DE102008045993B4

DE102008045993B4 - Verfahren zur Herstellung und/oder Montage eines Lagers

Info

Publication number: DE102008045993B4
Application number: DE102008045993.3A
Authority: DE
Inventors: László Csizmadia
Original assignee: Audi Hungaria Motor Kft
Current assignee: Audi Hungaria Kft
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: HU229783B1; HUP0900545A2; DE102008045993A1; IT1395358B1; US20100086245A1; ITMI20091494A1; HU0900545D0; US8430570B2

Abstract

Verfahren zur Montage eines Lagers (1) mit einer Lagerbohrung (2), einem in der Lagerbohrung (2) angeordneten Zapfen (4) und einer ersten Lagerschale (6) sowie einer zweiten Lagerschale (7), die jeweils den Zapfen (4) in der Lagerbohrung (2) zumindest teilweise umgreifen, wobei zur Minimierung der Streuung eines Lagerspiels (M) des Lagers (1) die erste Lagerschale (6) zum Toleranzausgleich der Lagerbohrung (2) und die zweite Lagerschale (7) zum Toleranzausgleich des Zapfens (4) verwendet wird, wobei die Lagerbohrung (2) und die erste Lagerschale (6) zum einen sowie der Zapfen (4) und die zweite Lagerschale (7) zum anderen jeweils in eine Anzahl n Toleranzklassen (9, 10, 11, 24) aufgeteilt werden, und wobei die Lagerbohrung (2) einen Durchmesser D, der Zapfen (4) einen Durchmesser d, die erste Lagerschale (6) eine Dicke LS und die zweite Lagerschale (7) eine Dicke ls aufweist, wobei sich das Lagerspiel (M) des Lagers (1) aus einer ersten Größe (M1) und einer zweiten Größe (M2) anhand der Beziehung M = M1 – M2 berechnet, wobei M1 = D – LS und M2 = d + ls gilt, dadurch gekennzeichnet, dass für eine erste Lagerpaarung die Lagerbohrung (2) ein erstes Lagerpaarungselement und die erste Lagerschale (6) ein zweites Lagerpaarungselement und für eine zweite Lagerpaarung der Zapfen (4) das erste Lagerpaarungselement und die zweite Lagerschale (7) das zweite Lagerpaarungselement darstellt, wobei für die erste Lagerpaarung und die zweite Lagerpaarung jeweils eine erste Lagerklassenbreite C1 der Beziehung C1 = T1 = t2 = T3 = ... = tn/Tn und eine zweite Lagerklassenbreite C2 der Beziehung C2 = t1 = T2 = t3 = ... = Tn/tn folgt, wobei Ti (mit i = 1, ..., n) Toleranzbereichgrößen des ersten Lagerpaarungselements (2, 4) und ti (mit i = 1, ..., n) Toleranzbereichgrößen des zweiten Lagerpaarungselements (6, 7) sind, wobei bei gerader Anzahl Toleranzklassen (9, 10, 11‚ 24) eine gleiche Lagerklassifizierung mit C1 = C2 und bei ungerader Anzahl Toleranzklassen (9, 10, 11, 24) eine ungleiche Lagerklassifizierung mit C1 > C2 verwendet wird, und dass die Lagerbohrung (2) der ersten Lagerschale (6) und der Zapfen (4) der zweiten Lagerschale (7) so zugeordnet werden, dass sie jeweils die gleiche Toleranzklasse (9, 10, 11, 24) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Lagers mit einer Lagerbohrung, einem in der Lagerbohrung angeordneten Zapfen und einer ersten Lagerschale sowie einer zweiten Lagerschale, die jeweils den Zapfen in der Lagerbohrung zumindest teilweise umgreifen, wobei zur Minimierung der Streuung eines Lagerspiels des Lagers die erste Lagerschale zum Toleranzausgleich der Lagerbohrung und die zweite Lagerschale zum Toleranzausgleich des Zapfens verwendet wird, wobei die Lagerbohrung und die erste Lagerschale zum einen sowie der Zapfen und die zweite Lagerschale zum anderen jeweils in eine Anzahl n Toleranzklassen aufgeteilt werden, und wobei die Lagerbohrung einen Durchmesser D, der Zapfen einen Durchmesser d, die erste Lagerschale eine Dicke LS und die zweite Lagerschale eine Dicke ls aufweist, wobei sich das Lagerspiel M des Lagers aus einer ersten Größe M₁ und einer zweiten Größe M₂ anhand der Beziehung M = M₁ – M₂ berechnet, wobei M₁ = D – LS und M₂ = d + ls gilt.
Verfahren zur Herstellung und/oder Montage eines Lagers sind aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden Wellen beziehungsweise Zapfen in Lagerbohrungen gelagert, in welchen außerdem Lagerschalen angeordnet sind. Diese sorgen beispielsweise für ein verbessertes Gleiten der Welle beziehungsweise des Zapfens in der Lagerbohrung. Durch Toleranzen in der Herstellung der Bohrung, des Zapfens und der Lagerschalen, die sich bei einem Zusammenbau der Elemente aufsummieren, ergibt sich eine Streuung eines so genannten Lagerspiels. Das Lagerspiel bezeichnet eine Differenz zwischen einem Durchmesser der Lagerbohrung abzüglich einer Dicke der Lagerschalen und dem Durchmesser des Zapfens. Das Lagerspiel muss innerhalb konstruktiver Grenzen verbleiben, um zum einen ein einwandfreies Gleiten des Zapfens in der Lagerbohrung zu ermöglichen und andererseits ein zu großes Lagerspiel, welches ein Ausschlagen des Zapfens zur Folge haben könnte, zu vermeiden. Liegt ein zu großes Lagerspiel vor, so können Stoßanregungen auftreten, welche akustisch nachteilig sind. Aus diesen Gründen muss das Lagerspiel zwar größer als eine Mindestgrenze sein, sollte nach oben aber möglichst gering sein. Daraus ergibt sich, dass das Lagerspiel eine möglichst geringe Streuung aufweisen soll. Aus der DIN ISO 13778 ist es beispielsweise bekannt, die einzelnen Elemente des Lagers, also Lagebohrung, Zapfen und Lagerschalen zu klassifizieren, um sie jeweils einem bestimmten Toleranzbereich zuzuordnen. In Abhängigkeit von der Klassifizierung werden die Elemente mit einer Farbmarkierung versehen. Liegt ohne Klassifizierung ein Lagerspiel im Bereich von 0,026 mm bis 0,074 mm vor, so kann das Lagerspiel durch Verwenden des in der DIN ISO 13778 beschriebenen Verfahrens 4, bei welchem Klassen des Gehäuses und des Zapfens über eine Matrix mit Klassen der Lagerschalen in Verbindung gesetzt werden, auf einen Bereich von 0,026 mm bis 0,044 mm reduziert werden.
Die EP 0 909 899 B1 beschreibt ein Verfahren zur Montage eines Gleitlagers. Dabei werden Werte für eine Kleinstspielgrenze, eine Größtspielgrenze und Werte für Messunsicherheiten festgelegt. Nach einem Bestimmen von Ist-Maßen von vorgefertigten Wellen wird eine Abweichung von einem mittleren Lagerspiel bestimmt, welches sich bei Paarung der Lagerbohrung mit der Welle einstellt. Anschließend werden Lagerschalen so zugeordnet, dass das Lagerspiel in einem Wertebereich liegt, der die Kleinstspielgrenze mindestens um den Wert einer Messunsicherheit überschreitet, jedoch unterhalb der Größtspielgrenze liegt. Dieses Verfahren ist jedoch in der Anwendung vergleichsweise aufwendig.
Demgegenüber weist das Verfahren zur Montage eines Lagers mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass das Verfahren sehr einfach anzuwenden ist, also keinen hohen logistischen Aufwand nach sich zieht, und gleichzeitig eine deutliche Verringerung der Streuung des Lagerspiels ermöglicht. Dies wird erreicht, indem für eine erste Lagerpaarung die Lagerbohrung ein erstes Lagerpaarungselement und die erste Lagerschale ein zweites Lagerpaarungselement und für eine zweite Lagerpaarung der Zapfen das erste Lagerpaarungselement und die zweite Lagerschale das zweite Lagerpaarungselement darstellt, wobei für die erste Lagerpaarung und die zweite Lagerpaarung jeweils eine erste Lagerklassenbreite C₁ der Beziehung C₁ = T₁ = t₂ = T₃ = .... = t_n/T_n und eine zweite Lagerklassenbreite C₂ der Beziehung C₂ = t₁ = T₂ = t₃ = ... = T_n/t_n folgt, wobei T_i (mit i = 1, ... n) Toleranzbereichgrößen des ersten Lagerpaarungselements und t_i (mit i = 1, ... n) Toleranzbereichgrößen des zweiten Lagerpaarungselements sind, wobei bei gerader Anzahl Toleranzklassen eine gleiche Lagerklassifizierung mit C₁ = C₂ und bei ungerader Anzahl Toleranzklassen eine ungleiche Lagerklassifizierung mit C₁ > C₂ verwendet wird, und dass die Lagerbohrung der ersten Lagerschale und der Zapfen der zweiten Lagerschale so zugeordnet werden, dass sie jeweils die gleiche Toleranzklasse aufweisen. Der Lagerbohrung ist mindestens eine erste der Lagerschalen und dem Zapfen mindestens eine weitere der Lagerschalen zugeordnet. Jeweils der Lagerbohrung und der ersten Lagerschale und/oder dem Zapfen und der weiteren Lagerschale sind eine Anzahl n Toleranzklassen zugeordnet. Dabei können für Lagerbohrung/erste Lagerschale und Zapfen/weitere Lagerschale eine unterschiedliche Anzahl n Toleranzklassen vorgesehen sein. Für jede Toleranzklasse ist die Toleranzbereichgröße T_i der Lagerbohrung und/oder des Zapfens und t_i der ersten und/oder der weiteren Lagerschale festgelegt. Die Toleranzbereichgrößen sind über die Lagerklassenbreiten C₁ und C₂ miteinander verknüpft. Für C₁ gilt die Beziehung C₁ = T₁ = t₂ = T₃ = ... = t_n/T_n, wobei sich das letzte Glied in Abhängigkeit davon ergibt, ob eine gerade oder eine ungerade Anzahl n Toleranzklassen vorgesehen ist. Die Lagerklassenbreite C₂ folgt der Beziehung C₂ = t₁ = T₂ = t₃ = ... = T_n/t_n. Die angegebenen Beziehungen sind selbstverständlich exemplarisch anzusehen, es sind also auch weniger als drei Toleranzklassen möglich. Die Beziehungen ergeben sich aus den Bedingungen, dass der Maximalwert einer Größe M₁ beziehungsweise M₂ und der Minimalwert der Größe M₁ beziehungsweise M₂ über alle Toleranzklassen konstant sein sollen. Daraus ergäben sich die Bedingungen T = t_n-1 und T_n-1 = t_n, also beispielsweise T₂ = t₁, T₃ = t₂ sowie T₁ = t₂, T₂ = t₃. Bei der Herstellung und/oder Montage des Lagers wird nun die erste Lagerschale der Lagerbohrung und/oder die weitere Lagerschale dem Zapfen so zugeordnet, dass die Lagerklassifizierung gleich ist, also C₁ = C₂ gilt, und/oder eine ungleiche Lagerklassifizierung, also C₁ ungleich C₂, vorliegt. Bei ungleicher Lagerklassifizierung wird C₁ > C₂ bevorzugt. Für die gleiche Lagerklassifizierung gilt, dass einander zugeordnete Elemente dieselben Poleranzbereichgrößen aufweisen. Daher gilt t_i = T_i = C. Damit sind auch die Gesamttoleranzen gleich, das heißt t = T. Die Gesamttoleranzen ergeben sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen, also t = t₁ + t₂ + ... + t_n und T = T₁ + T₂ + ... + T_n. Aus diesen Definitionen resultiert, dass die Streuung des Lagerspiels mit der Beziehung t_i + T_i = 2C = 2T/n bestimmt werden kann. Für die ungleiche Lagerklassifizierung muss zwischen den Fällen unterschieden werden, dass n gerade oder ungerade ist. Ist die Anzahl n der Toleranzklassen gerade, so ergibt sich wiederum, dass die Gesamttoleranz T und t gleich sind: t = T = n/2(C₁ + C₂). Daraus ergibt sich die Streuung des Lagerspiels zu t_i + T_i = C₁ + C₂ = 2T/n. Damit ist die Streuung für die ungleiche Lagerklassifizierung bei gerader Anzahl der Toleranzklassen gleich wie für die gleiche Lagerklassifizierung. Für die ungerade Anzahl Toleranzklassen ergibt sich, dass die Gesamttoleranzen T und t ungleich sind: T = (n + 1)/2·C₁ + (n – 1)/2·C₂ und t = (n – 1)/2·C₁ + (n + 1)/2·C₂. Daraus ergibt sich die Streuung des Lagerspiels zu t_i + T_i = C₁ + C₂ = (T + t)/n. In diesem Fall ist eine deutlich geringere Streuung erreichbar, als für die ungleiche Lagerklassifizierung bei gerader Anzahl Toleranzklassen oder bei gleicher Lagerklassifizierung. Das bedeutet, dass bei gerader Anzahl Toleranzklassen die gleiche Lagerklassifizierung verwendet werden kann, wobei die ungleiche Lagerklassifizierung dieselben Ergebnisse liefert. Dabei können die Toleranzbereichgrößen T_i und t_i gleich sein, die Gesamtstreuung des Lagerspiels ergibt sich zu 2T/n. Selbstverständlich können für die Lagerbohrung und den Zapfen unterschiedliche Toleranzbereichgrößen T_i und Lagerklassenbreiten C₁ vorliegen. Ebenso können die Toleranzbereichgrößen t_i der ersten und der weiteren Lagerschale ebenso wie die weitere Lagerklassenbreite C₂ voneinander abweichen.
Es ist vorgesehen, dass bei gerader Anzahl Lagerklassen die gleiche Lagerklassifizierung verwendet wird. Aus den vorstehend genannten Bedingungen ergibt sich, dass die Toleranzbereichgrößen T_i und t_i gleich sind. Damit ergibt sich die Streuung des Lagerspiels zu t_i + T_i = 2T/n, ist also umgekehrt proportional zu der Anzahl n der Toleranzklassen. Wie vorstehend beschrieben, werden bei gerader Anzahl Toleranzklassen für gleiche Lagerklassifizierung und ungleiche Lagerklassifizierung dieselben Streuungen erzielt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass bei ungerader Anzahl Toleranzklassen die ungleiche Lagerklassifizierung verwendet wird. Bei ungerader Anzahl Toleranzklassen kann mit der ungleichen Lagerklassifizierung eine geringere Streuung des Lagerspiels erreicht werden, die gleich t_i + T_i = (T + t)/n ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Gesamttoleranz t = t₁ + t₂ + ... + t_n der einen oder der weiteren Lagerschale, die sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen t, ergibt, kleiner gewählt wird als eine Gesamttoleranz T = T₁ + T₂ + ... + T_n der Lagerbohrung oder des Zapfens, die sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen T_i ergibt. Wenn t < T gilt auch C₂ < C₁. In diesem Fall kann mit der ungleichen Lagerklassifizierung eine sehr geringe Streuung des Lagerspiels erzielt werden, da gilt t_i + T_i = (T + t)/n < 2T/n. Letzterer Wert wird mit der gleichen Lagerklassifizierung beziehungsweise der ungleichen Lagerklassifizierung bei geradem n erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die Lagerbohrung und die erste Lagerschale sowie für den Zapfen und die weitere Lagerschale die gleiche Lagerklassifizierung oder die ungleiche Lagerklassifizierung verwendet wird. Es soll somit für alle Lagerelemente entweder die gleiche oder die ungleiche Lagerklassifizierung zum Einsatz kommen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die Lagerbohrung und die erste Lagerschale die gleiche Lagerklassifizierung und für den Zapfen und die weitere Lagerschale die ungleiche Lagerklassifizierung oder für die Lagerbohrung und die erste Lagerschale die ungleiche Lagerklassifizierung und für den Zapfen und die weitere Lagerschale die gleiche Lagerklassifizierung verwendet werden. Es kann somit auch vorgesehen sein, dass für einen Teil der Lagerelemente die gleiche Lagerklassifizierung und für andere Elemente die ungleiche Lagerklassifizierung einzusetzen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren bei angegebener Fertigungstoleranz zur Minimierung des Lagerspiels verwendet wird. Sind die Fertigungstoleranzen der einzelnen Elemente des Lagers bekannt, so kann das Verfahren eingesetzt werden, um das Lagerspiel zu minimieren. Zu diesem Zweck werden die Elemente, also die Lagerbohrung, der Zapfen und die Lagerschalen auf Toleranzklassen aufgeteilt. Die Elemente in den einzelnen Toleranzklassen werden auf die vorstehend beschriebene Weise miteinander kombiniert, sodass sich eine Minimierung des Lagerspiels ergibt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass es nach Festlegung eines gewünschten Lagerspiels zur Bestimmung der erlaubten Gesamttoleranz bei einer Fertigung der Lagerbohrung, des Zapfens und/oder der Lagerschalen verwendet wird. Das Verfahren kann also bereits in einem Planungsstadium der Herstellung des Lagers eingesetzt werden. Dabei wird das gewünschte Lagerspiel beziehungsweise die gewünschte Streuung des Lagerspiels festgelegt und das beschriebene Verfahren verwendet, um Fertigungstoleranzen der einzelnen Elemente zu bestimmen. Auf diese Weise kann es beispielsweise möglich sein, eine vorgesehene Streuung der Gesamttoleranz einzuhalten, aber größere Toleranzen bei der Fertigung der Lagerbohrung, des Zapfens und/oder der Lagerschalen als mit anderen Verfahren vorsehen zu können.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lagerbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse und/oder der Zapfen an einer Kurbelwelle vorgesehen und/oder das Lager ein Gleitlager ist. Das Verfahren kann also beispielsweise zur schnellen und effizienten Produktion im Automobilbereich, insbesondere zur Herstellung eines Motors/einer Brennkraftmaschine, verwendet werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lager in einem Motor, insbesondere mit erhöhten Akustikanforderungen, verbaut wird. Wird die Streuung des Lagerspiels in Lagern eines Motors verringert, das heißt verbessert, so kann der Motor beispielsweise günstiger hergestellt werden oder bei gleichen Kosten effizienter werden. Aufgrund der geringeren Toleranzen beziehungsweise der geringeren Streuung können die Elemente des Motors besser aufeinander abgestimmt werden, womit die Effizienz ansteigt und/oder die akustischen Eigenschaften verbessert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Lagerschale zum Toleranzausgleich der Lagerbohrung und die weitere Lagerschale zum Toleranzausgleich des Zapfens verwendet werden. Sowohl die Lagerschalen als auch die Lagerbohrung und der Zapfen unterliegen bei der Herstellung bestimmten Toleranzen. Nach Möglichkeit soll die dadurch verursachte Streuung des Lagerspiels nach einer Montage beziehungsweise Herstellung des Lagers minimiert sein. Aus diesem Grund werden einander zugeordnete Elemente zum gegenseitigen Toleranzausgleich verwendet. Die erste Lagerschale wird also verwendet, um Toleranzen der Lagerbohrung auszugleichen und die weitere Lagerschale zum Ausgleich von Toleranzen des Zapfens verwendet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lagers mit einer Definition von zur Ermittlung einer Streuung eines Lagerspiels benötigten Größen,
2 eine schematische Darstellung des Lagers zur Definition von Toleranzklassen für eine Lagerbohrung und eine erste Lagerschale,
3 eine schematische Darstellung des Lagers zur Definition der Toleranzklassen für einen Zapfen und eine weitere Lagerschale,
4 ein erstes Anwendungsbeispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels,
5 ein zweites Beispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels, und
6 ein drittes Beispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lagers 1 mit einer Definition von zur Ermittlung einer Streuung eines Lagerspiels benötigten Größen. Das Lager 1 umfasst eine Lagerbohrung 2 in einem Zylinderkurbelgehäuse 3. In der Lagerbohrung 2 ist ein Zapfen 4 einer Kurbelwelle 5 angeordnet, wobei er von einer oberen Lagerschale 6 und einer unteren Lagerschale 7 eingefasst ist. Die obere Lagerschale 6 und die untere Lagerschale 7 sind also zwischen Zylinderkurbelgehäuse 3 und dem Zapfen 4 angeordnet und dienen insbesondere der Reduzierung der Reibung zwischen Zylinderkurbelgehäuse 3 und Zapfen 4. Die Lagerbohrung 2 weist einen Durchmesser D auf, während der Zapfen 4 einen Durchmesser d besitzt. Die Dicke der oberen Lagerschale 6 wird als LS und die Dicke der unteren Lagerschale 7 als ls bezeichnet. Basierend auf D, d, LS und ls können Größen M₁ und M₂ definiert werden, welche sich aus den Beziehungen M₁ = D – LS und M₂ = d + ls ergeben. Ein Lagerspiel des Lagers 1 ergibt sich nun aus der Beziehung M₁ – M₂. Durch Toleranzen in der Fertigung der Lagerbohrung 2, des Zapfens 4 und der oberen und unteren Lagerschalen 6 und 7 ergibt sich eine Streuung des Lagerspiels. Um eine gute Lauffähigkeit des Lagers zu gewährleisten, muss das Lagerspiel stets größer als ein Minimallagerspiel sein, während zur Vermeidung von Lagergeräuschen und Beschädigungen des Lagers 1 das Lagerspiel nicht zu groß werden sollte.
Daher ist es wünschenswert, die Streuung des Lagerspiels zu minimieren, wobei stets die Einhaltung des Minimallagerspiels gewährleistet sein muss. Aus diesem Grund werden die einzelnen Elemente des Lagers 1, also die Lagerbohrung 2, der Zapfen 4 sowie die obere und untere Lagerschale 6 und 7 in Toleranzklassen aufgeteilt, beispielsweise anhand von Messergebnissen. Anhand dieser Aufteilung können anschließend Elemente mit zueinander passenden Toleranzklassen einander zugeordnet werden. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass eine Toleranz der Lagerbohrung 2 mittels der oberen Lagerschale 6 und eine Toleranz des Zapfens 4 mittels der unteren Lagerschale 7 ausgeglichen wird. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem für jede Toleranzklasse dasselbe minimale und maximale Lagerspiel vorliegt, sodass die Toleranzklassen gleichwertig sind. Damit wird auch die Streuung des Lagerspiels in jeder Toleranzklasse minimal. Ebenso soll zu einer maximal zulässigen Größe der Streuung des Lagerspiels die größte erlaubte Fertigungstoleranz ermittelt werden.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Definition der Toleranzklassen für die (nicht mit Bezugszeichen versehene) Lagerbohrung 2 und die obere Lagerschale 6. Jeweils in einer horizontalen Ebene dargestellte Balken 8 stellen eine erste Toleranzklasse 9, eine zweite Toleranzklasse 10 und eine dritte Toleranzklasse 11 dar. Dargestellt sind auch die anhand der 1 definierten Durchmesser D der Lagerbohrung 2 und Dicke LS der oberen Lagerschale 6. Ebenso dargestellt ist eine Gesamttoleranz T der Lagerbohrung 2 beziehungsweise des Zylinderkurbelgehäuses 3 und eine Toleranz t der oberen Lagerschale 6. Die Gesamttoleranz T setzt sich aus der Toleranzbereichgröße T₁ der ersten Toleranzklasse 9, der Toleranzbereichgröße T₂ der zweiten Toleranzklasse 10 und der Toleranzbereichgröße T₃ der dritten Toleranzklasse 11 zusammen. Analog dazu ergibt sich die Gesamttoleranz t der oberen Lagerschale 6 aus der Summe der Toleranzbereichgrößen t₁ der ersten Toleranzklasse 9, t₂ der zweiten Toleranzklasse 10 und t₃ der dritten Toleranzklasse 11.

Die Toleranzbereichgrößen T_i und t_i (mit i = 1, 2, 3) geben dabei die Größe von Toleranzbereichen 12, 13 und 14 für die Lagerbohrung 2 sowie 15, 16 und 17 der oberen Lagerschale 6 an. In der folgenden Tabelle sind für die Toleranzklassen 9, 10 und 11 die sich ergebenden Maximal- und Minimalwerte der Größe M₁ sowie die resultierende Streuung der Größe M₁ aufgelistet. Dabei sind sowohl die Toleranzklassen 9, 10 und 11 aufgeführt, als auch die sich für eine beliebige Toleranzklasse i als auch die für eine Toleranzklasse n vorliegenden Werte aufgeführt. Beispielhaft ist auch der sich für die zweite Toleranzklasse 10 ergebende Minimalwert der Größe M₁, bezeichnet mit M_1,min,2, definiert. Die in der Tabelle angegebene Streuung von M1 ergibt sich aus M_1,max–M_1,min.

Toleranzklasse	M_1,max	M_1,min	Streuung M₁
1	D + T₁ – LS	D – LS – t₁	T₁ + t₁
2	D + T₁ + T₂ – LS – t₁	D + T₁ – LS – t₁ – t₂	T₂ + t₂
3	D + T₁ + T₂ + T₃ – LS – t₁ – t₂	D + T₁ + T₂ – LS – t₁ – t₂ – t₃	T₃ + t₃
i	max. Spiel_i-1 + (T_i – t_i-1)	max. Spiel_i-1 + (T_i-1 – t_i)	T_i + t_i
n	D + T₁ + T₂ + ... + T_n – LS – t₁ – ... – t_n-1	D + T₁ + ...+ T_n-1 – LS – t₁ – t₂ ... – t_n	T_n + t_n

Die 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Definition der Toleranzklassen für den Zapfen 4 und die untere Lagerschale 7. Dargestellt sind wiederum Balken 8, welche für die erste Toleranzklasse 9, die zweite Toleranzklasse 10 und die dritte Toleranzklasse 11 stehen. Dargestellt ist auch der Durchmesser d des Zapfens 4 und die Dicke ls der unteren Lagerschale 7. Die Gesamttoleranz t der unteren Lagerschale 7 ergibt sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen t₁ eines ersten Toleranzbereichs 18, t₂ eines zweiten Toleranzbereichs 19 und t₃ eines dritten Toleranzbereichs 20. Ebenso ergibt sich die Gesamttoleranz T der Kurbelwelle 5 beziehungsweise des Zapfens 4 aus den Toleranzbereichgrößen T₁ eines ersten Toleranzbereichs 21, T₂ eines Toleranzbereichs 22 und T₃ eines Toleranzbereichs 23. Exemplarisch ist der Maximalwert der Größe M₂ für die dritte Toleranzklasse 11, bezeichnet mit M_2,max,3, dargestellt. Die folgende Tabelle listet die Maximal- und Minimalwerte der Größe M₂ sowie die dazugehörige Streuung auf. Die Streuung von M₂ ergibt sich aus M_2,max–M_2,min.

Toleranzklasse	M_2,max	M_2,min	Streuung M₂
1	d + T₁ – ls	d – ls – t₁	T₁ + t₁
2	D + T₁ + T₂ – ls – t₁	D + T₁ – ls – t₁ – t₂	T₂ + t₂
3	D + T₁ + T₂ + T₃ – ls – t₁ – t₂	D + T₁ + T₂ – ls – t₁ – t₂ – t₃	T₃ + t₃
i	max. Spiel_i-1 + (T_i – t_i-1)	max. Spiel_i-1 + (T_i-1 – t_i)	T_i + t_i
n	D + T₁ + T₂ + ... + T_n – ls – t₁ – ... – t_n-1	D + T₁ + ...+ T_n-1 – ls – t₁ – t₂ ... – t_n	T_n + t_n

Die 4 zeigt ein erstes Beispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels anhand einer Paarung aus Zapfen 4 der Kurbelwelle 5 und unterer Lagerschale 7. Dargestellt sind Toleranzklassen analog zu der 3, wobei neben der ersten Toleranzklasse 9, der zweiten Toleranzklasse 10 und der dritten Toleranzklasse 11 eine vierte Toleranzklasse 24 vorgesehen ist. Ein Toleranzbereich 25 hat die Toleranzbereichgröße t₄ und ist der unteren Lagerschale 7 sowie der vierten Toleranzklasse 24 zugeordnet. Ein Toleranzbereich 26 hat die Toleranzbereichgröße T₄ und ist dem Zapfen 4 der Kurbelwelle 5 und ebenfalls der vierten Toleranzklasse 24 zuzurechnen. Die Toleranzbereichgrößen T₁, T₂, T₃ und T₄ haben den Wert 5 μm, während die Toleranzbereichgrößen t₁, t₂, t₃ und t₄ den Wert 4 μm aufweisen. Aus diesen Toleranzbereichgrößen ergeben sich die in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben Werte sowie eine Streuung der Größe M₂ von 12 μm.
Dies ist nicht optimal, da die Grundregel der gleichen Lagerklassifizierung nicht eingehalten wurde, obwohl eine gerade Anzahl Toleranzklassen vorliegt. Werden dagegen die Toleranzbereichgrößen t₁, t₂, t₃ und t₄ auf 5 μm vergrößert, liegt also die gleiche Lagerklassifizierung mit C₁ = C₂ vor, so ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle, dass die Streuung der Größe M₂ auf 10 μm sinkt. Obwohl die Größe der Toleranzbereiche 21, 22, 23 und 26 vergrößert wurde, ist somit eine Verringerung der Streuung möglich.
Die 5 zeigt ein zweites Beispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels mittels dreier Toleranzklassen anhand des Zapfens 4 und der unteren Lagerschale 7. Dabei sind die Toleranzbereichgrößen T₁ = 6 μm, T₂ = T₃ = 7 μm sowie t₁ = t₂ = t₃ = 4 um. Aus der nachfolgend angeführten Tabelle ergibt sich eine Streuung der Größe M₂ von 16 μm.
Dies ist wiederum nicht optimal, da eine ungerade Anzahl Toleranzklassen vorliegt, und somit die ungleiche Lagerklassifizierung verwendet werden kann. Wird dagegen C₁ = T₁ = t₂ = T₃ = 8 μm und C₂ = t₁ = T₂ = t₃ = 4 μm verwendet, so verringert sich die Streuung der Größe M₂ auf 12 μm, wie in der nachfolgenden Tabelle angeführt. Dies wird erreicht, obwohl nahezu alle Toleranzbereichgrößen vergrößert wurden.
Es ist also möglich, mit einer anderen Verteilung der Toleranzbereichgrößen und/oder einer Vergrößerung der Toleranzbereichgrößen eine Verringerung der Streuung des Lagerspiels zu erreichen.
Die 6 zeigt ein weiteres Beispiel zur Bestimmung der Streuung des Lagerspiels mit drei Toleranzklassen anhand einer Paarung aus Lagerbohrung 2 beziehungsweise Zylinderkurbelgehäuse 3 und oberer Lagerschale 6. Die Toleranzbereichgrößen werden mit t₁ = t₂ = t₃ = 5 μm sowie T₁ = 5 μm und T₂ = T₃ = 7 μm festgelegt. Aus der nachfolgenden Tabelle ergibt sich eine Streuung der Größe M₁ von 14 μm.
Dieser Wert kann weiter optimiert werden, da eine ungerade Toleranzklassenanzahl vorhanden ist, allerdings die Bedingung C₁ = T₁ = t₂ = T₃ und C₂ = t₁ = T₂ = t₃ nicht eingehalten wurde. Wird dagegen T₁ = 7 μm und T₂ = 5 μm (entsprechend t₂ = 7 μm) gewählt, werden also die Toleranzbereichgrößen T₁ und T₂ vertauscht und die Toleranzbereichgröße t₂ vergrößert, gilt C₁ > C₂, und die Streuung der Größe M₁ kann auf 12 μm verringert werden. Dies ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.
Es zeigt sich also, dass durch die Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens die Streuung des Lagerspiels, welcher sich aus den Größen M₁ und M₂ ergibt, deutlich reduziert werden kann, auch wenn gleichzeitig Gesamttoleranzen der Lagerbohrung 2, des Zapfens 4 und/oder der oberen und unteren Lagerschale 6 und 7 vergrößert werden.
Anhand des Beispiels der 6 soll auch darauf eingegangen werden, dass bei Anwendung der ungleichen Lagerklassifizierung bei Festlegung einer Streuung des Lagerspiels Fertigungstoleranzen der Lagerbohrung 2, des Zapfens 4 und der oberen und unteren Lagerschale 6 und 7 vergrößert werden können. Werden die Toleranzbereichgrößen t₁ = t₂ = t₃ = 5 μm sowie T₁ = 5 μm und T₂ = T₃ = 7 μm verwendet, so ergibt sich bei einer Streuung des Lagerspiels von 14 μm eine Gesamttoleranz T = 5 μm + 7 μm + 7 μm = 19 μm. Dieser Wert kann bei Verwendung ungleicher Lagerklassifizierung optimiert werden. Dazu muss die Beziehung T₁ + T₂ = 14 μm eingehalten werden, woraus sich beispielsweise T₁ = 9 μm und T₂ = 5 μm ergibt. Damit erhält man T = T₁ + T₂ + T₃ = 9 μm + 5 μm + 9 μm = 23 μm. Dies entspricht einer Erhöhung der Fertigungstoleranz um 21%. Ebenso kann beispielsweise T₁ = 10 μm und T₂ = 4 μm gewählt werden, sodass sich T = 10 μm + 4 μm + 10 μm = 24 μm ergibt. Hier wird sogar eine Vergrößerung der Fertigungstoleranz um 26% erreicht, obwohl die Streuung des Lagerspiels dieselbe wie in dem ursprünglich angeführten Beispiel ist. Dabei ist zu beachten, dass die Größe T₂ im Allgemeinen abhängig von der Fertigungstechnologie der Lagerschalen 6 und 7 ist und somit eine vernünftige minimale Größe aufweist, die eingehalten werden muss, um beispielsweise möglichst niedrige Fertigungskosten zu erreichen.
Bezugszeichenliste
Sonderpositionen

D: Durchmesser
d: Durchmesser
LS: Dicke der Lagerschale
ls: Dicke der Lagerschale
M₁: Durchmesser D abzüglich Dicke der Lagerschale LS
M₂: Durchmesser d zuzüglich Dicke der Lagerschale ls
T: Toleranz (Gesamttoleranz)
t: Toleranz (Gesamttoleranz)
T₁: Toleranzbereichgröße
T₂: Toleranzbereichgröße
T₃: Toleranzbereichgröße
T₄: Toleranzbereichgröße Toleranzbereichgröße
t₂: Toleranzbereichgröße
t₃: Toleranzbereichgröße
t₄: Toleranzbereichgröße
M_1,min,2: Minimaler Wert für M₁ in der zweiten Toleranzklasse
M_2,max,3: Maximaler Wert für M₂ in der zweiten Toleranzklasse

Claims

Verfahren zur Montage eines Lagers (1) mit einer Lagerbohrung (2), einem in der Lagerbohrung (2) angeordneten Zapfen (4) und einer ersten Lagerschale (6) sowie einer zweiten Lagerschale (7), die jeweils den Zapfen (4) in der Lagerbohrung (2) zumindest teilweise umgreifen, wobei zur Minimierung der Streuung eines Lagerspiels (M) des Lagers (1) die erste Lagerschale (6) zum Toleranzausgleich der Lagerbohrung (2) und die zweite Lagerschale (7) zum Toleranzausgleich des Zapfens (4) verwendet wird, wobei die Lagerbohrung (2) und die erste Lagerschale (6) zum einen sowie der Zapfen (4) und die zweite Lagerschale (7) zum anderen jeweils in eine Anzahl n Toleranzklassen (9, 10, 11, 24) aufgeteilt werden, und wobei die Lagerbohrung (2) einen Durchmesser D, der Zapfen (4) einen Durchmesser d, die erste Lagerschale (6) eine Dicke LS und die zweite Lagerschale (7) eine Dicke ls aufweist, wobei sich das Lagerspiel (M) des Lagers (1) aus einer ersten Größe (M₁) und einer zweiten Größe (M₂) anhand der Beziehung M = M₁ – M₂ berechnet, wobei M₁ = D – LS und M₂ = d + ls gilt, dadurch gekennzeichnet, dass für eine erste Lagerpaarung die Lagerbohrung (2) ein erstes Lagerpaarungselement und die erste Lagerschale (6) ein zweites Lagerpaarungselement und für eine zweite Lagerpaarung der Zapfen (4) das erste Lagerpaarungselement und die zweite Lagerschale (7) das zweite Lagerpaarungselement darstellt, wobei für die erste Lagerpaarung und die zweite Lagerpaarung jeweils eine erste Lagerklassenbreite C₁ der Beziehung C₁ = T₁ = t₂ = T₃ = ... = t_n/T_n und eine zweite Lagerklassenbreite C₂ der Beziehung C₂ = t₁ = T₂ = t₃ = ... = T_n/t_n folgt, wobei T_i (mit i = 1, ..., n) Toleranzbereichgrößen des ersten Lagerpaarungselements (2, 4) und t_i (mit i = 1, ..., n) Toleranzbereichgrößen des zweiten Lagerpaarungselements (6, 7) sind, wobei bei gerader Anzahl Toleranzklassen (9, 10, 11‚ 24) eine gleiche Lagerklassifizierung mit C₁ = C₂ und bei ungerader Anzahl Toleranzklassen (9, 10, 11, 24) eine ungleiche Lagerklassifizierung mit C₁ > C₂ verwendet wird, und dass die Lagerbohrung (2) der ersten Lagerschale (6) und der Zapfen (4) der zweiten Lagerschale (7) so zugeordnet werden, dass sie jeweils die gleiche Toleranzklasse (9, 10, 11, 24) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei ungleicher Lagerklassifizierung eine Gesamttoleranz t = t₁ + t₂ + ... + t_n der ersten Lagerschale (6) oder der zweiten Lagerschale (7), die sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen t_i ergibt, kleiner gewählt wird als eine Gesamttoleranz T = T₁ + T₂ + + T_n der Lagerbohrung (2) oder des Zapfens (4), die sich aus der Summe der Toleranzbereichgrößen T_i ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagerbohrung (2) und die erste Lagerschale (6) die gleiche Lagerklassifizierung und für den Zapfen (4) und die zweite Lagerschale (7) die ungleiche Lagerklassifizierung oder für die Lagerbohrung (2) und die erste Lagerschale (6) die ungleiche Lagerklassifizierung und für den Zapfen (4) und die zweite Lagerschale (7) die gleiche Lagerklassifizierung verwendet werden.