Vorgespannte Wälzlagerung

Technisches Gebiet

Die Erfindung befasst sich mit einer vorgespannten Wälzlagerung sowie mit einem Verfahren zur Montage und einem Verfahren zur Demontage einer vorgespannten Wälzlagerung.

Unter einer vorgespannten Wälzlagerung wird eine Anordnung verstanden, bei der auf die zur Lagerung beispielsweise einer Welle verwendeten Wälzlager eine Vorlast wirkt, die ein vorhandenes, zwischen den Wälzkörpern den von den Lagerringen bereitgestellten Laufbahnen gegebenes Spiel zurückstellt wird und so für einen ruhigen und präzisen Lauf des Wälzlagers sorgt.

Um diese Vorspannung einzustellen, hat sich die sogenannte Wärmmontage durchgesetzt. Dazu wird das zu montierende Wälzlager erwärmt und in diesem Zustand mit seiner Bohrung im Innenring auf die Welle aufgeschoben. Kühlt dann das Wälzlager ab, entsteht ein Pressverband zwischen dem Innenring des

Wälzlagers und der Welle, welcher durch die geringe Aufweitung des Innenrings dafür verantwortlich ist, dass ein im unmontierten Zustand des Wälzlagers

vorhandenes Spiel zurückgestellt oder auch gänzlich beseitigt wird. Soll die Welle geschont werden, ist es nicht unüblich, vor dem Aufschrumpfen des Wälzlagers auf die Welle noch einen Zwischenring vorzusehen, der ebenfalls auf die Welle aufgeschrumpft wird, bevor das Wälzlager mit der Welle verbunden wird. Wird ein Zwischenring verwendet, entsteht der die Vorspannung des Wälzlagers bewirkende Pressverband zwischen dem Zwischenring und dem Wälzlager.

Wie leicht einzusehen ist, ist Herstellung der gewünschten Vorspannung des

Wälzlagers durch Wärmmontage sehr aufwendig. Gleiches gilt natürlich auch für die Demontage von vorgespannten Wälzlagern, denn im Gegensatz zur Montage lässt sich die Bohrung im Innenring durch Erwärmung nicht gegenüber der Welle vergrößern, weil auf das Wälzlager wirkende Wärmequellen immer auch die Welle mit erwärmen. Daher gelingt die Demontage von vorgespannten Wälzlagern in der Regel nur durch Anwendung von mechanisch wirkenden, das Wälzlager

zerstörenden Maßnahmen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorgespanntes Wälzlager anzugeben, welches einfach zu montieren und auch wieder zu demontieren ist.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Ein Montage- bzw. Demontageverfahren erfindungsgemäßer Wälzlager findet sich Anspruch 9 bzw. Anspruch 10.

Die Erfindung geht von einem Wälzlager aus, welches einen Außenring, einen von einer Bohrung durchzogenen Innenring und Wälzkörper umfasst, wobei die

Wälzkörper auf von den beiden Lagerringen bereitgestellten Laufbahnen abrollen.

Die Bohrung des Innenrings wird von einer Welle durchdrungen, wenn das Wälzlager auf die Welle aufgeschoben ist. Außerdem sind Festlegemittel vorgesehen, die den auf die Welle aufgeschobenen Innenring und damit das gesamte Wälzlager axial auf der Welle festlegen, wobei mindestens eines dieser Festlegemittel eine Wellenmutter ist.

Die vereinfachte Montage und/oder Demontage des Wälzlagers gelingt dann, wenn die Innenkontur der Bohrung konisch ausgebildet ist, eine erste Hülse vorgesehen ist, die mit der Welle lösbar verbunden ist, deren Außenmantel ebenfalls konisch ausgebildet ist und die dem der Wellenmutter nahen Ende einen nach radial außen gerichteten Kragen aufweist, im verbundenen Zustand von Innenring und Welle die konische Innenkontur der Bohrung am konischen Außenmantel der ersten Hülse anliegt, und die Wellenmutter von wenigstens einer ersten Axialbohrung

durchdrungen ist, wobei das Bohrzentrum von zumindest einer der Axialbohrungen und das Bohrzentrum einer, im Kragen der ersten Hülse vorgesehenen und mit einem Gewinde versehenen Axialbohrung fluchten.

Dabei geht -wie noch im Zusammenhang mit den Montage- bzw.

Demontageverfahren gezeigt werden wird- die Erfindung davon aus, dass durch eine axiale Verschiebung der ersten Hülse gegenüber der Innenkontur der Bohrung im Innenring, der die erforderliche Vorspannung herstellende Pressverband zwischen Innenring und Welle hergestellt bzw. aufgelöst wird.

Weist die erste Hülse an der inneren und/oder äußeren Mantelfläche Ausnehmungen auf, besitzt diese eine hohe Labilität und Stauchfähigkeit, was die Herstellung des Pressverbandes zwischen Innenring und Welle begünstigt.

Enden an der Innenkontur der Bohrung und/oder an der Welle im Bereich zwischen den Festlegemitteln Öldruckbohrungen, die mit einer Hydraulikeinheit verbunden sind, wird die Montage bzw. die Demontage erleichtert, wenn beim Hineinschieben oder Herausziehen der ersten Hülse an den Öldruckbohrungen Öldruck ansteht.

Eine leicht herzustellende zylindrische Bohrung im Innenring bleibt erhalten, wenn die Innenkontur der Bohrung von einer zweiten Hülse bereitgestellt ist, die in die Bohrung des Innenrings eingeschoben ist.

Eine leichte Montage der zweiten Hülse der Bohrung des Innenrings ist dann gegeben, wenn die Ringform der zweiten Hülse von wenigstens einem Schlitz unterbrochen ist, der die zweite Hülse in axialer und radialer Richtung vollständig durchzieht.

Eine gute und gleichmäßige Verteilung des Öldrucks ist dann gegeben, wenn die Innenkontur der Bohrung und/oder die Mantelflächen der Hülsen mit Vertiefungen und/oder Kanälen versehen sind, die mit den Öldruckbohrungen verbunden sind. Die Festlegung des Innenrings bzw. des Wälzlagers bleibt unverändert, wenn

Sicherungsmittel vorgesehen sind, die eine Verdrehung der Wellenmutter

ausschließen.

Eine sehr genaue Einstellung der Vorspannung des Wälzlagers ist dann gegeben, wenn Messmittel vorgesehen sind, welche den Verschiebeweg der zweiten Hülse gegenüber der konischen Innenkontur der Bohrung detektieren.

Die einfache und bezüglich der Vorspannung sehr genaue Montage eines

Wälzlagers gelingt dann, wenn der Innenring auf die mit der ersten Hülse versehenen Welle aufgeschoben wird, so dass der Innenring an einem der Festlegemittel anliegt, der Innenring mit dem weiteren Festlegemittel in der Form einer Wellenmutter auf der Welle axial festgelegt wird, indem die Wellenmutter mit dem Innenring zur Anlage gebracht wird, wenn Vortriebschrauben vorgesehen werden, die in die jeweiligen, dafür vorgesehenen Axialbohrungen eingeschraubt werden, wobei mit zunehmender Einschraubtiefe die Vortriebschrauben mit dem Kragen der ersten Hülse in Kontakt treten und diese axial gegenüber der Innenkontur der Bohrung verschieben, der axiale Verschiebeweg der ersten Hülse gegenüber der Innenkontur der Bohrung von einem Messmittel detektiert wird und die Verschiebung der ersten Hülse unter Öldruck erfolgt, indem Öl von einer Hydraulikeinheit in die Öldruckbohrungen gepresst wird.

Eine einfache Demontage des vorgespannten Wälzlagers von der Welle ist dann gegeben, wenn das weitere Festlegemittel in der Form einer Wellenmutter in einem solchen Umfang losgedreht wird, dass das Bohrzentrum von zumindest einer

Axialbohrung der Wellenmutter mit einem Bohrzentrum einer im Kragen der ersten Hülse vorgesehenen Axialbohrung fluchtet, dann Löseschrauben durch die

Axialbohrungen in der Wellenmutter in am Kragen vorgesehene Axialbohrungen eingeschraubt werden, wobei bei Kontakt des Schraubenkopfes mit der Wellenmutter und bei weiterem Einschrauben der Löseschrauben die erste Hülse auf der

Innenkontur der Bohrung axial herausgezogen wird, und wenn die Demontage die Trennung des Wälzlagers von der Welle unter Öldruck erfolgt, indem Öl von einer Hydraulikeinheit in die Öldruckbohrungen gepresst wird. Kurze Darstellung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 eine Wälzlagerung,

Fig. 2 zweite Hülse,

Fig. 3 erste Hülse,

Fig. 4 Wellenmutter,

Fig. 5 Montagedarstellung.

Fig. 6 Demontagedarstellung, und

Fig. 7 Detail von Innenring und Welle.

Wege zum Ausführen der Erfindung

In Figur 1 ist eine Wälzlagerung gezeigt. Diese Wälzlagerung wird in diesem

Ausführungsbeispiel von zwei Wälzlagern 1.1 und 1.2 gebildet und kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch nur eines der Wälzlager 1.1 , 1.2 umfassen. Jedes dieser Wälzlager 1.1 , 1.2 wird von einem Innenring 2, einem den Innenring 2 koaxial umgebenden Außenring 3 und Wälzkörpern 4 gebildet, wobei die Wälzkörper 4 auf von Innenring 2 und Außenring 3 bereitgestellten Laufbahnen 5 zwischen den jeweiligen Lagerringen 2, 3 abrollen.

Ferner ist in Fig. 1 eine Welle 6 gezeigt, die die Bohrung 7 jedes der beiden

Innenringe 2 durchdringt, wenn die Wälzlager 1.1 , 1.2. auf der Welle 6 montiert sind. Die Welle 6 ist mit einem ersten Festlegemittel versehen, welches von einer einstückig mit der Welle 6 versehenen Wellenschulter 8 gebildet ist. Sind die beiden Wälzlager 1.1 , 1.2 auf der Welle 6 montiert, liegen die beiden Wälzlager 1.1 , 1.2 axial abstandlos aneinander, wobei sich das Wälzlager 1.2 durch körperlichen Kontakt an der Wellenschulter 8 abstützt.

Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine zweite Hülse bezeichnet, die in diesem

Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Außenmantel 10 hat und die in die ebenfalls zylindrischen Bohrungen 7 der beiden Innenringe 2 eingeschoben ist, wenn beide Wälzlager 1.1 , 1.2 auf der Welle 6 montiert sind. Die innere Kontur 11 der zweiten Hülse 9 ist konisch ausgebildet. Wie der Fig. 2, welche eine zweite Hülse 9

vergrößert zeigt, entnehmbar ist, ist die zweite Hülse 9 mit einer Öldruckbohrung 18.1 versehen, die mit einer nicht gezeigten Hydraulikeinheit verbindbar ist. Diese Öldruckbohrung 18.1 speist an der inneren Kontur 11 der zweiten Hülse 9

vorgesehene, nach radial innen offene Kanäle 19. Um das Einschieben der zweiten Hülse 9 in die Bohrung 7 der Innenringe 2 zu erleichtern, ist die zweite Hülse 9 mit einem Schlitz 20 versehen, der die zweite Hülse 9 axial und radial vollständig durchzieht und es daher erlaubt, den Durchmesser der zweiten Hülse 9 während des Einschiebens der zweiten Hülse 9 in die Bohrung 7 elastisch etwas zu verringern.

Mit Bezugszeichen 12 ist in Fig. 1 eine erste Hülse bezeichnet, die einen konischen Außenmantel 13 und einen radial nach außen gerichteten Kragen 14 aufweist (Fig.

3). In dem Kragen 14 sind drei mit Gewinden versehene Axialbohrungen 15.1 vorgesehen. Außerdem sind der konische Außenmantel 13 und die zylindrische Innenmantel 16 der ersten Hülse 12 zur Erhöhung der Labilität und

Stauchungsfähigkeit der ersten Hülse 12 mit rinnenförmigen Ausnehmungen 17 versehen, welche sich in Richtung der Längsachse der ersten Hülse 12 erstrecken, ohne dabei aber den Hülsenkörper 18 der ersten Hülse 12 zu durchbrechen.

In Fig. 1 zeigt außerdem noch ein weiteres Festlegemittel, welches vorliegend von einer Wellenmutter 21 gebildet ist. Sind die beiden Wälzlager 1.1 , 1.2 auf die Welle 6 aufgeschoben, so dass das Wälzlager 1.2 an der Wellenschulter 8 anliegt, und die beiden Hülsen 9, 12 zwischen den Innenringen 2 und der Welle 6 angeordnet sind, werden die beiden Innenringe 2 durch Anziehen der Wellenmutter 21 die beiden Wälzlager 1.1 , 1.2 axial auf der Welle 6 festgelegt. Dazu ist die Wellenmutter 21 , wie Fig. 4 zeigt, mit einem Innengewinde 22 versehen, welches in bekannter Weise mit einem Außengewinde (nicht gezeigt) auf der Welle 6 zusammenwirkt. Außerdem sind in der Wellenmutter 21 (Fig. 4) einige Axialbohrungen 15.2, 15.3 und 15.4 und einige Radialbohrungen 23.1 , 23.2 vorgesehen. In die Radialbohrungen 23.1 , 23.2 sind Stangen einsteckbar (wie für die Radialbohrung 23.1 angedeutet), um die

Wellenmutter 21 gegenüber der Welle 6 zu verdrehen. Die Axialbohrungen 15.2 liegen auf dem Teildurchmesser D1 , welcher kleiner dem Teilkreisdurchmesser D2 ist, auf welchem die Axialbohrungen 15.3 liegen. Ferner ist von der Innenseite der Wellenmutter 21 eine Ringnut 24 eingebracht, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und fast bis an den äußeren Umfang der Wellenmutter 21 reicht (angedeutet durch die Strichelung). Diese Ringnut 24 wird von der Axialbohrung 15.4 durchdrungen. Ist die Wellenmutter 21 auf die Welle 6 aufgeschraubt und wird in die Axialbohrung 15.4. eine Schraube (nicht gezeigt) eingedreht, verändert sich die axiale Breite der Ringnut 24 etwas, wodurch zur Realisierung einer Schraubensicherung in bekannter Weise die Gewindegänge des Innengewindes 22 der Wellenmutter 21 gegen die

Gewindegänge der Welle 6 gepresst werden.

Die Montage einer vorgespannten Wälzlagerung wird nun an Fland von Fig. 5 erläutert.

Dazu sind zwei Wälzlager 1.1. 1.2 Rücken an Rücken bereits auf eine Welle 6 aufgeschoben, so dass der Innenring 2 des Wälzlagers 1.2 an der Wellenschulter 8 der Welle 6 anliegt. Die Bohrung 7 der beiden Innenringe 2 wird von der zweiten Flülse 9 durchgriffen, deren innere Kontur 11 einen geringen Radialabstand A zur Welle 6 einhält. Da die innere Kontur 11 der zweiten Hülse 9 konisch ausgebildet ist, wächst der Radialabstand A ausgehend vom der Wellenschulter 8 nahen Ende zum der Wellenschulter 8 fernen Ende an. Ferner ist zweite Hülse 9 an ihrem der

Wellenschulter 8 fernen Ende mit einem nach radial außen gerichteten Flansch 25 versehen, der im montierten Zustand am Innenring 2 des Wälzlagers 1.1 anliegt. In den Radialabstand A ist die erste Hülse 12 eingeschoben, wobei deren zylindrischer Innenmantel 16 die Welle 6 umgibt und deren konischer Außenmantel 13

komplementär zur konischen Innenkontur 11 der zweiten Hülse 9 verläuft und dabei etwas in den Radialabstand A eingreift. Auch sind die beiden Wälzlager 1.1 , 1.2 bereits durch Anschrauben der Wellenmutter 21 auf die Welle 6 auf dieser axial endgültig festgelegt, indem die Innenringe 2 unter Vermittlung des Flansches 25 von der Wellenmutter 21 gegen die Wellenschulter 8 gedrückt sind.

Sodann werden Vortriebschrauben 26 in die mit Gewinden versehenen

Axialbohrungen 15.2 der Wellenmutter 21 eingeschraubt, welche dann auf den Kragen 14 der ersten Hülse 12 treffen und die erste Hülse 9 in Pfeilrichtung P1 relativ zur zweiten Hülse 9 verschieben, wodurch der für die Erzeugung der Vorspannung der Wälzlager 1.1 , 1.2 erforderliche Pressverband gebildet wird.

Das Anziehen der Vortriebschrauben 26 bzw. die Relativbewegung der ersten Hülse 12 zur zweiten Hülse 9 erfolgt unter Öldruck. Dazu ist die Öldruckbohrung 18.1 an der zweiten Hülse 9 mit einer Hydraulikeinheit 30 verbunden, wird Öl in die Kanäle 19 (Fig. 2) der zweiten Hülse 9 drückt und damit sich den Radialabstand A zwischen Welle 6 und zweiter Hülse 9 etwas vergrößert, so dass das Einschieben der ersten Hülse 12 in die zweite Hülse 9 erleichtert wird. Wie der Darstellung gemäß Fig. 5 entnehmbar ist, ist auch die Welle 6 mit einer Öldruckbohrung 18.2 versehen, die während der Montage ebenfalls wie die Öldruckbohrung 18.1 mit der Hydraulikeinheit 30 verbunden ist und daher ebenso wie diese Öl in den Bereich zwischen

Wellenmutter 21 und Wellenschulter 8 presst.

Die axiale Bewegung der ersten Hülse 12 gegenüber der zweiten Hülse 9 wird einer Messuhr 27 aufgenommen, die in eine Axialbohrung 15.3 festgelegt ist und mit dem Kragen 14 der ersten Hülse 12 in Wirkverbindung steht.

Die Demontage einer vorgespannten Walzlagerung soll nun anhand Fig. 6 erläutert werden.

Dazu wird zunächst die Schraubensicherung der Wellenmutter 21 beseitigt und die Wellenwellen 21 soweit losgedreht, dass die Bohrzentren der Axialbohrungen 15.3 mit den Bohrzentren der Axialbohrungen 15.1 im Kragen 14 der ersten Hülse 12 fluchten. Wurden nach der Montage die Vortriebschrauben 26 in den

Axialbohrungen 15.2 der Wellenmutter 21 belassen, was zur Axialabstützung der ersten Hülse 12 vorteilhaft sein kann, sind diese natürlich vor dem Losdrehen der Wellenmutter 21 zu lösen bzw. zu entfernen. Sodann werden Löseschrauben 28 in die lediglich als Durchgangsbohrung ausgelegten Axialbohrungen 15.3 eingesteckt und in die mit Gewinde versehenen Axialbohrungen 15.1 der ersten Hülse 12 eingeschraubt. Kommen die Schraubenköpfe 29 der Löseschrauben 28 mit der Wellenmutter 21 in Kontakt, ziehen die Löseschrauben 28 in Pfeilrichtung P2 die zweite Hülse 12 aus den Radialabstand A zwischen zweiter Hülse 9 und Welle 6 etwas heraus, wodurch der Pressverband aufgehoben wird, die Wälzlager 1.1 , 1.2 locker auf der Welle 6 liegen und nach dem vollständigen Entfernen der

Wellenmutter 21 leicht und ohne weitere Krafteinwirkung von Welle 6 abgezogen werden können. Ebenso wie schon im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert, erfolgt auch die Demontage in vorteilhafter weise unter Öldruck, indem die jeweiligen Öldruckbohrungen 18.1 , 18.2 mit der Hydraulikeinheit 30 verbunden sind,

Besondere Löseschrauben 28 müssen nicht vorgesehen werden, sondern es können auch Vortriebschrauben 26 zur Demontage verwendet werden, wenn die

gewindefreien Axialbohrungen 15.3 gegenüber den mit Gewinden versehenen Axialbohrungen 15.2 einen etwas größeren Durchmesser haben, so dass die als Vortriebsschrauben 26 verwendeten und jetzt als Löseschrauben 28 dienenden Schrauben frei durch die gewindefreien Axialbohrungen 15.3 gesteckt werden können.

Um die Festigkeit der Wellenmutter 21 nicht durch viele, auf zwei Teilkreisen angeordnete Axialbohrungen 15.2, 15.3. zu schwächen, kann in einem anderen - nicht weiter gezeigten- Ausführungsbeispiel auf einen Teilkreis mit Axialbohrungen verzichtet werden. In diesem Fall werden die mit Gewinden versehenen und lediglich auf einem Teildurchmesser D1 angeordneten Axialbohrungen 15.2 nicht nur als Gewindebohrungen für die Vortriebschrauben 26, sondern gleichzeitig auch als bloße Durchgangsbohrungen für die Aufnahme von Löseschrauben 28 verwendet. Um dies allerdings zu realisieren, ist es natürlich selbstverständlich, dass gesonderte Löseschrauben 28 verwendet werden müssen, deren Durchmesser gegenüber den Vortriebschrauben 26 geringer ist, so dass auch hier die Löseschauben 28 frei durch die Axialbohrungen 15.2 gesteckt werden können. Bisher wurde davon ausgegangen, dass die konische Kontur 11 , welche mit dem konischen Außenmantel 13 der ersten Hülse 12 zusammenwirkt, von einer zweiten Hülse 9 bereitgestellt wird. Wie Fig. 7 zeigt, die ähnlich der Detailzeichnung gemäß Fig. 5 nur einen Ausschnitt zeigt, kann die konische Kontur 11 auch direkt an den Innenringen 2 bereitgestellt werden, wodurch sich dann allerdings der

Bearbeitungsaufwand wegen der Konizität der Bohrungen 7 in den Innenringen 2 etwas erhöht. Diese konische, direkt an den Innenringen ausgebildete Kontur 11 wirkt dann zur Herstellung eines Pressverbandes mit dem ebenfalls konischen Außenmantel 13 der ersten Hülse 12 zusammen.

Bezugszeichenliste

Wälzlager

Innenring

Außenring

Wälzkörper

Laufbahn

Welle

Bohrung

Wellenschulter

zweite Hülse

zylindrische Außenmantel innere Kontur

erste Hülse

konischer Außenmantel

Kragen

Axialbohrung

zylindrische Innenmantel

Ausnehmungen

Öldruckbohrung

Kanal

Schlitz

Wellenmutter

Innengewinde

Radialbohrungen

Ringnut

Flansch

Vortriebschauben

Messuhr

Löseschrauben

Schraubenkopf

Hydraulikeinheit