DE4326150A1

DE4326150A1 - Vorrichtung zur axialen Festlegung von Bauteilen und ferner ein Verfahren zur axialen Festlegung von Bauteilen

Info

Publication number: DE4326150A1
Application number: DE4326150A
Authority: DE
Inventors: Ernst Elsner; Toshihide Abe
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith SE and Co KG
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: DE4326150C2; JPH07229521A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur axialen Festlegung von Bauteilen, insbesondere von Wälzlagerringen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner ein Verfahren.

Bereits bekannte Möglichkeiten zur axialen Sicherung von Bauteilen, insbesondere von Wälzlagerringen, sind der Einsatz konventioneller und sehr einfach gestalteter Bauelemente, beispielsweise Spannhülse, Mutter e.t.c. Bei größeren Bauteilen und speziell für den Anwendungsfall Lager bei großen, vom Lager aufzunehmenden Kräften, ist eine Festlegung in axialer Richtung mit diesen Möglichkeiten problematisch aufgrund der ebenfalls enormen Bauteilgrößen der Festlegungselemente und der auch damit in Zusammenhang stehenden Erhöhung des Kraftaufwandes bei der Montage- und Demontage. In den meisten Fällen ist der Einsatz weiterer Hilfsmittel, beispielsweise eines Hammers erforderlich, der zu einer Herabsetzung der Arbeitssicherheit für das Personal führt.

Beim Einsatz von Muttern zur axialen Festlegung von Bauteilen, insbesondere von Wälzlagerringen tritt neben der Problematik der Größe der erforderlichen Kraft zum Anziehen der Mutter zusätzlich das Problem der Bestimmung des Anzugsmomentes auf, um ein ungewolltes Lösen der Mutter von der Welle im Betriebszustand zu vermeiden.

In der aus einem unveröffentlichten innerbetrieblichen Vorschlag bekannten Anordnung zur axialen Festlegung von Bauteilen, speziell eines Wälzlagerinnenringes für den Einsatzfall in Walzwerken, erfolgt die Festlegung durch einen mechanischen Klinkenmechanismus, der das Festlegungselement in seiner Lage gegenüber dem Wälzlagerinnenring fixiert, wobei die erforderliche Kraft zum Festziehen bzw. axialen Festlegen des Festlegungselementes hydraulisch aufgebracht wird. Diese Ausführung ist jedoch von einer großen Bauteilanzahl, einem hohen Fertigungs- und Montageaufwand und einer Schwächung der Welle durch die für die Funktion des Klinkenmechanismus erforderlichen Ring- und Längsnuten gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur axialen Festlegung von Maschinenteilen, insbesondere von Wälzlagerringen, derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Die Anzahl der erforderlichen Bauteile, der Fertigungs- und der Montageaufwand sollen bei gleichzeitiger Erhöhung der Arbeitssicherheit für das Montagepersonal möglichst gering gehalten werden. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt dabei auch in einer Verringerung der Maschinenstillstandszeiten, die eine schnelle und einfach ausführbare Montage und Demontage erfordert.

Die Vorrichtung soll derart ausgeführt und gestaltet werden, daß auf die Welle schwächende Nuten und andere konstruktive Maßnahmen verzichtet werden kann.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Durch den Einsatz zweier zueinander koaxialer Hülsen - einer inneren und einer äußeren Hülse -, die derart angeordnet und ausgeführt werden, daß sie wenigstens einen Spaltraum, der mit Druckmittel beaufschlagbar ist, an ihren Grenzflächen miteinander bilden, erfolgt bei Beaufschlagung des Spaltraumes mit Druckmittel eine Deformierung der inneren Hülse in radialer Richtung, wobei die innere Hülse wenigstens mittelbar mit der Welle verspannt wird. Dies schließt den Fall mit ein, bei dem ein zusätzliches ringförmiges Element zwischen innerer Hülse und Welle vorgesehen ist.

Die Kräfte zum Erzeugen des Reibschlusses werden durch Druckmittel aufgebracht und weitergeleitet. Das axiale Festlegen und wieder Lösen ist somit mit einfachen, weniger kraftintensiven Operationen möglich. Als Druckmittel wird vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl eingesetzt. Ein derartiger durch Druckmittel erzeugter Preßverband ist durch eine einfache und kostengünstige Herstellung gekennzeichnet. Zum wenigstens mittelbaren Verspannen von Welle und innerer Hülse ist nur eine Beaufschlagung des entsprechenden Spaltraumes mit Druckmittel erforderlich. Zum Lösen der Verbindung sind die Spalträume wieder zu entlasten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum axialen Festlegen von Bauteilen zeichnet sich somit durch eine kostengünstige Herstellung, einen geringen Fertigungsaufwand, kurze Montage- und Demontagezeiten und hoher Arbeitssicherheit für das Personal aus.

Das Verspannen der inneren Hülse mit der Welle kann auf mehrere Arten geschehen. Im ersten Fall sind innere und äußere Hülse über wenigstens einen Teil ihrer Länge komplementär konisch zueinander ausgeführt. Beide Hülsen bilden an ihren Grenzflächen wenigstens einen Spaltraum, der bei Druckmittelbeaufschlagung in axialer Richtung größer wird, wobei vorzugsweise die äußere Hülse gegen die innere Hülse oder aber auch umgekehrt denkbar, verschoben wird. Dabei kann sowohl die innere Hülse als auch die äußere Hülse die unmittelbare Abstützung des in axialer Richtung festzulegenden Bauteiles übernehmen.

Im zweiten Fall sind innere und äußerer Hülse an ihren Außenseiten miteinander verbunden und bilden somit einen ringförmigen Innenraum, der mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Zwischen innerer Hülse und Welle ist ein zusätzliches hülsenförmiges Element angeordnet, daß durch Deformation der inneren Hülse in radialer Richtung bei Beaufschlagung des ringförmigen Innenraumes mit Druckmittel mit der Welle reibschlüssig verspannt wird. Zur Realisierung der Verspannung von Welle und hülsenförmigen Element und hülsenförmigen Element und innerer Hülse sind jedoch die einzelnen Elemente derart zu gestalten, daß bestimmte Hülsenwandstärkenverhältnisse zueinander eingehalten werden.

Die unmittelbare Abstützung des in axialer Richtung festzulegenden Bauteiles erfolgt in diesem Fall vorzugsweise durch das hülsenförmige Element.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß zur Realisierung der reibschlüssigen Verbindung die Welle nicht durch Nuten und andere eine Kerbwirkung hervorrufende Maßnahmen geschwächt wird.

Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in Schnittdarstellung für den Einsatzfall einer axialen Festlegung eines Wälzlagerringes;

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Ansicht I aus der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einer anderen Ausführung der inneren Hülse;

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Hülsen.

Die Fig. 1 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in Schnittdarstellung. Ein Wälzlager 1, umfassend einen Innenring 2 und einen Außenring 3, ist in radialer Richtung durch Auswahl der entsprechenden Passungen, auf den Außendurchmesser d_wa einer Welle 4 und in den Innendurchmesser d_bi einer Bohrung eines Lagergehäuses 5 gepreßt.

In axialer Richtung wird das Wälzlager, das in diesem Ausführungsbeispiel als Festlager fungieren soll, auf der linken Seite in der Zeichnung durch einen Wellenabsatz der Welle 4 am Innenring und einen, hier im einzelnen nicht dargestellten Anschlag am Außenring 3 fixiert. Auf der rechten Seite ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fixierung des Innenringes 2 vorgesehen. Eine das Wellenende umschließende Hülse 7, die über wenigstens einen Teil ihrer Länge am Außenumfang 8 konisch ausgeführt ist, wird reibschlüssig mit der Welle 4 verspannt. Die Hülse 7 ist im anderen Teil, der zum Innenring 2 gerichtet ist, flanschartig ausgeführt. Eine Stirnfläche 9 der Hülse 7 stützt den Innenring 2 an seiner Stirnfläche 10 ab. Zur Realisierung des Reibschlusses zwischen Welle 4 und Hülse 7 ist die Hülse 7 von einer zweiten Hülse 11 auf wenigstens einem Teil ihrer Länge 1 umschlossen. Diese Hülse 11 weist über einen Teil ihrer Länge eine innere komplementär konisch zur Fläche 8 der Hülse 7 ausgeführte Fläche 12 auf. Ein Anschlag 13, der in L-Form ausgeführt ist, bildet mit der Hülse 7 eine bauliche Einheit und dient zur Führung und als Anschlag für die Hülse 11. Entsprechend der Ausführung der Hülsen 11 und 7 bilden deren Grenzflächen 8 und 12 die Wände wenigstens eines rotationssymmetrischen Spaltraumes. In diesem Beispiel bilden beide konisch ringförmige Spalträume 14 und 15 miteinander, die über separate Druckmittelkanäle 16 und 17, wobei 17 durch Strich-Punktlinien dargestellt ist, da 17 nur in die Zeichenebene projiziert, verfügen. Ein weiterer Druckmittelkanal 18 ist in der Regel auch in einer Ebene versetzt zu den Druckmittelkanälen 16 und 17 angeordnet, wurde jedoch auch hier in die Zeichenebene projiziert. Durch Druckmittelzufuhr in den Spaltraum 14 wird die Hülse 11 gegen die Hülse 7 verschoben und verspannt durch die daraus folgende radiale Ausdehnung der Hülse 7 diese gegen die Welle 4. Damit die Verschiebung möglichst verschleißfrei an den Grenzflächen stattfindet, werden die Konusflächen 8 und 12 durch Hochdrucköl über den Kanal 18 geschmiert. Über die O-Ringe 19 bis 23 sind beide Hülsen bzw. die Spalträume 14 und 15 dicht abgeschlossen. Dies dient gleichzeitig der Verhinderung des Aufreißens des Schmierfilmes, der sich an den Berührungsflächen in einem erhöhten Verschleiß niederschlägt.

Zum Lösen der reibschlüssigen Verbindung zwischen Welle 4 und Hülse 7 wird der Spaltraum 14 wieder entspannt und der Spaltraum 15 mit Druckmittel beaufschlagt. Die äußere Hülse 11 wird von der inneren abgezogen, was zu einer Aufhebung der radialen Ausdehnung der inneren Hülse 7 führt. Damit bei Lösen die äußere Hülse nicht von der inneren Hülse völlig gelöst wird, weist die äußere Hülse 7 wenigstens einen Führungsbolzen 24 auf, der in einer entsprechend zugeordneten Durchgangsbohrung 25 im Anschlag 13 geführt wird und die axiale Beweglichkeit der Hülse 11 begrenzt. Dieser Anschlag ist zur Realisierung der Funktion der axialen Sicherung des Innenringes 2 nicht erforderlich; er dient hier der Verhinderung des völligen Ablösens der äußeren Hülse von der inneren Hülse 7 im Falle der Entspannung des Druckraumes 14 bzw. der Druckbeaufschlagung des Druckraumes 15 sowie zum Vermeiden eines Verdrehens der beiden Hülsen gegeneinander. Der Führungsbolzen 24 bildet hier mit der äußeren Hülse 11 eine bauliche Einheit.

Ebenfalls auf der Stirnfläche 27 der äußeren Hülse sind zugeordnet zu den einzelnen Druckmittelkanälen jeweils ein Druckmittelanschluß 28 bis 30 angeordnet. Diese dienen zur Steuerung der Druckölversorgung und verschließen nach Erzeugung des Reibschlusses die Kanäle.

In dieser Darstellung sind Führungsbolzen 24 und Anschlußelemente 28-30 wieder in eine Ebene projiziert worden. Der in der Fig. 2 dargestellte Ausschnitt der Seitenansicht I verdeutlicht die auf vorzugsweise einem gemeinsamen Durchmesser d versetzte Anordnung der Druckmittelanschlüsse 28 und 29 und die ebenfalls auf diesem Durchmesser erfolgte Anordnung des Führungsbolzens 24 und dementsprechend auch der Durchgangsbohrung 25 im Anschlag 13. Zur einfacheren Handhabung der Druckmittelanschlüsse 28 und 29 sowie hier nicht dargestellt des Druckmittelanschlusses 30 bei Montage und Demontage weist der L-förmige Anschlag 13 vorzugsweise im Bereich seines Außendurchmessers d_AA entsprechend zugeordnete randoffene Aussparungen 31 auf.

Die Anzahl der auf dem Durchmesser d angeordneten Führungsbolzen 24 und entsprechend dazu der am Anschlag 13 zugeordneten Durchgangsbohrungen 25 wird entsprechend den Erfordernissen an den konkreten Einsatzfall festgelegt. Vorzugsweise sind jedoch wenigstens jeweils zwei Führungsbolzen und dazu zugeordnet zwei Durchgangsbohrungen 25 am Anschlag 13 vorgesehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckmittelkanal 17 und der Spaltraum 15 dienen hier der zusätzlichen Unterstützung des Lösens des Reibschlusses. Während der Druckmittelkanal 16 bzw. der Spaltraum 14 entlastet wird, wird der Spaltraum 15 mit Druckmittel beaufschlagt und somit die äußere Hülse vom Innenring 2 weg verschoben. Ein Verzicht aus Bauraumgründen oder anderen konstruktiven Gegebenheiten ist ohne Einschränkung der Funktionserfüllung möglich.

Damit während der Demontage nach Lösung des Reibschlusses ein Lösen der gesamten Vorrichtung 6, umfassend die innere und äußere Hülse 7 und 11, nicht von der Welle 4 abgleitet, ist ein Deckel 32 vorgesehen, der am Außenringanschlag 33 befestigt wird. Der Außenringanschlag 33 ist wiederum am Lagergehäuse 5 befestigt. Zwischen Außenringanschlag 33 und innerer Hülse 7 ist eine Dichtung 34 vorgesehen, die den Austritt des Schmiermittels zur Lagerschmierung aus dem Lagerbereich und den Eintritt von Fremdkörpern und -stoffen in die Lagerung verhindert.

Weitere konstruktive Einzelheiten zur Gestaltung der beiden Hülsen sind dem Voith-Prospekt "Anschlußtechnik" entnehmbar.

Die Fig. 3 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend dem in Fig. 1 beschriebenen Prinzip. Grundaufbau und Funktionsweise entspricht dem in Fig. 1 beschriebenen, weshalb gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet werden. Die innere Hülse 7 weist jedoch hier über ihre gesamte Länge einen nahezu konischen Verlauf auf. Die flanschartige Ausführung des dem Innenring 2 zugewandten Teiles der inneren Hülse ist durch eine Gestaltung ersetzt worden, die die sprunghafte Änderung des Außendurchmessers der inneren Hülse 7 vermeidet, wodurch die Steifigkeit der inneren Hülse in diesem vorderen Bereich erhöht wird.

In Fig. 4 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die axiale Fixierung des Innenringes 2 erfolgt hier mittels einer Hohlbuchse 37, umfassend eine innere Hülse 7 und eine äußere Hülse 11, die beidseitig miteinander verbunden sind und einen ringförmigen, mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum 38 bilden. Die Hülse 7 ist gegenüber der Hülse 11 sehr dünn ausgebildet, um sich bei Druckmittelbeaufschlagung des Raumes 38 deformieren zu können. Als Festlegungselement fungiert hier ein ringförmiges Element 35, das durch Ausdehnung des Teiles 7 in negativer radialer Richtung mit der Welle 4 verspannt wird. Die Abstützung des Innenringes 2 erfolgt durch gegenseitige Berührung der Teile 35 und 2 an deren Stirnflächen. Der ringförmige Raum 38 weist wenigstens einen Druckmittelkanal 39 und einen Druckmittelanschluß 40 auf.

Einzelheiten zur Ausführung und Gestaltung der Hohlbuchse und das Funktionsprinzip sind dem Voith-Firmenprospekt "Anschlußtechnik" zu entnehmen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele verdeutlichen das Grundprinzip der Möglichkeit einer axialen Bauteilfestlegung mittels einer reibschlüssigen Verbindung. Zur Anpassung an den entsprechenden Einsatzfall sind konstruktive Veränderungen bzw. die weitere Ausgestaltung der einzelnen Bauteile denkbar.

In den hier aufgeführten Beispielen ist die Vorrichtung bzw. deren einzelne Bauteile immer derart ausgeführt, daß die mit der Welle unmittelbar verspannte Hülse auch unmittelbar das in axialer Richtung festzulegende Bauteil abstützt. Bei entsprechender Gestaltung können jedoch auch andere Elemente, die am Entstehen der reibschlüssigen Verbindung wenigstens mittelbar beteiligt sind, das in axialer Richtung festzulegende Bauteil unmittelbar abstützen.

Ein spezieller Einsatzfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Einsatz zur axialen Festlegung eines Wälzlagerinnenringes einer Lagerung für Walzwerke.

Claims

1. Vorrichtung zur axialen Festlegung von Bauteilen auf Wellen und Achsen, insbesondere von Wälzlagerringen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1.1 mit zwei zueinander koaxialen Hülsen - einer inneren Hülse und einer äußeren Hülse;
1.2 die beiden Hülsen sind derart angeordnet, daß sie an den Grenzflächen wenigstens einen rotationssymmetrischen und koaxial zur Welle verlaufenden Spaltraum miteinander bilden;
1.3 der Spaltraum ist mit Druckmittel beaufschlagbar, wodurch die innere Hülse in radialer Richtung deformiert und wenigstens mittelbar mit der Welle verspannt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

2.1 die innere und die äußere Hülse sind wenigstens über einen Teil ihrer Länge komplementär konisch zueinander ausgeführt;
2.2 der Spaltraum vergrößert sich bei Druckmittelbeaufschlagung, wobei die äußere Hülse gegen die innere Hülse verschoben wird;
2.3 die innere Hülse stützt das Bauteil unmittelbar ab.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Außendurchmessers der inneren Hülse im wesentlichen über ihre gesamte Länge stetig erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Verschiebung und/oder Verdrehung der äußeren Hülse relativ zur inneren Hülse begrenzt.

5. Verfahren zur axialen Festlegung von Bauteilen auf Wellen oder Achsen, insbesondere von Wälzlagerringen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung eine Hülse eingesetzt wird, die mit der Welle bzw. Achse wenigstens mittelbar reibschlüssig verspannbar ist, wobei die Kräfte zum Erzeugen des Reibschlusses hydraulisch aufgebracht werden.