänderung S der Welle 2 beträgt in der Praxis einige Mikrometer (μίτι).

Bei der dargestellten Ausführungsform wird zur Messung der Längenänderung mittels Ultraschall-Impulsecho ein Ultraschallerzeuger 9 an die zur Wellenachse senkrechte, dem Ritzel 2a gegenüberliegende Meßfläche 2c der Welle 2 angelegt und ein Ultrascnallimpuls geeigneter Frequenz auf die Welle 2 übertragen. Dabei bildet die gesamte Länge der Welle 2 zwischen der zur Achse senkrechten Meßfläche 2c und der Reflektionsfläche 2c/den Meßabschnitt 1, dessen Längenänderung 5 bestimmt wird. Der Ultraschallimpuls durchläuft die Welle 2 von der mit dem Ultraschallerzeuger 9 in Berührung stehenden Meßfläche 2c bis zur dieser gegenüberliegenden Reflektionsfläche 2c/, wird an dieser reflektiert, durchläuft wiederum die Welle 2 und wird als Echo beim Eintreffen an der Meßfläche 2c registriert.

Wegen der relativ niedrigen Ausbreitungsgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) mechanischer Schwingungsstrahlungen kann im hier betrachteten Fall ein Impulsechoverfahren angewendet werden, bei dem die

Länge des Meßabschnitts 1 mit der Zeitdauer von der Aussendung des Ultraschallimpulses bis zum Auffangen des an der Reflektionsfläche 2d reflektierten Impulsechos durch den an der Meßfläche 2c anliegenden Ultraschallerzeuger 9 in Beziehung gesetzt wird.

Die Federkonstante C der Welle 2 kann in einem Vorversuch bestimmt und zur Berechnung der die gewünschte Vorspannung F anzeigenden Längenänderung 5 der Welle 2 herangezogen werden. Für die praktische Anwendung an serienmäßig einzubauenden Schrägwälzlagern wird eine als Bezugsbauteil dienende Schrägwälzlageranordnung gleicher Bauart unter Verwendung einer die tatsächlich an den Lagern anliegende Vorspannung ermittelnden Meßanordnung auf den gewünschten Vorspann wert der Schrägwälzlageranordnung vorgespannt und mittels des Ultrasehall-Impulsechos einerseits die Ausgangslänge des Meßabschnitts 1 ohne Vorspannung und andererseits die Istlängenänderung des Meßabschnitts 1 unter dem gewünschten Vorspannwert d.h. die beim künftigen Anstellen solcher Schrägwälzlageranordnungen einzuhaltende Soll-Längenänderung S des Meßabschnitts 1 bestimmt. Da die Federkonstanten baugleicher Wellen von der Federkonstante Cder im Standardversuch verwendeten Welle 2 nur unwesentlich abweichen, kann die im Standardversuch bestimmte Soll-Längenänderung S als Bezugsgröße bei der Anstellung baugleicher Schrägwälzlageranordnungen dienen, so daß zu deren Anstellung nur noch die Ausgangslänge des Meßabschnitts 1 ohne anliegende Vorspannung zu messen und dann die Vorspannmutter 7 mit dem Werkzeug 8 bis zur Erreichung der vorermittelten Soll-Längenänderung S anzuziehen ist Die Anordnung kann dabei so gewählt werden, daß bei Erreichen der Soll-Längenänderung S der Anstellvorgang automatisch beendet wird.

Beim Anstellen einer Schrägwälzlager-Anordnung mittels Ultraschall-Impulsecho wird ein Bauteil selbst, nämlich die Welle 2 vom Ultraschall durchlaufen, so daß der Meßabschnitt 1 der Länge der einstückigen Welle 2 zwischen den im wesentlichen plan-parallelen Flächen 2c und 2d entspricht wobei an die der Meßfläche 2c gegenüberliegende Reflektionsfläche 2d hinsichtlich der Planparallelität mit der Meßfläche 2c, der Rechtwinkligkeit gegenüber der Wellenachse und der Oberflächenqualitäl relativ hohe Ansprüche gestellt werden, wenn aus der Ultraschall-Impulsreflektion an dieser Fläche hinreichend genaue Ergebnisse gewonnen werden sollen. Wenn der Meßabschnitt der Länge eines einstückigen Bauteils entspricht kann bei relativ kurzen Bauteilen hoher Materialstärke die unter dem vorbestimmten Vorspannwert gegenüber der Ausgangslänge ohne Vorspannung auftretende Soll-Längenänderung 5 sehr klein sein. In diesem Fall kann das Bauteil zweckmäßig einen leichter elastisch verformbaren Bereich aufweisen, der den Hauptteil der beim Vorspannen eintretenden elastischen Verformung aufnimmt und als Meßabschnitt 1 dient

Wenn die Anwendung eines durch das Bauteil selbst hindurchgehenden Impulses zu Schwierigkeiten führt z-B. weil der Meßabschnitt 1 mehrere Bauteile umfaßt kann auch eine elektromagnetische Schwingungsstrahlung über einen Meßabschnitt zwischen einem in einer definierten Stellung am Bauteil angeordneten Sender und einer in einem Abstand davon an der Schrägwälzlageranordnung außenseitig vorzusehenden Reflektionsfläche ausgestrahlt werden. Da die Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt wird die Längenänderung des Meßabschnitts 1 aus der Änderung des Interferenzmusters des reflektierten Strahls mit dem ausgesandten Strahl bestimmt. Dabei soll zweckmäßig eine der Soll-Längenänderung 5angepaßte Wellenlänge der Meßstrahlung gewählt werden. Der Strahlengang kann dabei außerhalb der Schrägwälzlageranordnung liegen, sofern an dieser eine geeignete, über deren Außenumfang in den Strahlengang vorstehende Reflektionsfläche vorgesehen ist. Andererseits kann beispielsweise bei Hohlwellen oder Teilen mit einer geeigneten Sack- oder Durchgangsbohrung, die Messung auch durch einen in deren Innenraum verlaufenden Strahlengang erfolgen, wobei wiederum am Ende des Meßabschnitts eine geeignete Reflektionsfläche erforderlich ist.

F i g. 2 zeigt eine Welle 2, die gegenüber einem Gehäuse 3 durch ein in einer Gehäuseaufnahme 3a angeordnetes Schrägwälzlager 4 und diesem gegenüberliegend durch ein ebenfalls in einer Gehäuseaufnahme Zb gelagertes Axiallager 10 gelagert ist Das Anstellen des Schrägwälzlagers 4 erfolgt analog der beschriebenen Weise durch Messung der Ausgangslänge des sich von einer Meßfläche 2c der Welle 2 über die gesamte Länge der Welle 2 bis zu der gegenüberliegenden Reflektionsfläche 2d erstreckenden Meßabschnitts 1 mittels des an die Meßfläche 2c angelegten Ultraschallerzeugers 9 unter Verschiebung des Lagerrings 4a des Schrägwälzlagers 4 in Richtung auf das Axialkugellager 10 gegen den vom Gehäuse 3 gehalterten äußeren Lagerring 46. Auch hier wird im Vorversuch die der gewünschten Vorspannung entsprechende Soll-Längenänderung S ermittelt und beim Einbau des Schrägwälzlagers die Vorspannmutter 7 bis zur Übereinstimmung der Ist-Längenänderung mit der Soll-Längenänderung S der Welle 2 angezogen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anstellen eines Schrägwälzlagers auf einen vorbestimmten Vorspannwert, bei welchem man dieses um eine dem gewünschten Vorspannwert entsprechende vorermittelte Weglänge vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß man