Messung und Bemaßung von kegeligen Zapfen bei Verwendung des FAG Kegelmessgeräts MGK9205 Technische Information Ein Unternehmen der Schaeffler Gruppe
Anwendung Pendelrollenlager mit kegeliger Bohrung, aber auch mehrreihige Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung, werden oft unmittelbar auf kegeligen Zapfen montiert. Der wesentliche Vorteil dabei ist, dass der Zapfendurchmesser größer wird. Außerdem lassen sich Montage und Demontage einfach und schnell durchführen. Wellenzapfen sind die Kegellehrringe jedoch teuer und in der Handhabung umständlich. Das Lager wird auf den Zapfen geschoben, bis es an einer Wellenschulter oder einem Zwischenring anliegt, der gleichzeitig Dichtungsring sein kann, Bild 2. Hierbei müssen der kegelige Zapfen und die Wellenschulter bzw. der Zwischenring vor der endgültigen Montage so aufeinander abgestimmt sein, dass die axiale Verschiebung der erforderlichen Lagerluftverminderung entspricht. Dadurch erhält das Lager beim Aufschieben die gewünschte Lagerluft, die dann nicht mehr gemessen zu werden braucht. Da die verbleibende Lagerluft außer von der Größe der axialen Verschiebung auch von der Bohrungstoleranz des Lagers und der Fertigungstoleranz des Abstandsrings abhängig ist, wählt man in der Regel Lager mit größerer Lagerluft, damit die verbleibende Lagerluft nicht zu klein wird. Ferner müssen die Bohrungstoleranz eng und die Stirnfläche am größeren Bohrungsdurchmesser Bezugsfläche sein. Alle FAG Lager, deren Bohrung den Kegel 1:30 hat, erfüllen diese Bedingungen. Manchmal werden Lager mit dem Kegel 1:30 unmittelbar gegen eine Wellenschulter montiert, die nicht auf den Zapfen abgestimmt ist. In diesen Fällen muss der Zapfen mit engerer Toleranz gefertigt sein. Bei einer anderen Montageart wird das Lager auf einen Zapfen ohne Wellenschulter aufgetrieben, bis die gewünschte Lagerluft erreicht ist, die wie üblich mit einer Fühllehre gemessen werden muss. Die Normalausführung der Lager mit dem Kegel 1:12 hat eine größere Bohrungstoleranz als die Normalausführung der Lager mit dem Kegel 1:30. Da die Bezugsfläche der Lager mit dem Kegel 1:12 an der Seite mit dem kleineren Bohrungsdurchmesser liegt, müssen sie in der letztgenannten Art montiert werden. Für die Prüfung der Lage und des Kegelwinkels eines kegeligen Lagersitzes mit einem Durchmesser bis zu etwa 170 mm verwendet man einen Kegellehrring oder FAG Kegelmessgeräte MGK132 bzw. MGK133. Für größere Bild 1: FAG Kegelmessgerät MGK9205 2
Messprinzip Bild 2: Gegen einen Dichtungsring montiertes Lager R 2α Bild 3: Messlineal M Beim Messen von kegeligen Zapfen mit großem Durchmesser kann man ein Messlineal verwenden, Bild 3, bei dem Ober- und Unterkante einen Winkel bilden, den Kegelwinkel des Zapfens = 2 α. Ist die Oberkante des Lineals der dem Lineal diametral gegenüberliegenden Mantellinie parallel, d. h. ist das Maß M an zwei Messstellen gleich groß, ist der Kegelwinkel des Zapfens in Ordnung. Man fordert jedoch noch, dass der Kegel in einem bestimmten Verhältnis zu einer Bezugsfläche steht, z. B. zur Seitenfläche des Walzenballens. Deshalb muss bei einer bestimmten Lage des Lineals im Abstand R von der Bezugsfläche die Größe des Maßes M rechnerisch ermittelt werden. Auf diesem Prinzip beruht das FAG Kegelmessgerät der Reihe MGK9205. Hierbei wird das Maß M mit einer Bügelmessschraube über zwei Messstifte gemessen. 3
Geräteausführung 12 A G 10 R 45 Bild 4: Kegelmessgerät der Reihe MGK9205 18 35 45 32 16 8 M6 75 D 1 80 20 V 90 15 7 7 18 160 170 8 90 90 V Kegelmessgerät Die Bilder 1 und 4 zeigen die Ausführung des Geräts. Die Messstifte werden in einem Linealkörper genau geführt, der mit einem oder zwei Sattelstücken auf dem Zapfen in axialer Richtung geführt wird. Der Linealkörper ist im Sattelstück mit einem Bolzen gehaltert, wodurch wiederholtes Messen während der Bearbeitung des Zapfens erleichtert wird. Der Abstand R zwischen der Endfläche des Linealkörpers und der Bezugsfläche des Kegelzapfens wird von einem Abstandsstück bestimmt, das am Linealkörper angeschraubt ist. Um ein Verrutschen des Linealkörpers zu verhindern, setzt man hinter dem Linealkörper einen Dauermagneten auf das Werkstück, Bild 1. Bei der Lieferung von einzelnen Messgeräten und auch von ganzen Sätzen sind immer zwei Magnete beigefügt. Zur Lieferung gehören auch Riemen zur Befestigung des Messgeräts in anderen Stellungen als auf der Zapfenoberseite, Bild 5. Die Abmessungen dieser Messgeräte gehen aus Bild 4 und Tafel 1 hervor. Man sieht, dass fünf Linealkörpergrößen für die Kegel 1:30 und 1:12 geliefert werden. Bild 5: Seitlich am Zapfen angesetztes Messgerät 4
Geräteausführung Bemaßung des Zapfens G A R Bemaßung des Zapfens Beim Messen eines kegeligen Zapfens, der mit dem FAG Kegelmessgerät der Reihe MGK9205 kontrolliert werden soll, geht man vom Maß C 1 aus, Bild 6, das den Abstand von der Mitte des fertig montierten Lagers zu einer Bezugsfläche angibt. Das Maß L kann danach bestimmt werden aus L = C 1 + B/2 l D 1 l M L L 1 M 1 A D 3 B ist hierbei die Lagerbreite. Der Wert von l kann aus Tafel 2 entnommen werden (l soll die gleiche Größenordnung haben wie der Kantenabstand r des Lageraußenrings). Den Zapfen-Nenndurchmesser D 1 erhält man aus D 1 = d + l/k + T m + 1,1 g Bild 6: Bemaßung des Zapfens bei Verwendung des FAG Kegelmessgeräts der Reihe MGK9205 Ein vollständiger Messgerätesatz MGK9205.12.SET (Kegel 1:12) oder MGK9205.30.SET (Kegel 1:30) besteht aus zwei Sattelstücken und den fünf Linealkörpern nach Tafel 1. Ferner gehört dazu auch ein verstellbares Abstandsstück, das jedoch nur in Ausnahmefällen verwendet werden soll, da man damit nicht die gleiche Genauigkeit erzielen kann wie mit festen Abstandsstücken. Die festen Abstandsstücke muss der Anwender anfertigen. Ihre Abmessungen richten sich nach den Abmessungen des jeweiligen Walzenzapfens. Tafel 1 B Messgerät-Bezeichnung * A G Anzahl Kegel Kegel mm mm Sattel- 1:12 1:30 stücke MGK9205.12-50 MGK9205.30-50 90 50 1 MGK9205.12-80 MGK9205.30-80 120 80 1 MGK9205.12-130 MGK9205.30-130 170 130 2 MGK9205.12-210 MGK9205.30-210 250 210 2 MGK9205.12-350 MGK9205.30-350 390 350 2 * Die einzelnen Messgeräte werden ohne verstellbare Abstandsstücke geliefert. V 5 mm für D 1 180 mm 7 mm für D 1 = (180) - 400 mm 9 mm für D 1 > 400 mm C 1 N Hierbei sind d = Nenndurchmesser der Lagerbohrung, mm 1/k =Kegel der Lagerbohrung (1/30 oder 1/12) T m = Mittlere Toleranz der Lagerbohrung mit Berücksichtigung der Abweichung vom Nennkegel, mm (Tafel 2) g =Mittelwert der Lagerluftverminderung bei der Montage, die normalerweise empfohlen wird, mm (Tafel 2) Der Faktor 1,1 ist ein Durchschnittswert und berücksichtigt das Verhältnis der wirklichen Lagerluftverminderung zu dem zwischen Innenringbohrung und Zapfen nach dem Einbau vorliegenden Übermaß. Wenn man einen geeigneten Linealkörper (siehe folgenden Abschnitt) gewählt hat, ermittelt man rechnerisch den Durchmesser D 3 in der Ebene A-A, Bild 6, die mit der auf dem dickeren Teil des Zapfens liegenden Endfläche des Linealkörpers zusammenfällt: D 3 = D 1 + (1/k) (L - R) Mit D 3 bestimmt man das Nennmaß von M aus den Gleichungen M = D 3 0,000139 D 3 + 44,346 (für den Kegel 1:30) M = D 3 0,000867 D 3 + 43,413 (für den Kegel 1:12) Diese zwei Formeln gelten nur für das FAG Kegelmessgerät der Reihe MGK9205. Für die Bearbeitung des Zapfens muss man eine gewisse Toleranz zulassen, die dann auch für das Maß M gilt. Geeignete Toleranzen sind in der Tafel 3 angegeben. 5
Wahl des Linearkörpers Abstandsringbreite Soll das Lager gegen eine nicht auf den Zapfen abgestimmte Wellenschulter montiert werden, muss der Zapfen mit der engeren Toleranz j7 gefertigt werden. Ebenfalls muss man eine Abweichung von dem Kegel- Nennwinkel zulassen, d. h. eine positive Differenz von M 1 M. Die maximale Differenz erhält man aus (B/G) (M 1 M), deren Grenzwerte für Walzenzapfen in Tafel 3 angegeben sind. G ist dabei der Abstand der beiden Messstifte, Tafel 1. Wahl des Linealkörpers Um ein genaues Messergebnis zu erhalten, soll der Abstand G zwischen den Messstiften einen größtmöglichen Teil der Kegellänge L 1 erfassen. G unterliegt aber folgenden Bedingungen: G < L1 2V 0,02 D 1 (für Kegel 1:30) G < L1 2V 0,05 D 1 (für Kegel 1:12) Hierbei ist V die Strecke, die am großen und am kleinen Durchmesser des Kegels wegen der Messstift- und Messschraubenstärke frei bleiben soll. Die empfohlenen Mindestwerte von V gehen aus Tafel 1 hervor. Bestimmung der Abstandsringbreite Soll das Lager gegen einen Abstandsring montiert werden, Bild 2, muss dessen Breite genau auf den Zapfen abgestimmt sein, für den der Ring vorgesehen ist. Das Nennmaß der Ringbreite ist N = L + l - B (für L, l und B sind die Nennmaße einzusetzen). Die tatsächliche Ringbreite für den jeweiligen Zapfen erhält man aus der Gleichung: N e = N + k M Hierbei ist M die gemessene positive oder negative Abweichung von dem nominellen M-Maß. Damit die Ringe die erforderliche Zugabe für das Nachschleifen erhalten, müssen sie mit der größeren Breite N f = N + k h hergestellt werden, wobei h das obere Abmaß für M nach Tafel 3 darstellt. Für ein Lager mit dem Bohrungsdurchmesser von 400 mm und dem Kegel 1:30 wird N f = N + 30 x 0,07 = N + 2,1 mm. Tafel 2 Lagerbohrung Nennmaß T m *) g l d mm mm mm mm über bis Kegel Kegel 1:30 1:12 (100) 120 0,019 0,036 0,06 3 (120) 140 0,023 0,042 0,078 3 (140) 160 0,023 0,042 0,088 4 (160) 180 0,023 0,042 0,095 4 (180) 200 0,027 0,048 0,11 4 (200) 225 0,027 0,048 0,12 4 (225) 250 0,027 0,048 0,13 4 (250) 280 0,031 0,054 0,145 6 (280) 315 0,031 0,054 0,16 6 (315) 355 0,034 0,059 0,18 6 (355) 400 0,034 0,059 0,2 6 (400) 450 0,038 0,064 0,23 8 (450) 500 0,038 0,064 0,245 8 (500) 560 0,042 0,07 0,28 8 (560) 630 0,042 0,07 0,305 10 (630) 710 0,057 0,077 0,35 10 (710) 800 0,057 0,077 0,395 10 (800) 900 0,071 0,086 0,435 10 (900) 1000 0,071 0,086 0,48 10 (1000) 1120 0,086 0,096 0,525 12 (1120) 1250 0,086 0,096 0,57 12 (1250) 1400 0,106 0,106 0,635 15 *) Wenn Lager mit dem Kegel 1:12 in besonderen Fällen gegen eine Wellenschulter montiert werden sollen, können sie mit der Bezugsfläche am größeren Kegeldurchmesser und der für den Kegel 1:30 geltenden engeren Bohrungstoleranz hergestellt werden. Für diese Lager gelten besondere Bezeichnungen und höhere Preise. Tafel 3 Lagerbohrung Abmaß für M (B/G) (M 1 M) Nennmaß d mm mm mm über bis oberes unteres min. max. (100) 120 0,044-0,043 0 0,022 (120) 180 0,05-0,05 0 0,025 (180) 250 0,058-0,057 0 0,029 (250) 315 0,065-0,065 0 0,032 (315) 400 0,07-0,07 0 0,036 (400) 500 0,078-0,077 0 0,04 (500) 630 0,085-0,085 0 0,043 (630) 800 0,095-0,095 0 0,047 (800) 1000 0,105-0,105 0 0,052 (1000) 1250 0,115-0,115 0 0,058 (1250) 1600 0,13-0,13 0 0,065 6
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