WO2008034412A1 - Verfahren zum montieren von gegenständen mit einer konischen öffnung auf einem konischen schaft - Google Patents

Verfahren zum montieren von gegenständen mit einer konischen öffnung auf einem konischen schaft Download PDF

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Markus STÜTZLEIN
Timo Ziegler
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Schaeffler Kg
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    • F16C23/086—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements

Definitions

  • the invention relates to a method for mounting hollow objects with a conical opening on a conical shaft.
  • a bearing can be mounted on a conical seat.
  • a method for mounting a hollow object with a conical opening is known.
  • the object is first pushed onto the shaft in such a way that the conical surfaces of the object and the shaft are in a neutral position. Position against each other.
  • a predetermined axial force is exerted on the object, which moves it from the zero position to a starting position and provides for an initial interference or interference fit.
  • the predetermined axial force is defined as the force required to produce in the initial position an elastic extension of the hollow object of 5 to 20% of the elastic insertion in the end position.
  • the article is axially displaced from the home position over a predetermined distance to an end position to achieve a final press or interference fit.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for mounting a conical-bore hollow object on a conical shaft, which allows a simpler and more accurate mounting of the object independently of the present shaft geometry and the elastic extension in the end position allows.
  • the assembly of a hollow object with a conical opening on a conical shaft is carried out according to the invention according to the following steps: First, the article is pushed onto the shaft so far that its conical surfaces abut one another with those of the shaft in an initial position.
  • a starting force is exerted on the object in the axial direction, for the axial displacement of the hollow object from the starting position to a starting position.
  • the value of the starting force is set in such a way that, when displaced to the starting position, a widening of the hollow object as a result of the starting force results from 22 to 45% of a predefined total widening of the hollow article in the fully assembled state.
  • the hollow object is widened defined in the radial direction.
  • the object on the shaft is moved from the start position via a displacement path to an end position to create the predetermined total expansion.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that in the invention the displacement between start and end position or the starting position itself is optimized, i. due to a comparison with the known method according to the invention increased starting force of the displacement between the start and end position is reduced by the invention.
  • the hollow object is an inner ring of a roller bearing.
  • the inner ring shifts due to the total expansion to the end position, so that there is a smaller internal clearance between the rolling elements and inner ring at the mounting end.
  • a hydraulic nut is used for mounting the hollow object.
  • the hydraulic nut engages in a screw threaded portion of the conical shaft.
  • the use of a hydraulic nut ensures that the pressure required for mounting is available. For applications that require lower pressure, for example, shaft nuts and pressure screws can be used.
  • the predetermined overall expansion can be determined as a function of a shaft geometry, for example conical conditions, shaft cross-sections, hollow or solid shafts, a shaft surface, material properties and / or external stresses of the bearing during operation, e.g. high loads, shock loads, shaft bends, oscillating stresses, and / or temperature effects are set.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an arrangement for carrying out a method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the movement during the inventive method.
  • FIG. 1 shows a view of an arrangement for carrying out a method according to the invention in longitudinal section. Although such an arrangement is known in principle from the prior art, it should be included to explain the method according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 will be used.
  • the roller bearing 01 When mounting the roller bearing 01, the roller bearing 01 is pushed onto a conically shaped portion 06 of the shaft 05, to such an extent that the conical surfaces of the inner ring 02 and the shaft 05 abut each other.
  • This position is designated by A (starting position) in FIG.
  • the inner ring 02 is moved from the starting position A to a starting position S. This is done by pumping oil into a chamber 10 of the hydraulic nut 08. It is on the inner ring 02 by a slidingly disposed in the chamber 10 annular piston 11th exerted a starting force in the axial direction, which causes an expansion of the inner ring 02 via the wedging action between the hollow object and the shaft.
  • the amount of this starting force is dependent on the end position to be taken and the thereby to be achieved, predetermined total expansion of the inner ring 02.
  • the elongation of the inner ring O 2 caused by the starting force amounts to at least 22% of the total widening and can be varied up to a maximum of 45% of the total widening.
  • the predetermined total expansion in this particular case is 0.45% o of the inner ring bore diameter.
  • the total expansion depending on the shaft geometry, the shaft surface, the material and / or the external stress of the bearing in operation and / or the temperature can be set.
  • the inner ring 02 is moved up the shaft 05 via a displacement path s v to the end position E, thereby achieving a tight fit of the inner ring 02.
  • the displacement path s v is independent of the desired overall widening of the inner ring 02 and, according to the method, always has the same predetermined amount.
  • the starting position required for each is achieved by the variable starting force.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren von hohlen Gegenständen mit einer konischen Öffnung auf einen konischen Schaft mit den folgenden Schritten: - der Gegenstand wird so weit auf den Schaft geschoben, dass seine konischen Oberflächen mit denen des Schaftes in einer Ausgangsposition aneinander anliegen, - auf den Gegenstand wird in axialer Richtung eine Startkraft ausgeübt, zur axialen Verschiebung des hohlen Gegenstandes von der Aus gangsposition zu einer Startposition, wobei der Wert der Startkraft derart eingestellt wird, dass sich bei Verschiebung in die Startposition eine Aufweitung des hohlen Gegenstandes infolge der Startkraft von 22 bis 45 % einer vorgegebenen Gesamtaufweitung des hohlen Gegenstandes im fertig montierten Zustand ergibt, - der Gegenstand wird auf dem Schaft von der Startposition über einen Verschiebeweg zu einer Endposition zur Schaffung der vorgegebenen Gesamtaufweitung verschoben.

Description

Verfahren zum Montieren von Gegenständen mit einer konischen Öffnung auf einem konischen Schaft
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren von hohlen Gegenständen mit einer konischen Öffnung auf einen konischen Schaft. Nach einem solchen Verfahren kann beispielsweise ein Lager auf einer konischen Sitzfläche montiert werden.
Bei der Montage konisch geöffneter Gegenstände werden an der Montagestelle innere Spannungen erzeugt, wodurch ein Presssitz erhalten wird. Der konisch hohle Gegenstand wird gestreckt, während der Schaft, auf welchen das Bauelement aufgesetzt wird, zusammengedrückt oder komprimiert wird.
Aus der DE 695 29 731 T2 ist ein Verfahren zum Montieren eines hohlen Gegenstandes mit einer konischen Öffnung bekannt. In einem ersten Schritt wird der Gegenstand zunächst derart auf den Schaft geschoben, dass die konischen Oberflächen des Gegenstandes und des Schaftes in einer Null- Stellung aneinander anliegen. Anschließend wird eine vorgegebene Axialkraft auf den Gegenstand ausgeübt, die diesen von der Nullstellung zu einer Ausgangsposition bewegt und für einen anfänglichen Press- oder Festsitz sorgt. Die vorgegebene Axialkraft ist dabei als Kraft definiert, die erforderlich ist, um in der Ausgangsposition eine elastische Streckung des hohlen Gegenstandes von 5 bis 20 % der elastischen Steckung in der Endposition zu erzeugen. In einem letzten Schritt wird der Gegenstand von der Ausgangsposition über eine vorgegebene Distanz axial zu einer Endposition verschoben, um einen Endpress- oder Festsitz zu erreichen. Probleme können bei diesem Verfahren bei kleinen bzw. großen Schaftdurchmessern auftreten. Bei kleinen Schaftdurchmessem gibt es montagetechnische Schwierigkeiten, da die einleitbare Axialkraft bzw. der Axialdruck nur einen relativ geringen Wert aufweisen können. Ein solcher Druckwert lässt sich, beispielsweise bei der Montage mittels Hydraulikmutter, nur schwer einstellen, was zu Unge- nauigkeiten bei der Positionierung führen könnte. Im Fall eines großen Schaftdurchmessers oder einer großen eleastischen Streckung in der end- position ergibt sich ein relativ großer erforderlicher Verschiebeweg von der Start- zur Endposition, was unter Umständen ein Nachsetzen der Hydraulikmutter nötig macht und damit den Montagaufwand erhöht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Montage eines hohlen Gegenstandes mit konischer Öffnung auf einen konischen Schaft zur Verfügung zu stellen, das eine einfachere und genauere Montage des Gegenstandes unabhängig von der vorliegenden Schaftge- ometrie und der elastischen Streckung in der Endposition ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Die Montage eines hohlen Gegenstandes mit konischer Öffnung auf einen konischen Schaft erfolgt erfindungsgemäß nach folgenden Schritten: Zunächst wird der Gegenstand so weit auf den Schaft geschoben, dass seine konischen Oberflächen mit denen des Schaftes in einer Ausgangsposition aneinander anliegen.
Anschließend wird auf den Gegenstand in axialer Richtung eine Startkraft ausgeübt, zur axialen Verschiebung des hohlen Gegenstandes von der Ausgangsposition zu einer Startposition. Der Wert der Startkraft wird derart eingestellt, dass sich bei Verschiebung in die Startposition eine Aufweitung des hohlen Gegenstandes infolge der Startkraft von 22 bis 45 % einer vorgege- benen Gesamtaufweitung des hohlen Gegenstandes im fertig montierten Zustand ergibt.
Während dieses Aufschiebens wird der hohle Gegenstand in radialer Richtung definiert aufgeweitet.
In einem letzten Schritt wird der Gegenstand auf dem Schaft von der Startposition über einen Verschiebeweg zu einer Endposition zur Schaffung der vorgegebenen Gesamtaufweitung verschoben.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei der Erfindung der Verschiebeweg zwischen Start- und Endposition bzw. die Startposition selbst optimiert ist, d.h. durch die Erfindung verringert sich wegen einer gegenüber den bekannten Verfahren erfindungsgemäß erhöhten Startkraft der Verschiebeweg zwischen Start- und Endposition.
Dadurch, dass bei der Erfindung der Verschiebeweg zwischen Start- und Endposition - insbesondere bei größeren Radialluftverringerungen - gegenüber bekannten Verfahren geringer ist, kann ein Nachsetzen der Hydraulikmutter, insbesondere nach Erreichen der Startposition, vermieden werden, was zu einer Verringerung des Montageaufwandes führt. Außerdem werden durch die Erfindung auch bei kleinen Schaftdurchmessern Kraft- bzw. Druckwerte erreicht, die eine Montage mittels Hydraulikmutter vereinfachen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der hohle Gegenstand ein Innenring eines Wälzlagers. Im nicht montierten Zustand liegt ein relativ großer Innenabstand zwischen den Wälzkörpern und dem Innenring vor. Während der Montage verschiebt sich der Innenring infolge der Gesamtaufweitung zur Endposition, so dass bei Montageende ein kleinerer Innenabstand zwischen Wälzkörpern und Innenring vorliegt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zur Montage des hohlen Gegenstandes eine Hydraulikmutter verwendet wird. Die Hydraulikmutter greift dabei in einen Schraubgewindeabschnitt des konischen Schaftes ein. Durch den Ein- satz einer Hydraulikmutter wird sichergestellt, dass die zur Montage benötigten Aufpressdrücke verfügbar sind. Bei Anwendungen, die geringere Aufpressdrücke benötigen, können beispielsweise auch Wellenmuttern und Druckschrauben eingesetzt werden.
Die vorgegebene Gesamtaufweitung kann dabei in Abhängigkeit einer Wellengeometrie, z.B Kegelverhältnisse, Wellenquerschnitte, Hohl- oder Vollwellen, einer Wellenoberfläche, Materialeigenschaften und/oder äußeren Beanspruchungen des Lager im Betrieb, z.B. hohe Lasten, Schocklasten, Wellenbiegungen, schwingende Beanspruchungen, und/oder Temperatureinflüsse festgelegt werden.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bewegungsablaufs während dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Anordnung zur Durchführung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt. Eine solche Anordnung ist zwar aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt, soll aber zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens einbezogen werden.
In diesem Zusammenhang wird auf die DE 695 29 731 T2 verwiesen, in wel- eher die Montage eines Wälzlagers mittels Hydraulikmutter beschrieben wird.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Montage eines Wälzlagers 01 mit einem Innenring 02 mit konischer Innenfläche, einem sphärischen Außenring 03 sowie Wälzkörpern 04 auf einen Schaft 05. Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen im folgenden die Figuren 1 und 2.
Beim Montieren des Wälzlager 01 wird das Wälzlager 01 auf einen konisch geformten Abschnitt 06 des Schaftes 05 geschoben, und zwar so weit, dass die konischen Flächen des Innenrings 02 und des Schaftes 05 aneinander anliegen.
In dieser Position ist noch keine oder allenfalls eine geringe Klemmwirkung vorhanden. Diese Position ist in Figur 2 durch A (Ausgangsposition) be- zeichnet.
Im nächsten Verfahrensschritt wird der Innenring 02 von der Ausgangsposition A zu einer Startposition S bewegt. Dies erfolgt indem Öl in eine Kammer 10 der Hydraulikmutter 08 gepumpt wird. Dabei wird auf den Innenring 02 durch einen in der Kammer 10 gleitend angeordneter ringförmiger Kolben 11 eine Startkraft in axialer Richtung ausgeübt, die über die Keilwirkung zwischen hohlem Gegenstand und Schaft eine Dehnung des Innenrings 02 bewirkt.
Die Höhe dieser Startkraft ist abhängig von der einzunehmenden Endposition und der dabei zu erreichenden, vorgegebenen Gesamtaufweitung des Innenrings 02.
Die infolge der Startkraft hervorgerufene Dehnung des Innenrings 02 beträgt mindestens 22 % der Gesamtaufweitung und kann bis zu maximal 45 % der Gesamtaufweitung variiert werden.
Die vorgegebene Gesamtaufweitung ist in diesem speziellen Fall 0,45 %o des Innenringbohrungsdurchmessers.
Im allgemeinen kann aber die Gesamtaufweitung in Abhängigkeit der Wellengeometrie, der Wellenoberfläche, des Materials und/oder der äußeren Beanspruchung des Lager im Betrieb und/oder der Temperatur festgelegt werden.
Nachdem die Startposition S erreicht worden ist, wird in einem letzten Verfahrensschritt der Innenring 02 über einen Verschiebeweg sv zur Endposition E den Schaft 05 hinauf bewegt und dabei ein fester Sitz des Innenrings 02 erreicht. Durch die vorherige Einnahme der Startposition ist der Verschiebe- weg sv unabhängig von der gewünschten Gesamtaufweitung des Innenrings 02 und weist verfahrensgemäß immer den gleichen vorbestimmten Betrag auf. Die dafür jeweils erforderliche Startposition wird durch die variable Startkraft erreicht. Bezugszeichenliste
01 Wälzlager
02 Innenring des Wälzlagers
03 Außenring des Wälzlagers
04 Wälzkörper
05 Schaft
06 konisch geformter Abschnitt des Schaftes
07 Schraubengewindeabschnitt des Schaftes
08 Hydraulikmutter
10 Kammer
11 ringförmiger Kolben
A Ausgangsposition
S Startposition bei Startdruck
E Endposition
Sv Verschiebeweg

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Montieren von Gegenständen mit einer konischen Öffnung auf einen konischen Schaft mit den folgenden Schritten:
- der Gegenstand wird so weit auf den Schaft geschoben, dass seine konischen Oberflächen mit denen des Schaftes in einer Ausgangs- position aneinander anliegen,
- auf den Gegenstand wird in axialer Richtung eine Startkraft ausgeübt, zur axialen Verschiebung des hohlen Gegenstandes von der Ausgangsposition zu einer Startposition, wobei der Wert der Startkraft derart eingestellt wird, dass sich bei Verschiebung in die Startposition eine Aufweitung des hohlen Gegenstandes infolge der Startkraft von
22 bis 45 % einer vorgegebenen Gesamtaufweitung des hohlen Gegenstandes im fertig montierten Zustand ergibt,
- der Gegenstand wird auf dem Schaft von der Startposition über einen Verschiebeweg zu einer Endposition zur Schaffung der vorgegebe- nen Gesamtaufweitung verschoben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (02) ein Innenring eines Wälzlagers (02) ist.
3. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des Gegenstandes (02) eine Hydraulikmutter (08) dient, wobei die Hydraulikmutter (08) in einen Schraubgewindeabschnitt des konischen Schaftes (05) eingreift.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des Gegenstandes (02) Öl in eine Kammer (10) der Hydraulikmutter (08) gepumpt wird, wobei durch einen in der Kammer (10) gleitend angeordneten ringförmigen Kolben (11) eine Kraft in axialer Richtung auf den Gegenstand (02) ausgeübt wird, und wobei über die Keilwirkung zwi- sehen Gegenstand und Schaft eine radiale Aufweitung des Gegenstandes bewirkt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Gesamtaufweitung in Abhängigkeit einer Wellengeometrie, z. B Kegelverhältnisse, Wellenquerschnitte, Hohl- oder
Vollwellen, einer Wellenoberfläche, Materialeigenschaften und/oder äußeren Beanspruchungen des Lager im Betrieb, z.B. hohe Lasten, Schocklasten, Wellenbiegungen, schwingende Beanspruchungen, und/oder Temperatureinflüsse festgelegt wird.
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