DE4334878A1

DE4334878A1 - Spieleinstellbares Wälzlager

Info

Publication number: DE4334878A1
Application number: DE19934334878
Authority: DE
Inventors: Arbogast Dr Ing Grunau
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-04-20

Description

Die Erfindung betrifft ein spieleinstellbares Wälzlager, bestehend aus einem Außenring, einem Innenring und zwischen diesen auf zugehörigen Laufbahnen abrollenden Wälzkörpern sowie einer in einer Bohrung des Innenringes gelagerten Welle.

Zur Spiel- bzw. Vorspannungseinstellung eines Lagers sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. So wird z. B. in einfacher Weise die Spielein stellung über den Durchmesser der Wälzkörper realisiert, indem vor sortierte Wälzkörper entsprechend der gemessenen Fertigungstoleranz eingesetzt werden. Dadurch kann eine fehlerhafte Toleranz ausgeglichen werden. Diese Art der Spieleinstellung hat den Nachteil, daß das Lagerspiel erst nach dem Zusammenbau des Lagers genau feststellbar ist, so daß unter Umständen eine De- bzw. eine Neumontage erfolgen muß.

Es ist auch bekannt, die Spieleinstellung mit Hilfe der axialen Ver schiebung eines Konus zu bewerkstelligen. So wird in der DE-AS 12 02 617 eine Zylinderrollenlager für eine Werkzeugmaschine beschrieben, dessen konischer Innenring auf einem weiteren konischen Ring angeord net ist. Mittels einer Schraube werden die Konusflächen in axialer Richtung verschiebbar bewegt, so daß das Lagerspiel bzw. die Lagervor spannung je nach Drehrichtung der Schraube verkleinert oder vergrößert werden kann.

Diese bekannte Ausführungsform ist als eine recht aufwendige Konstruk tion zu bewerten, die neben einem zusätzlichen Kegelring einen hohen Fertigungsaufwand erfordert und daher teuer ist. Außerdem wird die Steifigkeit des aus insgesamt zwei Ringteilen bestehenden Innenringes vermindert.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Lösung für ein spieleinstellbares Wälzlager zu schaffen, die ohne einen aus zwei Teilen bestehenden Innenring auskommt.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Wälzlager dadurch, daß die Welle in axialer Richtung mit einem Hohlraum versehen ist, in dem ein Druckmedium eingebracht ist, das über eine Druckerzeu gungsvorrichtung mit Druck beaufschlagbar ist.

Wird nun ein derartiges Lager mit etwas mehr Spiel als nötig zusammen gebaut, so bewirkt die unter Druck gesetzte und aufgeweitete Welle ihrerseits eine Aufweitung des Lagerinnenringes, so daß entsprechend dem vorgegebenen Druckverhältnissen das gewünschte Radialspiel einge stellt werden kann. Zweckmäßigerweise geht man dabei so vor, daß sowohl die Hohlwelle als auch der Lagerinnenring im elastischen Be reich verformt werden, so daß sie nach Wegnahme des Druckes zurück federn und eine problemlose Demontage des Wälzlagers ermöglichen. Es ist aber auch eine Beanspruchung im elastisch/plastischen bzw. im plastischen Bereich möglich.

Nun sind zwar aus dem Werkzeugmaschinenbau Vorrichtungen zum Verspan nen von Werkzeugen auf einem Dorn oder dergleichen bekannt. So werden beispielsweise in der DE-PS 31 48 677 und in der DE-PS 34 46 731 Vorrichtungen zum lösbaren Spannen eines mit einer mittigen Bohrung versehenen Werkzeuges auf einem Dorn beschrieben, bei denen zwischen Dorn und Werkzeug eine durch veränderbaren Druck eines Fluids radial verformbare Spannhülse angeordnet ist.

Auch in der Walzwerkstechnik sind nach der DE-PS 33 42 054 bzw. nach der EP-OS 0 542 384 hydraulisch aufweitbare Walzen bekannt, wobei zwischen Walzengrundkörper und Walzenmantel ein Druckmedium zur Ver formung des Walzenmantels leitbar ist.

Keines dieser Dokumente liefert jedoch einen Hinweis auf die mögliche Verwendung einer hydrostatisch aufweitbaren Welle zur Spieleinstellung eines Wälzlagers. Ziel dieser Entwicklungen war es vielmehr, eine präzise Lagepositionierung der Werkzeuge oder Werkstücke auch bei Auftreten hoher Bearbeitungskräfte bzw. eine verbesserte Einstell barkeit der Balligkeit von Walzen zu gewährleisten.

Der Hohlraum der Welle, der in der Regel als eine Bohrung innerhalb der Wellenmitte realisiert wird, so daß deren Formgenauigkeit und Steifigkeit nahezu unbeeinflußt bleibt, kann über eine Hydraulikver sorgung mit einer Flüssigkeit gefüllt und hydraulisch aufgeweitet wer den, aber auch ein festes Druckmedium in Form eines Metalles oder Kunststoffes ist möglich. Die Druckerzeugung erfolgt in diesem Fall in einfacher Weise durch eine Schraube, die durch Eindrehen den zur Verfügung stehenden Raum zur Aufnahme des festen Druckmediums ver kleinert.

Wird als Druckermedium ein Metall verwendet, so sollte dieses eine niedrige Streckgrenze aufweisen, da dann bereits bei geringen Drücken der plastische Verformungsbereich erreicht wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das Druckmedium einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner, gleich oder größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Welle ist.

Wenn das Druckmedium den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie die Welle hat, verhält sich diese bezüglich der Temperaturaus dehnung wie eine Vollwelle, bei größerem Temperaturausdehnungskoeffi zienten wächst der Wellendurchmesser mit steigender Temperatur schnel ler als bei einer Vollwelle. Weist das Druckerzeugungsmedium einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, der niedriger als der der Welle ist, kehren sich die Verhältnisse um, d. h. der Wellendurch messer wächst mit steigender Temperatur langsamer als bei einer Voll welle. Dieses Verhalten ist dann beendet, wenn durch die unterschied liche Temperaturdehnung der Druck im Inneren der Welle aufgehoben ist, d. h. dann dehnt sich der Körper genau wie eine Vollwelle.

Das letztgenannte Verhalten der Welle bzw. des Innenringlaufbahndurch messers ist dann wünschenswert, wenn im Betrieb die Welle stärker erwärmt wird als der Außenring, das Spiel aber trotzdem erhalten bleiben soll.

Wird in diesem Fall als Druckmedium z. B. ein Kunststoff verwendet, der einen höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten als die übli cherweise verwendeten Stahlwellen besitzt, so wächst der Wellendurch messer mit steigender Temperatur nur dann langsamer als der Durch messer einer Vollwelle, wenn ein weiterer Hilfswerkstoff mit einem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als Stahl vorgesehen ist.

In diesem Fall dehnt sich der Hilfswerkstoff mit geringer Wärmedehnung im Vergleich zur Welle bei Temperaturerhöhung geringer aus, so daß der ihn aufnehmende Hohlraum vergrößert wird. Das Druckmedium seinerseits kann nun in diesem zusätzlich gewonnen Raum ausweichen und der ausge übte Radialdruck bleibt gleich, wenn die Volumina und Ausdehnungskoef fizienten entsprechend abgestimmt sind. Durch Abstimmung des Volumens und des Ausdehnungskoeffizientens dieses Hilfswerkstoffes kann man alle drei obengenannten Betriebszustände erreichen. Hierbei ist vor gesehen, entweder die Volumina innerhalb der Welle hintereinander oder konzentrisch anzuordnen. Auch kann ein Gemisch oder Gemenge aus Medien unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten diesen Zweck erfüllen.

Auch ist es nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung möglich, daß in dem Hohlraum der Welle unterschiedliche Druckmedien in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Dies ist dann von Bedeutung, wenn unterschiedliche radiale Aufweitungen der Welle bei einer Axial krafteinstellung der Spannschraube realisiert werden. Hierzu wird dann unter dem Lagersitz, der stark aufgeweitet werden soll, ein Medium mit niedriger Streckgrenze verwendet, an den Stellen, wo nicht aufgeweitet werden soll ein Material, das bei dem einzustellenden Druck noch nicht plastisch fließt. An den Stellen, wo die Welle geringfügig aufgeweitet werden soll, muß dann ein Druckmedium mit höherer Streckgrenze einge setzt werden, so daß die wirksame hydrostatische Spannung entsprechend niedriger ist als die unter dem Lagesitz, der stärker aufgeweitet werden soll.

Den gleichen Effekt kann man auch dann erreichen, wenn man den Durch messer der Bohrung für das Druckmedium unterschiedlich wählt. An Stellen mit großem Bohrungsdurchmesser erhält man bei gleichem Innen druck eine größere Aufweitung als an Stellen mit kleinem Bohrungs durchmesser.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine aufweitbare Welle, die in einem Innenring eines Wälzlagers gelagert ist;

Fig. 2 die Zunahme des Wellendurchmessers unter Druckbeauf schlagung der Welle entlang ihrer Länge;

Fig. 3 Querschnitt durch eine aufweitbare Welle mit Tempera turkompensationsteil.

Die in Fig. 1 im Maßstab 1 : 1 dargestellte Welle 1 ist in einem Innenring 8 eines Wälzlagers eingepreßt und mit einer axialen zen trischen Bohrung 2 versehen. Die Bohrung 2 weist linksseitig einen größeren Durchmesser auf und ist in diesem Bereich mit einem Innenge winde 3 versehen. In der Bohrung 2 ist eine Druckmedium 6 in Form eines Zylinders aus einem Kunststoff angeordnet. Dieser Kunststoff zylinder 6 wird über einen Druckzylinder 7 mit Hilfe einer Druckerzeu gungsvorrichtung 5 mit Druck beaufschlagt. Dies erfolgt dadurch, daß die Schraube 5 mit ihrem Außengewinde 4 in das Innengewinde 3 der Bohrung 2 eingreift und über den Druckzylinder 7 den für den Kunst stoffzylinder 6 zur Verfügung stehenden Raum einengt.

Die in Fig. 2 dargestellte Vergrößerung des Durchmessers der Welle 1 zeigt, daß diese in den einzelnen Bereichen unterschiedlich ist. Zu nächst vergrößert sich der Durchmesser der Welle 1 im Bereich der Schraube 5 um etwa 16 µm, um dann im Bereich des Druckzylinders 7 auf etwa 3 µm abzufallen. Der Abfall im Bereich des Druckzylinders 7 erklärt sich damit, daß dieser aus einem Metall gefertigt ist und im elastischen Bereich beaufschlagt wird, d. h. in diesem Bereich kom pressibel ist und nicht zur Aufweitung der Welle 1 beiträgt. Darüber hinaus ist der Druckzylinder 7 überwiegend in dem Teil der Bohrung 2 mit größeren Durchmesser untergebracht, so daß er ein Radialspiel aufweist.

Über den weitaus größten Bereich des Kunststoffzylinders 6 erstreckt sich ein Plateau, entsprechend einer Durchmesservergrößerung der Welle 1 von 14 bis 17 µm. Dieses Plateau zeigt, daß der Kunststoffzylinder 6 durch die angelegte Spannung oberhalb seiner Streckgrenze im plasti schen Bereich beansprucht wird und sich wie eine Flüssigkeit verhält. Innerhalb dieser Plateauphase ist der Lagerinnenring des Wälzlagers angeordnet, so daß er über seine gesamte Breite einen festen Preßsitz hat und außerdem gleichmäßig aufgeweitet wird. Nach der Plateauphase fällt der Durchmesser der Welle auf seinen ursprünglichen Wert ab.

Die in Fig. 3 dargestellte Welle 1 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß in der Bohrung 2 ein zusätzliches Temperaturkompensationsteil 9 angeordnet ist. Dieses, neben dem Kunst stoffzylinder 6 liegende Temperaturkompensationsteil 9, dehnt sich bei Erwärmung der Welle 1 geringer aus als diese selbst. Diesen frei werdenden Raum füllt nun der Kunststoffzylinder 6 aus, so daß eine temperaturbedingte zusätzliche radiale Aufweitung der Welle 1 nicht auftritt.

Bezugszeichenliste

1 Welle
2 Hohlraum
3 Innengewinde
4 Außengewinde
5 Druckerzeugungsvorrichtung
6 Druckmedium
7 Druckzylinder
8 Innenring
9 Temperaturkompensationsteil

Claims

1. Spieleinstellbares Wälzlager, bestehend aus einem Außenring, einem Innenring (8) und zwischen diesen auf zugehörigen Laufbahnen abrollen den Wälzkörpern sowie einer in einer Bohrung des Innenringes (8) gelagerten Welle (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) in axialer Richtung mit einem Hohlraum (2) versehen ist, in dem ein Druckmedium (6) eingebracht ist, das über eine Druckerzeugungsvor richtung (5) mit Druck beaufschlagbar ist.

2. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Druckmedium (6) eine Flüssigkeit oder ein Festkörper ist.

3. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Druckmedium (6) ein Kunststoff oder ein Metall ist.

4. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Druckmedium (6) einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner, gleich oder größer als der Temperaturausdeh nungskoeffizient der Welle (1) ist.

5. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß in dem Hohlraum (2) der Welle (1) zusätzlich zu dem Druckme dium (6) ein Temperaturkompensationsteil (9) mit einem geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als die Welle (1) angeordnet ist.

6. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß in dem Hohlraum (2) der Welle (1) unterschiedliche Druck medien (6) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

7. Spieleinstellbares Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Hohlraum (2) in der Welle (1) unterschiedliche Durch messer entlang seiner axialen Erstreckung aufweist.