Project Title: Powertrain-Troubleshooting Hobby Lathe – Part 3 (Driven Mechanics)
Project Start: 10.04.2024
Project End: unpublished Draft-Version!
Vorwort
Part 3 des Projektberichtes ist die Fortsetzung von Part 2 und befasst sich überwiegend mit der Demontage/Montage der Hauptspindellagerung sowie der Vermessung der Lagersitze/ Hauptspindel. Er wurde aus der Hobbyisten-Perspektive erstellt und soll lediglich etwas zur Inspiration und Unterhaltung in diesem Umfeld beitragen. Sollten ähnliche Problemstellungen in Ihrer Hobby-Werkstatt auftreten, ist es in allen Fällen ratsam, Kontakt mit dem Hersteller aufzunehmen, um sich entsprechend beraten zu lassen!!!
Demontieren des Lagers von der Hauptspindel
Die Demontage des auf der Hauptspindel verbliebenen Kegelrollenlagers erfolgt sinnvollerweise durch Abziehen des Lagerinnenrings vom Lagersitz der Arbeitsseite über den Lagersitz der Antriebsseite. Da die breite Stirnseite des Innenrings wegen des dicht aufliegenden Flansches nicht direkt zugänglich war, boten sich aus meiner Sicht zwei unterschiedliche kompromissbehaftete Methoden an.
Bei der ersten Methode muss der Rollenkäfig inklusive Wälzkörpern entfernt werden, sodass der Innenring frei liegt und das Innenringbord (schmale Stirnseite) mit den Haken eines 3-armigen Universal-Abziehers gepackt werden kann. Nachteilig hierbei ist allerdings die kleine Angriffsfläche/Angriffswinkel (≈ 75,5°) für die Abzugshaken. Mit der zweiten Methode wird der Flansch als Medium zur Übertragung des Abzugdruckes auf die breite Stirnseite des Innenringes genutzt. Nachteilig dabei ist die indirekte und etwas unpräzise Kraftübertragung des Abzugswerkzeuges. Da ich z. Z. keinen 3-armigen Universalabzieher mein eigen nenne, habe ich mich erst mal für die zweite Methode entschieden. Falls die nicht erfolgreich eingesetzt werden kann, bliebe die Anschaffung eines entsprechenden Abziehers zu überdenken. Wegen der erforderlichen großen Abziehtiefe von 300 mm käme der KUKKO 30-2-3 als geeigneter anzuschaffender Kandidat in Frage.
Als Abzugswerkzeug wurde der vorhandene KUKKO Trennvorrichtungs-Satz 15-A mit 4 Verlängerungen (19-1-P) verwendet, ergänzt mit einem 40 mm-Druckstück meiner Aufspannplatte zur Abstützung der Druckspindel auf der Hohlwelle. Die Abziehvorrichtung 18-1 wurde mit den Verlängerungen ergänzt und mit Trennvorrichtung 15-1 verbunden.
Die Trennvorrichtung 15-1 wurde um 180 Grad gedreht, sodass die flache Seite Kontakt zu dem Flansch hatte.
Die Trennbacken wurden so eingestellt, dass die Schneiden ca. 1-2 mm Abstand zur Welle hatten.
Nach Ausrichten der Anordnung konnte der Innenring problemlos unter leichtem Ruckeln von seinem arbeitsseitigen Lagersitz abgezogen werden.
Das Abziehen des Innenrings über den antriebsseitigen gerändelten Lagersitzes der Spindel wäre eventuell mit der bereits praktizierten Abziehmethode (wie beim arbeitsseitigen Lagersitz) möglich gewesen, das Risiko, dabei eventuell den Laqersitz zu beschädigen, wollte ich aber minimieren. Nach weiteren Recherchen habe ich mich anstelle des bereits erwähnten KUKKO 30-2-3- Abziehers für den Erwerb des Kombi-Abzieher-Sets K 2030-10-S von KUKKO entschieden, mit dem ein präziseres Abziehen möglich sein sollte.
Die nutzbare Hakenfußtiefe des K 2030-10-S (7,5 mm) war schon etwas grenzwertig für das 32009-Lager. Aus meiner Sicht ist es sinnvoll, vor Bestellung von Abzugshaken beim Lieferanten die nutzbare Hakenfußtiefe abzufragen. Eine Wiederverwendung des über den Rollenkorb abgezogenen Lagers ist nicht empfehlenswert.
Nach Ausrichten der Druckspindel und der Hakenarme konnte das Lager aber problemlos über den gerändelten antriebsseitigen Lagersitz abgezogen werden.
Im Gegensatz zum antriebsseitigen Lagersitz wurde der arbeitsseitige Lagersitz nicht gerändelt und hat ein wesentlich geringere Oberflächenrauheit.
Als arbeitsseitiges Lager wurde anstelle eines 32009-X-XL der baugleiche Vorgängertyp 32009-XA eingesetzt.
Ermittlung des Fehlwinkels zwischen axialem Innenringsitz und Planfläche Arbeitsspindel
… mehr zur Fehlwinkelermittlung >>>
Die Messungen wurden analog der Innenring-Vermessung durchgeführt. Die gemessenen nicht winkelbereinigten Δ/360°-Werte des Lagersitzes (-7 µm/+7 µm) sind etwas besser als die des Innenrings (16 µm).
… Measurements >>>
Spindelrundlauf arbeitsseitiger Lagersitz und Nachmessung am antriebsseitigen Lagersitz
… mehr zum Rundlauf arbeitsseitiger Lagersitz >>>
Die Rundlauf-Messungen wurden auf einer Messplatte (DIN 876/1) mit einem Fühlhebelmessgerät (2 µm pro Teilstrich) durchgeführt. Es wurde nur 1 Prismenblock verwendet.
Messungen ca. 8 mm von axialer Lagersitzfläche: – 4 µm / + 13 µm (nicht winkelbereinigt)
… Measurements >>>
… mehr zur Rundlauf-Nachmessung antriebsseitiger Lagersitz >>>
Die Nachmessung nach Demontage des auf der Spindel verbliebenen Innenrings/Rollenkorbs/Flansches wurde mit einem Fühlhebelmessgerät (2 µm pro Teilstrich) und nur einem Prismenblock in Nähe der Rändelung durchgeführt.
Die dabei festgestellte Rundlaufschwankung lag bei ca. 20 µm und ist damit um einiges besser als die “Vorgängermessung (mit 2 Prismenblöcken)” direkt auf der Rändelung. Der “Ausreißer-Messwert” im Bereich 260°/270° von 44 µm ist mit großer Wahrscheinlichkeit durch eine kleine Spindelblockade beim Drehen der Hauptspindel entstanden und wird deshalb nicht gewertet.
… Measurements >>>
Spindeldurchmesser (arbeitsseitiger Lagersitz)
… mehr zum Durchmesser >>>
Die Durchmesser des Lagersitzes wurde mit einer digitalen Bügelmessschraube an 3 Stellen durchgeführt (0°= 45,002 mm, 120° = 45,002 mm und 240° = 45,003 mm)
… Measurements >>>
Ausbau Außenringe und Vermessung der Lagersitze
Mithilfe des SKF Axial-Zylinderrollenlagers 81209 TN (Toleranzklasse Normal) wird die Parallelität der axialen Lagersitzflächen mit den Flansch-Stirnflächen beider Lagerseiten ermittelt und mit den bereits vorhandenen Messwerten zur Achsausrichtung verglichen.Hierzu wird die bereits genutzte Messhilfsvorrichtung wiederverwendet, wobei der Innenring des Kegelrollenlagers durch die Wellenscheibe eines Axial-Zylinderrollenlagers ersetzt wird. Wie bereits gehabt wird ein 32009-X-XL als Gegenlager zur Erzeugung der benötigten Vorspannung eingesetzt.
Da das Messuhrträgerlager (Wellenscheibe/Axial-Rollenkranz/Gehäusescheibe) nur einen Außendurchmesser von 73 mm hat, der zu vermessende Lagersitz aber einen Bohrungsdurchmesser von 75 mm, muss die Gehäusescheibe (⌀-Außen 73 mm, ⌀-Innen 47 mm) und die Wellenscheibe (⌀-Außen 73 mm, ⌀-Innen 45 mm) beim Vorspannen der Messanordnung in dem Lagersitz des Spindelgehäuses zentriert werden.
Die Zentrierung der beiden Lagerscheiben wird durch Metallfolienbänder bewerkstelligt, welche den Lagersitzdurchmesser auf ca. 73 mm reduzieren. Beim Einsetzen der Messvorrichtung in den zu vermessenden Lagersitz ist darauf zu achten, dass die Laufbahnseiten der Lagerscheiben dem Axial-Rollenkranz zugewandt sind.
Die Durchführung der Messungen erfolgt analog den Messungen zur Achsausrichtung. Um die gewonnenen Messergebnisse bewerten zu können, ist eine Prüfung/Vermessung des verwendeten Axial-Zylinderrollenlagers notwendig. Da die Messvorrichtung mithilfe eines 32009-Lagers vorgespannt wird, können die Außenringe nur einzeln nacheinander ausgebaut werden.
Vermessung des Axial-Zylinderrollenlagers 81209 TN
Angaben des Herstellers (SKF):
Die Lagerkomponenten Gehäusescheibe, Axial-Rollenkranz und Wellenscheibe wurden einzeln vermessen.
Nach den Einzelvermessungen wurden sie mit Mini-Federzwingen zu einem “Komplettlager” paketiert und als Lagereinheit vermessen. Das Nachsetzzeichen für das Komplettlager “TN” bezieht sich auf die glasfaserverstärkte Käfigausführung aus PA66 (höhermolekulares Polyamid).
Da die Außendurchmesser/Bohrungsdurchmesser der Lagerscheiben nicht für die Lagersitzvermessung relevant sind wurden sie nicht vermessen. Einige Unklarheiten meinerseits bestehen noch in der Interpretation der Herstellerdaten/Toleranzangaben.
… mehr zur Vermessung der Gehäusescheibe (GS 81209) >>>
Gehäusescheibe (⌀-Bohrung 47 mm, ⌀-Außen 73 mm)
Angaben des Herstellers (SKF):
Abmessungen
| Bohrungsdurchmesser | 47 mm |
| Außendurchmesser | 73 mm |
| Höhe | 5.5 mm |
Eigenschaften
| Lagerteil | Gehäusescheibe |
| Werkstoff | Wälzlagerstahl |
| Beschichtung | Ohne |
Gehäusescheiben, GS
| Außendurchmesser | D | Normal, ISO 199:1997, DIN 620-3:1982 |
| Bohrungsdurchmesser | D1 | – |
| Dicke | B | h11 |
| Axialschlag | se | Normal, ISO 199:1997, DIN 620-3:1982 |
Tabelle – Toleranzen für Wellen und Gehäuse
| Lagerkomponente | Vorsetzzeichen | Toleranzklasse1) | |
| Innenzentrierung | Außenzentrierung | ||
| Axial-Zylinderrollenkränze | K | h8 | – |
| Wellenscheiben | WS | h8 | – |
| Gehäusescheiben | GS | – | H9 |
Übernommene und eigene Angaben:
Nennmaß N für Außendurchmesser D : 73 mm
Nennmaß N für Bohrung D1 : 47 mm
Lage Toleranzfeld : h11/H11
Oberes Grenzabmaß U : 0 µm
Höchstmaße Go (⌀-Außen/Innen) : 73,000 / 47,000 mm
Unteres Grenzabmaß L : -19 µm
Mindestmaße Gu (⌀-Außen/Innen) : 72,981 / 46,981 mm
Toleranz : 19 µm
Spanne Zweipunktgrößenmaß tVdsp : 11 µm
Spanne Zweipunktgrößenmaß tVDsp : 14 µm
Nennmaß N für Dicke B der Gehäusescheibe : 5,5 mm
Lage Toleranzfeld Gehäusescheibe : h11
Oberes Grenzabmaß U : ??
Höchstmaß Go Dicke Scheibenhöhe : ??
Unteres Grenzabmaß L : ??
Mindestmaß Gu Dicke Scheibenhöhe : ??
Toleranz : ???
Spanne Zweipunktgrößenmaß tSe : 10 µm
Istmaße[mm]: 01-5,461 02-5,471 03-5,471 04-5,470 05-5,461 06-5,467 07-5,468 08-5,468 09-5,461 10-5,469 11-5,468 12-5,467
… Measurements >>>
Der Mittelwert für die Istmaße beträgt 5,467 mm. Die Mittelwertstreuung von -6 µm/+4 µm entspricht dem angegebenen Zweipunktmaß tSe (Schwankung der Gehäusescheibenhöhe) und ist vom Hersteller für die Toleranzklasse “Normal” mit maximal 10 µm angegeben. Zu klären sind die Toleranzen für die Scheibenhöhe. Zur Zeit ist nur das Nennmaß N und das Zweipunktgrößenmaß tSe bekannt.
… mehr zur Vermessung des Axial-Rollenkranzes (K 81209 TN) >>>
Axial-Rollenkranzes K 81209 TN (⌀-Bohrung 45 mm, ⌀-Außen 73 mm)
Das Nennmaß für die Höhe des Axial-Rollenkranzes entspricht dem Durchmesser der Wälzkörper/Zylinderrollen (Toleranz ISO 12297) und ist im Datenblatt mit 9 mm angegeben.
Angaben des Herstellers (SKF):
Abmessungen
| Bohrungsdurchmesser | 45 mm |
| Außendurchmesser | 73 mm |
| Höhe | 9 mm |
Leistung
| Dynamische Tragzahl | 83 kN |
| Statische Tragzahl | 255 kN |
| Referenzdrehzahl | 1 800 r/min |
| Grenzdrehzahl | 3 600 r/min |
Eigenschaften
| Lagerteil | Rollenkranz |
| Axiale Tragfähigkeit | Einfach wirkend |
| Anzahl der Reihen | 1 |
| Käfig | Nichtmetallisch |
| Toleranzklasse | Normal |
| Werkstoff, Lager | Wälzlagerstahl |
| Beschichtung | Ohne |
Zylinderrollen- und Axiallagerkränze mit Käfig
| Bohrungsdurchmesser | d | E11 |
| Außendurchmesser | D | a13 |
| Nadelrollendurchmesser | Dw | ISO 12297 |
Tabelle – Toleranzen für Wellen und Gehäuse
| Lagerkomponente | Vorsetzzeichen | Toleranzklasse1) | |
| Innenzentrierung | Außenzentrierung | ||
| Axial-Zylinderrollenkränze | K | h8 | – |
| Wellenscheiben | WS | h8 | – |
| Gehäusescheiben | GS | – | H9 |
Istmaße[mm]: 01-8,997 02-8,997 03-8,999 04-8,996 05-8,997 06-8,999 07-8,997 08-8,997 09-8,997, 10-8,998, 11-8,998 12-8,996 13-8,995 14-8,996 15-8,996 16-8,996 17-8,999 18-8,996 19-8,996 20-8,997
… Measurements >>>
Der Mittelwert für die Istmaße der Zylinderrollen/ Axial-Rollenkranzes beträgt 8,997 mm. Die Mittelwertstreuung beträgt -1 µm/+2 µm.
… mehr zur Vermessung der Wellenscheibe (WS 81209) >>>
Wellenscheibe WS 81209 (⌀-Bohrung 45 mm, ⌀-Außen 73 mm)
Angaben des Herstellers (SKF):
Abmessungen
| Bohrungsdurchmesser | 47 mm |
| Außendurchmesser | 73 mm |
| Höhe | 5.5 mm |
Eigenschaften
| Lagerteil | Gehäusescheibe |
| Werkstoff | Wälzlagerstahl |
| Beschichtung | Ohne |
Wellenscheiben, WS
| Bohrungsdurchmesser | d | Normal, ISO 199:1997, DIN 620-3:1982 |
| Außendurchmesser | d1 | – |
| Dicke | B | h11 |
| Axialschlag | si | Normal, ISO 199:1997, DIN 620-3:1982 |
Tabelle – Toleranzen für Wellen und Gehäuse
| Lagerkomponente | Vorsetzzeichen | Toleranzklasse1) | |
| Innenzentrierung | Außenzentrierung | ||
| Axial-Zylinderrollenkränze | K | h8 | – |
| Wellenscheiben | WS | h8 | – |
| Gehäusescheiben | GS | – | H9 |
Übernommene und eigene Angaben:
Nennmaß N für Außendurchmesser D : 73 mm
Nennmaß N für Bohrung d : h11/H11
Oberes Grenzabmaß U : 0 µm
Höchstmaße Go (⌀-Außen/Innen) : 73,000 / 47,000 mm
Unteres Grenzabmaß L : -19 µm
Mindestmaße Gu (⌀-Außen/Innen) : 72,981 / 46,981 mm
Toleranz : 19 µm
Spanne Zweipunktgrößenmaß tVdsp : 11 µm
Spanne Zweipunktgrößenmaß tVDsp : 14 µm
Nennmaß N für Dicke Gehäusescheibe : 5,5 mm
Lage Toleranzfeld : h??
Oberes Grenzabmaß U : ??
Höchstmaß Go Scheibenhöhe : ??
Unteres Grenzabmaß L : ??
Mindestmaß Gu Scheibenhöhe : ??
Toleranz : ???
Spanne Zweipunktgrößenmaß tSe : 10 µm
Istmaße[mm]: 01-5,478 02-5,481 03-5,477 04-5,485 05-5,477 06-5,481 07-5,476 08-5,484
… Measurements >>>
Der Mittelwert der Istmaße beträgt 5,480 mm. Die Mittelwertstreuung von -4 µm/+5 µm entspricht der Schwankung der Wellenscheibenhöhe tSi und ist vom Hersteller für die Toleranzklasse “Normal” mit maximal 10 µm angegeben. Zu klären ist der Widerspruch zwischen h11 und der Toleranz!
… mehr zur Vermessung des Komplettlagers >>>
Komplettlager (GS 81209/ K 81209 TN/ WS 812099)
Die Einzelkomponenten des Axial-Zylinderrollenlagers wurden mit Mini-Federzwingen zu einem “Sandwich/Komplettlager” gepackt und vermessen. Für den Nenndurchmesser der Scheibenbohrungen 30-50 mm ist als Toleranz für die Lagernennhöhe 270 µm im Datenblatt angegeben. Das obere Grenzabmaß U ist mit 20 µm, das untere Grenzabmaß L ist mit -250 µm angegeben. Somit ist das Höchstmaß Go für die Lagerbreite T 20,020 mm, das Mindestmaß Gu beträgt hingegen 19,750 mm.angegeben. Im Gegensatz zu dem 32009-Lager sind bei dem 81209 TN Axiallager keine Schiefstellungen zulässig.
Angaben des Herstellers (SKF):
Abmessungen
| Bohrungsdurchmesser | 45 mm |
| Außendurchmesser | 73 mm |
| Höhe | 20 mm |
Leistung
| Dynamische Tragzahl | 83 kN |
| Statische Tragzahl | 255 kN |
| Referenzdrehzahl | 1 800 r/min |
| Grenzdrehzahl | 3 600 r/min |
Eigenschaften
| Lagerteil | Komplettlager |
| Axiale Tragfähigkeit | Einfach wirkend |
| Anzahl der Reihen | 1 |
| Käfig | Nichtmetallisch |
| Toleranzklasse | Normal |
| Werkstoff, Lager | Wälzlagerstahl |
| Beschichtung | Ohne |
Übernommene und eigene Angaben:
Nennmaß N Lagerhöhe/Lagerbreit T : 20 mm
Oberes Grenzabmaß U : 20 µm
Unteres Grenzabmaß L : -250 µm
Toleranzklasse : h11
Toleranz : 270 µm
Höchstmaß Go : 20,020 mm
Mindestmaß Gu : 19,750 mm
Istmaße[mm]: 01-19,957 02-19,960 03-19,946 04-19,933 05-19,937 06-19,942 07-19,935 08-19,943 09-19,959 10-19,938 11-19,931 12-19,931 13-19,935 14-19,953 15-19,933 16-19,932 17-19,953 18-19,934 19-19,932
Istmaße[mm] (rot-blau): 01-19,946 02-19,933 03-19,937 04-19,938 05-19,931 06-19,931
Der Mittelwert der Istmaße für den Bereich zwischen den roten und blauen Mini-Federzwingen beträgt 19,936 mm.
Istmaße[mm] (blau-gelb): 01-19,942 02-19,935 03-19,935
Der Mittelwert der Istmaße für den Bereich zwischen den blauen und gelben Mini-Federzwingen beträgt 19,937 mm.
Istmaße[mm] (gelb-rot): 01-19,948 02-19,957 03-19,960 04-19,943 05-19,959 06-19,953
Der Mittelwert der Istmaße für den Bereich zwischen den gelben und roten Mini-Federzwingen beträgt 19,953 mm.
Die Höhe/Dicke des Lagers ist vom Hersteller mit 20 mm angegeben, der Messmittelwert der vermessenen Gesamtkomponenten beträgt 19,942 mm. Der Istmaße-Mittelwert der vermessenen Einzelkomponenten beträgt 19,944 mm.
Die Abweichung zur Dicken-Messung der Einzelkomponenten beträgt -2 µm.
Zur Einschätzung/Bewertung bei der ausstehenden Lagersitzvermessung sollte ein Parallelitätswert von ca. 27 µm mit berücksichtigt werden. Ich gehe davon aus, dass der reale Wert bei der Lagersitzvermessung durch die höhere Vorspannung/Anpresskraft und gleichmäßigere Kraftverteilung etwas geringer sein wird.
… Continued in Part 4