Verfahren zum Herstellen und/oder Montieren von Lagereinrichtunqen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Montieren von Lagereinrichtungen, die jeweils zwei Lager umfassen, die so auf eine ge- meinsame Achse montiert und vorgespannt werden, dass ein Innenring des einen Lagers an einer achsfesten axialen Lageranlagefläche anliegt, und ein an der gemeinsamen Achse befestigtes Anlageelement an einer weiteren achsfesten axialen Anlagefläche und an einem Innenring des anderen Lagers anliegt.

Toleranzen der Lagerabmessungen, insbesondere der Lagerbreite, können zu Schwankungen der Vorspannungen im eingebauten Zustand führen. Aus dem US-Patent US 5,488,871 ist eine Lagereinrichtung bekannt, bei der eine Unterlegscheibe zwischen dem Innenring eines Lagers und der Befestigungsmutter eingeklemmt ist. Die in axialer Richtung auf die Unterlegscheibe wirkende Klemmkraft wird durch einen Kraftsensor erfasst. Aus dem US- Patent US 6,644,861 B2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Radlager während des Zusammenbaus vermessen und angepasst wird. Unter anderem wird vorgeschlagen, einzelne Teile der Lagereinrichtung probeweise zu montieren und zu vermessen. Je nach Messergebnis kann nachbearbeitet werden, um eine gewünschte Vorspannung zu erreichen. Aus dem US- Patent US 6,257,078 B1 ist die Verwendung eines Zwischenrings mit einer kalibrierten Befestigungsmutter bekannt. Aus der US-Patentanmeldung US 2003/0196319 A1 und dem US-Patent US 6,662,449 B2 ist es bekannt, zwischen den Innenringen zweier Lager einen deformierbaren Abstandsring an- zuordnen, der während der Montage bis zum Erreichen einer gewünschten Vorspannung verkürzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, durch das die Herstellkosten der Lagereinrichtung reduziert werden können. Insbesondere sollen auf einfache Art und Weise

Schwankungen der Vorspannung im eingebauten Zustand der Lagereinrichtung reduziert werden.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen und/oder Montieren von Lagereinrichtungen, die jeweils zwei Lager umfassen, die so auf eine ge- meinsame Achse montiert und vorgespannt werden, dass ein Innenring des einen Lagers an einer achsfesten axialen Lageranlagefläche anliegt, und ein an der gemeinsamen Achse befestigtes Anlageelement an einer weiteren achsfesten axialen Anlagefläche und einem Innenring des anderen Lagers anliegt, durch folgende Schritte gelöst: Mindestens ein Lager der Lagerein- richtung wird vor der Montage der Lagereinrichtung auf die Achse vermessen, um mindestens ein Istmaß individuell für die Lagereinrichtung zu erfassen. Zum Vermessen der Lagereinrichtung ist es unter Umständen nur erforderlich, eines der Lager zu vermessen, wenn zum Beispiel das andere Lager bereits auf ein bestimmtes Maß gefertigt worden ist. Aus dem Istmaß wird mindestens ein Sollmaß für die vermessene Achse individuell für die Lagereinrichtung gebildet. Im einfachsten Fall kann das Istmaß als Sollmaß verwendet werden. Die Achse wird individuell für die Lagereinrichtung an das Sollmaß angepasst. Beim Anpassen der Achse an das Sollmaß können verschiedene Flächen, wie die Anlageflächen oder Presssitzflächen, der Achse bearbeitet werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lager und/oder ein Distanzring der Lagereinrichtung einzeln vermessen werden. Aus den einzelnen Messergebnissen können Abmessungen der Lagereinrichtung individuell berechnet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung vor der Montage auf die Achse vermessen wird. Die Vermessung der Lagereinrichtung als Ganze ergibt eine höhere Messgenauigkeit und erfordert weniger Arbeitsschritte als die Vermessung der Einzelteile der Lagereinrichtung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Achse vorgesehene Presssitzflächen für die Lager individuell für die Lagereinrichtung auf das aus dem Istmaß gebildete Sollmaß gefertigt werden. Dadurch können genauere Passungen realisiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Eine der Lagereinrichtungen wird vor der Montage auf die Achse vermessen, um den Abstand der voneinander abgewandten Stirnseiten der Innenringe der Lager als Istmaß individuell für die Lagereinrichtung zu erfassen; aus dem Istmaß wird ein Sollmaß für den axialen Abstand zwischen der Lageranlagefläche und der weiteren Anlagefläche individuell für die vermessene Lagereinrichtung gebildet; im einfachsten Fall kann das Istmaß als Sollmaß verwendet werden; der axiale Abstand zwischen der Lageranlagefläche und der weiteren Anlagefläche wird individuell an das Sollmaß der vorher vermessenen Lagereinrichtung angepasst, indem mindestens eine der Anlageflächen vor der Montage der Lagereinrichtung auf die Achse bearbeitet wird. Die Vorspannung der Lager ermöglicht es, dass die montierte und vorgespannte Lagerein richtung sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen kann. Mindestens eine der Anlageflächen, also die Lageranlagefläche oder/und die weitere Anlagefläche oder die Presssitzflächen, verbleibt beziehungsweise verbleiben nach dem Herstellen der Achse mit den Anlageflächen, zum Beispiel durch Gießen, im Rohzustand, den sie nach dem Gießen hat, oder in einem grob bearbeiteten Zwischenzustand und wird beziehungsweise werden nicht fertig bearbeitet. Da- durch kann mindestens ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt eingespart werden, da die Anlageflächen in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren, wie Gießen, sowieso nachbearbeitet werden müssen, um eine ebene Anlagefläche für das Anlageelement oder den Innenring zu schaffen. Vorzugsweise wird mindestens eine der Anlageflächen spanend, zum Beispiel durch Schlei- fen, bearbeitet, um den Abstand zwischen den Anlageflächen in einem

Schritt aus dem Rohzustand auf das gewünschte Sollmaß zu bringen. Der

axiale Abstand zwischen der Lageranlagefläche und der weiteren Anlagefläche variiert bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lagereinrichtungen stärker als bei herkömmlich hergestellten Lagereinrichtungen. Allerdings kann die Genauigkeit der Vorspannung durch das erfin- dungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlich hergestellten Lagereinrichtungen erhöht werden, da keine so starken Schwankungen in der Vorspannung auftreten.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager beziehungsweise die Lager und/oder der Distanz- ring der Lagereinrichtung beziehungsweise die Lagereinrichtung unter Vorspannung vermessen wird beziehungsweise werden, um das Istmaß individuell für die Lagerei nrichtung zu erfassen. Alternativ kann von einem ohne Vorspannung vermessenen Istmaß zur Berücksichtigung der Vorspannung ein entsprechender Wert abgezogen werden, um das Sollmaß für den ge- wünschten axialen Abstand zwischen den Anlageflächen zu erhalten. Die Lager oder die gesamte Lagereinrichtung werden bevorzugt unter einer relativ geringen, und für alle Lager gleichen, Vorspannung vermessen. Diese Messvorspannung dient lediglich dazu, die Rollflächen sicher in Kontakt miteinander zu bringen. Die Dimensionen der Lager unter Betriebsvorspannung werden anschließend individuell für jede Lager/Motor-Kombination berechnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageelement von einer auf die gemeinsame Achse aufgeschraubten Befestigungsmutter gebildet wird, die an der weite- ren achsfesten axialen Anlagefläche und dem Innenring des anderen Lagers anliegt. Die weitere achsfeste axiale Anlagefläche wird auch als Mutteranlagefläche bezeichnet. Statt einer Befestigungsmutter können auch andere Arten von Befestigungselementen als Anlageelement zum Festhalten des Lagerinnenrings des anderen Lagers genutzt werden. So kann zum Beispiel

ein Ring gegen die weitere Anlagefläche gedrückt und dort fest geschweißt, gebördelt oder geklemmt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lager der Lagereinrichtung vor oder bei dem Ver- messen unter Vorspannung in Drehung versetzt werden. Das liefert den Vorteil, dass zu den Lagern gehörige Wälzkörper, wie Rollen, ihre endgültige Position einnehmen. Dadurch kann die Genauigkeit der Vorspannung weiter erhöht werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager beziehungsweise die Lager und/oder der Distanzring der Lagereinrichtung jeweils einen Außenring umfassen, wobei in axialer Richtung zwischen den Außenringen vor dem Vermessen der Lagereinrichtung ein beziehungsweise der Distanzring angeordnet wird. In radialer Richtung sind jeweils zwischen dem Innenring und dem Außenring der Lager Wälzkörper, insbesondere Rollen, angeordnet. Daher werden die Lager auch als Rollenlager bezeichnet. Der Distanzring wird auch bei der Montage der Lagereinrichtung auf der Achse zwischen den beiden Außenringen angeordnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Vermessen der Lagereinrichtung weitere Maße, wie die Innen- und Außendurchmesser der Lager, erfasst werden. Dadurch können zum Beispiel die bei Presspassungen der Lager auftretenden Spannungen bei der Bestimmung des Sollmaßes berücksichtigt werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Vorspannung weiter erhöht werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen, abgesehen von mindestens einer der Anlageflächen, auf ein Standard-Sollmaß gefertigt werden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird mindestens eine der Anlageflächen bis

nach dem Vermessen bewusst im Rohzustand oder einem grob bearbeiteten Zwischenzustand belassen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die vermessene Lagerei nrichtung bei der Montage der Achse zugeordnet wird, die auf das zu dem gemessenen Istmaß gehörige Sollmaß bearbeitet wurde. Dadurch kann die Genauigkeit der Vorspannung erhöht werden. Als Sollmaß kann das gemessene Istmaß verwendet werden. Das Sollmaß kann aber auch unter Berücksichtigung weiterer Faktoren aus dem Istmaß gebildet werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellte und/oder auf eine Achse montierte Lagereinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine hydraulische Maschine mit einer Achse und einer Lagereinrichtung, die gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt und/oder montiert wurde.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:

Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer Achse mit einer Lagereinrichtung;

Figur 2 die Achse mit der Lagereinrichtung aus Figur 1 im montierten

Zustand im Längsschnitt und

Figur 3 eine im Maßstab 5:1 vergrößerte Darstellung einer Einzelheit III aus Figur 2.

In den Figuren 1 bis 3 sind eine Achse 1 und eine Lagereinrichtung 4 in ver- schiedenen Ansichten dargestellt. Bei der Achse 1 handelt es sich zum Beispiel um die Achse eines Motors, wie eines Elektro- oder Hydraulikmotors. Die Lagereinrichtung 4 wird auch als Hauptlager bezeichnet und umfasst

zwei gegeneinander gerichtete, konisch ausgerichtete Rollenlager 11 , 12. Die Rollenlager 11 , 12 werden unter Vorspannung so auf die gemeinsame Achse 1 montiert, das sie sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen können, um die Achse 1 radial und axial relativ zu einem (nicht dargestellten) Motorgehäuse zu fixieren.

Insbesondere dann, wenn das Hauptlager große Radialkräfte auffangen soll, ist die Lebensdauer des Lagers stark von der Vorspannung abhängig. Die optimale Vorspannung hängt unter anderem von Faktoren ab, wie zum Beispiel der Laufgeschwindigkeit des Motors. Um zuverlässige Motoren für ver- schiedene Einsatzbereiche bauen zu können, müssen teilweise sehr enge Toleranzen bei der Vorspannung des Hauptlagers eingehalten werden. Bei der Herstellung der einzelnen zu verwendenden Rollenlagern ist es jedoch nur mit erhöhtem Aufwand und den damit verbundenen erhöhten Kosten möglich, die erforderlichen Toleranzen bei den Dimensionen der Rollenlager einzuhalten.

Die Rollenlager 11 ,12 umfassen jeweils einen Außenring 14, 15 und einen Innenring 21 , 22. Zwischen den beiden Außenringen 14, 15 ist ein Distanzring 16 angeordnet. Die Innenringe 21 , 22 werden vorzugsweise durch einen Presssitz auf zugehörigen Presssitzflächen 18, 19 der Achse 1 montiert.

In der Nähe eines Endes der Achse 1 ist an einem Zahnkranz 25 eine achsfeste Lageranlagefläche 24 vorgesehen. Der Zahnkranz 25 ist vorzugsweise einstückig mit der Achse 1 verbunden. Etwa in der Mitte der Achse 1 ist eine achsfeste Mutteranlagefläche 26 vorgesehen. Von der Mutteranlagefläche 26 geht ein Außengewindeabschnitt 28 mit einem Außengewinde aus. An ihrem anderen Ende weist die Achse 1 einen Wellenzapfen 29 mit einer Außenverzahnung auf. Der Wellenzapfen 29 hat einen geringeren Außendurchmesser als der Außengewindeabschnitt 28. Dadurch ist es möglich, eine Befestigungsmutter 30, die ein komplementäres Innengewinde aufweist, auf den Außengewindeabschnitt 28 aufzuschrauben.

In Figur 2 ist die Achse 1 im Längsschnitt mit der darauf montierten Lagereinrichtung 4 dargestellt. Zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 14 des Lagers 11 sind Rollen 20 angeordnet. Analog sind zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 15 des Lagers 12 Rollen 23 angeordnet. Zwi- sehen Innenring und Außenring sind jeweils mehrere Rollen angeordnet, von denen in Figur 2 pro Lager jeweils nur eine Rolle sichtbar ist.

Der Innenring 21 des Lagers 11 liegt mit seiner dem Lager 12 abgewandten Stirnseite an der Lageranlagefläche 24 an. Der Distanzring 16 ist zwischen den Außenringen 14 und 15 eingespannt. An der dem Lager 11 abgewand- ten Stirnseite des Innenrings 22 des Lagers 12 liegt die Befestigungsmutter 30 an. Gleichzeitig liegt die Befestigungsmutter 30 an der Mutteranlagefläche 26 der Achse 1 an. Durch die Mutter 30 wird die Lagereinrichtung 4 zwischen der achsfesten Lageranlagefläche 24 und der Befestigungsmutter 30 unter einer definierten Vorspannung eingespannt. Durch die Mutteranlagefläche 26 wird die maximale Einschraubtiefe, also die axiale Position der Befestigungsmutter 30 nach ihrem Festschrauben, festgelegt.

In der vergrößerten Darstellung der Figur 3 sieht man, dass die Befestigungsmutter 30 eine radial innere Achsanlagefläche 34 aufweist, mit der die Befestigungsmutter 30 an der Mutteranlagefläche 26 anliegt. Des Weiteren weist die Befestigungsmutter 30 eine radial äußere Innenringanlagefläche 35 auf, mit der die Befestigungsmutter 30 an dem Innenring 22 des Rollenlagers 12 anliegt. Die Anlageflächen 34, 35 haben jeweils im Wesentlichen die Gestalt von Kreisringflächen und liegen bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene.

In Figur 2 ist der axiale Abstand zwischen der Lageranlagefläche 24 und der

Mutteranlagefläche 26 mit A bezeichnet. Durch den Abstand A wird die Vorspannung festgelegt, die sich ergibt, wenn die Befestigungsmutter 30 bis zu der Mutteranlagefläche 26 auf den Außengewindeabschnitt 28 aufgeschraubt wird. Dabei wird die Lagereinrichtung 4 zwischen der Befestigungsmutter 30 und der achsfesten Lageranlagefläche 24 eingespannt.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Rollenlager 11 , 12, vorzugsweise zusammen mit dem Distanzring 16, mit einer entsprechenden Messvorrichtung unter einer vorgegebenen Vorspannung vermessen. Dabei wird der axiale Abstand der voneinander abgewandten Stirnseite der Innenringe 21 , 22 ausgemessen. Darüber hinaus werden die exakten Innen- und Außendurchmesser der Lager 11 , 12 unter Vorspannung ermittelt. Dabei können die Rollenlager 11 , 12 für verschiedene Motorlageranwendungen unter unterschiedlichen Vorspannungen vermessen werden, um in der gleichen Fertigung Motoren für verschiedene Einsatzbereiche optimieren zu kön- nen.

Die Rollenlager 11 , 12 oder das gesamte Motorlager werden bevorzugt unter einer relativ geringen, und für alle Lager gleichen, Vorspannung vermessen. Diese Messvorspannung dient lediglich dazu, die Rollflächen sicher in Kontakt miteinander zu bringen. Die Dimensionen der Lager unter Betriebsvor- Spannung werden anschließend individuell für jede Lager/Motor-Kombination berechnet.

Die Achsen 1 , die auch als Motorwellen bezeichnet werden, werden auf Standard-Sollmaße gefertigt. Die Fertigung der Achsen 1 erfolgt zum Beispiel durch Gießen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfin- düng verbleibt die achsfeste Mutteranlagefläche 26 nach dem Gießen im Rohzustand oder in einem grob bearbeiteten Zwischenzustand.

Anhand der festgestellten Abmessungen der Rollenlager 11 , 12 und der gestellten Anforderungen an die Lagervorspannung werden ebenfalls vor der Montage individuelle Sollmaße für die Mutteranlagefläche 26 oder die Lager- anlagefläche 24 berechnet. Es ist auch möglich, das Istmaß als Sollmaß zu verwenden. Anschließend werden die Muteranlageflächen 26 oder die Lageranlageflächen 24 von verschiedenen Achsen 1 auf die entsprechenden Sollmaße bearbeitet. Danach können die Lagereinrichtungen montiert werden.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, Bearbeitungsschritte in der Fertigung einzusparen. Das wird dadurch erreicht, dass die Mutteranlageflächen 26 oder die Lageranlageflächen 24 von verschiedenen Achsen jeweils nur einmal bearbeitet werden müssen. Diese Bearbeitung erfolgt vor der Monta- ge der Lagereinrichtungen, und zwar unter anderem deshalb, weil sonst Späne bei einer spanenden Bearbeitung der Mutteranlagefläche die Rollenlager verunreinigen könnten. Daher erfolgt auch die Vermessung der Rollenlager 11 , 12 vor deren Montage. Die gemessenen Istmaße werden für die Berechnung der Sollmaße der Achsen benötigt.

Zum Vermessen des gesamten Motorlagers ist es unter Umständen nur erforderlich ein einzelnes oder beide Rollenlager 11 , 12 zu vermessen, zum Beispiel wenn eines der Rollenlager bereits auf ein bestimmtes Maß gefertigt worden ist. Außerdem können die Rollenlager 11 , 12, und eventuell der Zwischenring 16, einzeln vermessen und die Dimensionen des Motorlagers hier- aus berechnet werden. Die Vermessung des Lagers als Ganzes ergibt allerdings eine höhere Messgenauigkeit und erfordert weniger Arbeitsschritte.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Presssitzflächen 18, 19 auf der Achse 1 ebenfalls nach der Vermessung der Lager in einem Schritt auf individuelle Sollmaße gefertigt. Dadurch können genauere Pas- sungen realisiert werden. Bei einer zu lockeren Passung besteht die Gefahr, dass die Lager auf der Achse durchrutschen. Bei einer zu engen Passung besteht die Gefahr, dass die Lager Brüche bekommen.

Die Zuordnung der vermessenen Lagereinrichtungen zu den bearbeiteten Achsen erfolgt über ein Datenverarbeitungssystem. Dadurch ist es möglich, dass die Vermessung der Rollenlager gegebenenfalls örtlich und zeitlich von der Bearbeitung der Achsen beziehungsweise von dem Zusammenbau des Motors, beziehungsweise des Motorlagers mit der Welle, getrennt erfolgen kann. Es ist auch möglich, dass Motoren, bei denen keine besonderen Vorgaben für die Vorspannung gelten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengebaut werden können, wobei lediglich die Vermessung der RoI-

lenlager ausgelassen wird, und Standardmaße der Rollenlager für die Berechnung des Sollmaßes benutzt werden. Dadurch ergeben sich weitere Rationalisierungsgewinne in der Produktion.