DE102007031742B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Geräuschprüfung von Radiallagern - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Geräuschprüfung von Radiallagern, insbesondere von Wälzlagern.
- Radiallager werden häufig in flexiblen Montagesystemen voll- oder teilautomatisch montiert. Eine Qualitätskontrolle erfolgt meist anschließend anhand einer Geräuschprüfung. Die Geräusche von abrollenden Lagern werden dazu aufgezeichnet und ausgewertet. Das Spektrum des Geräusches beschreibt dabei, welche Frequenzanteile im Geräusch enthalten sind. Bei Lagerschäden treten typische Frequenzanteile auf, welche den jeweiligen Schaden klassifizieren. Typische Lagerschäden sind beispielsweise schwellender Lauf aufgrund unrunder Außen-, bzw. Innenringe, schwergängiger Lauf aufgrund von Bauteilfehlern oder Montagefehlern, ”Hacker” aufgrund von verunreinigtem Fett, Spänen und Abdrücken in der Wälzkörperlaufbahn und schlechtes Laufverhalten aufgrund gerissener Außen- bzw. Innenringe.
- Bekannte Geräuschprüfautomaten erfassen den Körperschall des laufenden Lagers mit entsprechenden Sensoren. Zur Prüfung wird einer der beiden Lagerringe, meist der Innenring, durch eine Spindel angetrieben und der andere Lagerring radial oder auch axial belastet. Dabei wird das Lagergeräusch mit einem Körperschallmikrophon aufgenommen, und meist auch das Reibmoment gemessen, verstärkt und zur Anzeige gebracht. Es ist immer eine Berührung des Messaufnehmers mit dem Prüfobjekt erforderlich. Dieses Signal wird meist von einem Bediener ausgewertet, welcher die Prüfung der Lager vornimmt und subjektiv eine Bewertung des Signals vornimmt. Eine automatisierte Auswertung ist ebenso möglich.
- Moderne Montagesysteme für Wälzlager haben einen Ausstoß von sechzig bis achtzig Teilen pro Minute, teilweise können sogar einhundert Teile pro Minute produziert werden. In einer solch hohen Taktfrequenz ist die Prüfung der produzierten Wälzlager mit den bekannten Geräuschprüfautomaten mit Berührungsmessung bisher nicht möglich. Mit diesen können zur Zeit ca. 17 bis 20 Teile pro Minute geprüft werden. Dabei werden meist nacheinander eine Reibmoment-Messung und eine Geräuschmessung durchgeführt. Ein mehrspuriger Aufbau einer solchen Anlage zur Erhöhung des Prüfdurchsatzes ist sehr kostenintensiv und benötigt viel Platz. Bei hohen Qualitätsanforderungen genügt eine Stichprobenprüfung der produzierte Lager allerdings nicht, so dass die Qualitätskontrolle zum Engpass im Produktionsablauf werden kann.
- Seit einigen Jahren hat sich der Einsatz von Laser-Vibrometern zur Schwingungsmessung in der Produktion und auch zur Qualitätskontrolle bewährt. Ebenso ist deren Einsatz bei der Überwachung der Betriebszustände von Lagern bekannt.
- Das Verfahren der Laservibrometrie ist prinzipiell bekannt: Ein fokussierter Laserstrahl wird auf ein Prüfobjekt gerichtet und von dort reflektiert. Der reflektierte Strahl ändert seine Schwingungseigenschaften entsprechend den Schwingungen des Prüfobjektes. Es erfolgt eine Überlagerung des ausgesendeten Strahls (Referenzstrahl) mit dem reflektierten Stahl, wodurch die Schwingung des Prüfobjektes ermittelt wird. Anhand bestimmter Schwingungseigenschaften kann mit einer geeigneten Auswertesoftware auf bestimmte Fehler im Prüfobjekt geschlossen werden.
- Aus der
DE 195 48 158 A1 ist ein Laser-Doppler-Vibrometer zur Messung von Oberflächenschwingungen eines Messobjektes bekannt, der bei beengten Raum- und Platzverhältnissen eine Mehrfachanordnung von Messköpfen aus verschiedenen räumlichen Richtungen zur Beobachtung des Objektes erlaubt. Damit können komplizierte dreidimensionale Schwingungsdaten komplexer Strukturen ermittelt werden. - Die
DE 28 28 311 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Laufruhe eines Lagers einer Brennkraftmaschine während des Betriebes. Die Vorrichtung umfasst einen berührungsfreien optischen Messwertgeber zur Messung der Drehzahl und des Schwingungsverhaltens des Rotors und eine nachgeschaltete Auswerteelektronik. - Aus der
DE 198 28 498 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Unwuchten rotierender Körper bekannt. Mit mindestens zwei Laser-Vibrometern wird gleichzeitig an zwei verschiedenen Stellen beispielsweise einer rotierenden Welle gemessen, wobei die Teilstrahlen der Laser-Vibrometer möglichst orthogonal zur Rotationsachse in einer Ebene ausgerichtet sind. Ein weiterer Sensor wird verwendet, um die Messsignale der Laser-Vibrometer der jeweiligen Lage des Rotors, als Funktion der Zeit und demzufolge auch den Schwingungssignalen zeitlich zuzuordnen. - Die
DE 197 45 321 A1 beschreibt ein Verfahren zur Unwuchtbestimmung und eine Unwuchtmesseinrichtung eines Aggregates mit einem Eigenantrieb. Die Schwingungen werden mittels Laservibrometrie aufgenommen und in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet. - Aus der
US 5 517 858 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Vorspannung eines Wälzlagers bekannt. An einer fixierten Welle werden bei drehendem Außenring die Schwingungen ermittelt. Die Messsignale werden Frequenzwandlern zugeführt und anschließend über Fouriertransformation die Frequenzen der Bauteile des Lagers ermittelt und daraus Berührungswinkel, Lagersteifigkeit und Vorspannung mittels Computereinheiten berechnet. - In der
DE 20 2004 007 637 U1 wird eine Vorrichtung zur Geräuschprüfung von Werkstücken mit einer Einheit zur Schwingungsanregung des Werkstückes und einer Signalaufnahmeeinheit beschrieben. Die Einheit zur Schwingungsanregung und/oder die Signalaufnahmeeinheit sind mit dem Werkstück verfahrbar. Dadurch ist es möglich, dass während des Transportes des Werkstückes die Messung und/oder Anregung vorgenommen werden kann. was eine Beschleunigung des gesamten Messvorganges gestattet. - Die
JP 57060244 A - Der Erfindung liegt ausgehend von der
JP 57060244 A - Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
- Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass eine vollautomatische und besonders sichere Prüfung aller, die Montagestrecke oder bestimmte Abschnitte davon verlassenden Lager innerhalb der Taktzeit der Montagestrecke möglich ist. Die Vorrichtung ist besonders klein und leicht, so dass sie einfach in bestehende Montagesysteme integrierbar ist. Durch die berührungslose Messung kann eine hohe Taktzeit erreicht werden, außerdem verbessert sich die Fehlererkennung durch das erfindungsgemäße Verfahren enorm.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in Zwischenstufen der Produktionskette verwendet werden, wobei Einzelteile geräuschgeprüft werden können, bevor weitere Montageschritte erfolgen.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Prüfteilaufnahme, in der ein Lagerring, vorzugsweise der Lageraußenring eines zu prüfenden Rotationslagers fest einspannbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Antrieb zur Beschleunigung des anderen Lagerringes auf eine Betriebsdrehzahl, vorzugsweise des Innenringes, mit einem Antriebsdorn. Ein Laservibrometer ist derart in der Vorrichtung angeordnet, dass der Laserstrahl auf ein Lagerteil, vorzugsweise auf den feststehenden Außenring gerichtet ist und eine Schwingungsmessung ausführen kann.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Prüfung eines Radiallagers dieses im Produktionstakt eines Montageautomaten in die Prüfteilaufnahme gefördert und der Lageraußenring fest eingespannt. Anschließend wird der Lagerinnenring durch den Antrieb bis zu einer bestimmten Drehzahl, der Betriebsdrehzahl, beschleunigt und diese Drehzahl dann konstant gehalten. Nach einer kurzen Beruhigungszeit wird der feststehende Lageraußenring ca. 100 ms lang mit dem Laser-Vibrometer abgetastet und die Schwingungen werden aufgezeichnet.
- Zur Verkürzung der Prüfzeit erfolgt vorzugsweise während des Abbremsens des Lagerinnenringes durch eine geeignete Hard- und Software einer Auswerteeinheit eine Auswertung der vom Laser-Vibrometer aufgenommenen Schwingungen und die Auswerteeinheit gibt ein Qualitätssignal ”GUT” oder ”AUSSCHUSS” aus, welches vorzugsweise an einer nachfolgend vorgesehene Aussortierstation ausgewertet wird. In der Auswerteeinheit kann weiterhin eine Klassifikation der Lagerfehler erfolgen, um bei ”AUSSCHUSS” einen Rückschluss auf die Fehlerursache zu ermöglichen und diese beispielsweise im Montageprozess zu beseitigen.
- Die Prüfteilaufnahme und das Laser-Vibrometer sind gegenüber der restlichen Anlage schwingungsentkoppelt gelagert, wodurch eine hohe Genauigkeit der Messungen mit einem sicheren Qualitätssignal mit hohem Rauschabstand resultiert.
- Es ist ebenso denkbar, den Lagerinnenring festzuhalten und den Lageraußenring zu beschleunigen, dann müsste ein sogenanntes Rotations-Laser-Vibrometer verwendet werden, welches zwei parallele Laserstrahlen auf die rotierende Oberfläche lenkt und eine entsprechende Auswertung durchführt, oder das zuvor beschriebene Laser-Vibrometer wird auf den feststehenden Innenring gerichtet, was konstruktiv allerdings aufwendiger ist.
- Die Verwendung eines Laser-Vibrometers kommt generell auch zur Geräuschmessung an anderen bewegten, insbesondere rotierenden Funktionseinheiten in Betracht. Für die Auswertung der Messsignale ist aber von Bedeutung, dass die Zusammenhänge zwischen den Geräuschemissionen und den diesen zugrundeliegenden Fehlerquellen bekannt sind, wie dies bei Radiallagern der Fall ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Geräuschprüfung von Radiallagern in einer räumlichen Ansicht; -
2 : eine Prüfteilaufnahme der Vorrichtung in einer räumlichen Ansicht; -
3 : die Vorrichtung gemäß1 in Schnittdarstellungen einer Seiten- und einer Voransicht. - In
1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Geräuschprüfung von Radiallagern in einer räumlichen Darstellung ohne ein zu prüfendes Radiallager gezeigt. Die Vorrichtung umfasst eine Antriebseinheit01 mit einer hydrodynamischen Spindel02 , welche über eine elastische Kupplung03 an einen Servomotor04 als Antrieb gekoppelt ist. Die Antriebseinheit01 umfasst weiterhin eine Kegelaufnahme05 zur Aufnahme einer Abtriebswelle (nicht dargestellt). Die Antriebseinheit01 ist mit einer höhenverstellbaren Lineareinheit06 an einer Traverse07 befestigt. Die Traverse07 ist an einer schwingungsentkoppelten Trägerplatte08 angebracht. - Ein Laser-Vibrometer
09 ist wiederum schwingungsentkoppelt an der Trägerplatte08 befestigt, wobei der Laserstrahl des Laser-Vibrometers09 in Richtung einer ebenfalls auf der Trägerplatte08 montierten Werkzeughalterung10 weist, in welche eine nicht dargestellte Prüfteilaufnahme in eine Öffnung11 einsetzbar ist. - Zur Feineinstellung der Richtung des Laserstrahls und des Abstandes des Laser-Vibrometers
09 zum Prüfobjekt ist eine Feinjustiervorrichtung12 vorgesehen. - Unterhalb der Trägerplatte
08 ist eine Hochstoßereinheit13 angeordnet, um ein aus dem Montageprozess kommendes Prüfteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zuzuführen. Ein Hochstoßerwerkzeug14 ist derart in der Hochstoßereinheit13 angebracht, dass es durch eine Öffnung in der Trägerplatte08 hindurch ein zwischen Trägerplatte08 und Werkzeughalterung10 hindurch geführtes Prüfteil in die Prüfteilaufnahme (nicht dargestellt) transportieren kann, wonach es dort festgespannt wird. -
2 zeigt eine Prüfteilaufnahme16 in einer räumlichen Ansicht. Für verschiedene Lagertypen und -größen sind verschiedene Prüfteilaufnahmen vorgesehen, welche jeweils in die Trägerplatte08 (siehe1 ) eingesetzt werden. Das Auswechseln der Prüfteilaufnahme16 ist sehr schnell und einfach durchzuführen, so dass eine Umrüstung auf einen anderen zu prüfenden Lagertyp problemlos möglich ist. - Die Prüfteilaufnahme
16 umfasst als Antriebswelle (bzw. Abtriebswelle der Antriebseinheit01 ) einen Kegeldorn17 . Eine Niederhalterglocke18 ist federnd in einem Gehäuseteil19 der Prüfteilaufnahme16 gelagert. Eine Aushebeglocke21 ist unterhalb der Niederhalterglocke18 angeordnet. Diese sorgt in Verbindung mit dem Hochstoßerwerkzeug14 (1 ) für eine Zuführung des Prüfteils aus einem nicht dargestellten Transportband in die Prüfteilaufnahme16 . Das Transportband wird vorzugsweise in einer Auflage22 geführt. - In
3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils als Schnittdarstellung in einer Vorderansicht (Abb. a) und einer Seitenansicht (Abb. b) dargestellt. - In die Öffnung
11 der Werkzeughalterung10 ist die Prüfteilaufnahme16 eingesetzt und dort befestigt. Die Aushebeglocke21 ist an dem Hochstoßerwerkzeug14 befestigt. Bei Betätigung des Hochstoßerwerkzeuges wird ein in einem Transportband23 zugeführtes Rotationslager24 in die Prüfteilaufnahme16 transportiert (wie dargestellt). - Ein in der Prüfteilaufnahme
16 angeordnetes Zentrierstück26 greift am Lagerinnenring an und sorgt für den korrekten Sitz des Lagers24 in der Prüfteilaufnahme. Ein am Zentrierstück26 angeordneter Mitnehmer27 ist mit dem Kegeldorn17 antriebswirksam verbunden. Der Lageraußenring wird gegen die Niederhalterglocke18 gedrückt und durch diese festgespannt. Anschließend wird die hydrodynamische Spindel02 auf die Prüfteilaufnahme16 abgesenkt. wobei der Kegeldorn17 in die Kegelaufnahme05 eingreift. Bei Betätigung der Kupplung03 wird der Kegeldorn und damit der Lagerinnenring des Rotationslagers24 angetrieben. - Der Laserstrahl des Laservibrometers
09 ist vorzugsweise über ein Lichtleiterkabel28 durch eine seitliche Öffnung in der Aushebeglocke21 auf den Lageraußenring gerichtet. - Nach der Beschleunigung des Innenringes des Rotationslagers
24 auf die Betriebsdrehzahl wird eine kurze Beruhigungszeit abgewartet, bevor die Schwingungsaufzeichnung mit dem Laservibrometer09 gestartet wird. Die Schwingungen werden ca. einhundert Millisekunden lang aufgezeichtnet. Während dieser Zeit vollführt der Lagerinnenring bei der gewählten Betriebsdrehzahl etwa sechs bis sieben Umdrehungen. - Während der Lagerinnenring abgebremst und das Hochstoßerwerkzeug
14 wieder abgesenkt wird, um das Rotationslager24 wieder dem Transportband23 zuzuführen, wertet eine entsprechende Auswertungssoftware in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit die aufgezeichneten Schwingungen aus und gibt ein Qualitäts- bzw. Fehlersignal, z. B. in Form von ”GUT” oder ”AUSSCHUSS” aus. Das Qualitätssignal wird vorzugsweise an einer nachgeordneten Sortierstation ausgewertet, um die geprüften Lager zu kategorisieren, im einfachsten Fall durch Aussonderung der fehlerbehafteten Lager. - Eine Schwingungsentkopplung vom Montagesystem ist aufgrund der besonders leichten und kompakten Vorrichtung relativ einfach zu erreichen. Zur Schwingungsentkopplung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung von dem Montageautomaten und der Zuführeinrichtung sind Entkopplungselemente
29 vorgesehen. Die Schwingungsentkopplung ist für eine zuverlässige Prüfung der Lager im bzw. direkt anschließend an den Montageprozess unerlässlich. - Bezugszeichenliste
-
- 01
- Antriebseinheit
- 02
- hydrodynamische Spindel
- 03
- Kupplung
- 04
- Servomotor
- 05
- 06
- Lineareinheit
- 07
- Traverse
- 08
- Trägerplatte
- 09
- Laservibrometer
- 10
- Werkzeughalterung
- 11
- Öffnung
- 12
- Feinjustiervorrichtung
- 13
- Hochstoßereinheit
- 14
- Hochstoßerwerkzeug
- 15
- 16
- Prüfteilaufnahme
- 17
- Kegeldorn
- 18
- Niederhalterglocke
- 19
- Gehäuseteil
- 20
- 21
- Aushebeglocke
- 22
- Auflage
- 23
- Transportband
- 24
- Lager
- 25
- 26
- Zentrierstück
- 27
- Mitnehmer
- 28
- Lichtleiterkabel
- 29
- Entkopplungselement
Claims (9)
- Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers (
24 ) mit einem Innenring und einem Außenring, umfassend: – eine Prüfteilaufnahme (16 ), in welche der Innenring oder der Außenring des Radiallagers (24 ) fest einspannbar ist; – eine Antriebseinheit (01 ) zur Beschleunigung des nicht eingespannten Lagerrings; – ein Mittel, zur Erfassung der Schwingungen am Radiallager; – eine Auswerteeinheit, welche in Abhängigkeit der erfassten Schwingungen ein Qualitäts-Signal ausgibt, um das Radiallager zu kategorisieren; dadurch gekennzeichnet, dass – das Mittel zur Erfassung der Schwingungen ein Laservibrometer (09 ) ist, dessen Laserstrahl auf den Innenring oder den Außenring des Radiallagers (24 ) gerichtet ist; – die Antriebseinheit (01 ) mittels einer Lineareinheit (06 ) höhenverstellbar ist und einen Servomotor (04 ), eine hydrodynamische Spindel (02 ) und eine dazwischen geschaltete Kupplung (03 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zuführeinrichtung (
13 ) zur automatischen Zuführung des Prüflings (24 ) in die Prüfteilaufnahme (16 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfteilaufnahme (
16 ) und das Laservibrometer (09 ) schwingungsentkoppelt auf einer Trägerplatte (08 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfteilaufnahme (
16 ) eine Niederhalteglocke (18 ) umfasst, mit der der Außenring des Radiallagers (24 ) in der Vorrichtung fest eingespannt ist und der Innenring über einen Mitnehmer (27 ) mit einem drehbar in der Prüfteilaufnahme (16 ) gelagerten Kegeldorn (17 ) und der Antriebseinheit (01 ) verbunden ist, wobei der Laserstrahl des Laservibrometers (09 ) auf den fest eingespannten Außenring des Radiallagers (24 ) gerichtet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüffrequenz von 60/min bis 100/min entsprechend der Produktionsfrequenz eines angeschlossenen flexiblen Montagesystems einstellbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie an eine Sortierstation gekoppelt ist, welche in Abhängigkeit vom Qualitäts-Signal der Auswerteeinheit diejenigen Prüflinge aussortiert, bei denen die bewegungsbedingte Geräuschentwicklung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
- Verfahren zur Geräuschprüfung eines Radiallagers (
24 ) mit einem Innenring und einem Außenring, folgende Schritte umfassend: – Einspannen des Innenringes oder des Außenringes; – Beschleunigen des nicht eingespannten Lagerringes auf eine Betriebsdrehzahl mittels einer Antriebseinheit (01 ); – Erfassung und Aufzeichnung der Schwingungen am Radiallager (24 ) mittels Laservibrometrie; – Auswertung der Schwingungen und Ausgabe eines Qualitätssignals in Abhängigkeit der erfassten Schwingungen, um das Radiallager (24 ) zu kategorisieren, – wobei die Schwingungen mittels eines Laservibrometers (09 ) erfasst werden, wobei dessen Laserstrahl auf den Innenring oder den Außenring des Radiallagers (24 ) gerichtet wird, – wobei die Antriebseinheit (01 ) mittels einer Lineareinheit (06 ) höhenverstellt wird und einen Servomotor (04 ), eine hydrodynamische Spindel (02 ) und eine dazwischen geschaltete Kupplung (03 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring eingespannt wird und der Innenring beschleunigt wird, wobei die Laservibrometie am eingespannten Außenring erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung der Schwingungen über 100 ms erfolgt, wobei die Betriebsdrehzahl so gewählt ist, dass der Innenring in dieser Zeit sechs bis sieben Umdrehungen vollführt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 H, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20150224 |