DE102007037573A1

DE102007037573A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Akustik und des Reibmomentes von axial belasteten Lagern

Info

Publication number: DE102007037573A1
Application number: DE200710037573
Authority: DE
Inventors: Erich Berroth; Marko Grbavac
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung des aktustischen Verhaltens und des Reibmomentes von axial belasteten Kugellagern, wobei auf das zu prüfende rotierende Lager eine axiale Kraft eigeleitet wird und die Messdaten mit einem Messglied zur Bestimmung des Drehmomentes und mit einem Beschleunigungsaufnehmer zur Bestimmung der Akustik des Lagers aufgenommen werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die axiale Kraft berührungslos durch einen Elektromagneten auf eine direkt mit dem Lager verbundene Scheibe eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dem die Akustik und das Reibmoment von Kugellagern unter axialer Kraft gemessen werden kann sowie eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.
Die zu prüfenden Lager werden in Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen bzgl. der Akustik z. B. in einer Lenkvorrichtung für Automobile eingesetzt. Das Lager in einer elektrischen Zahnstangenlenkung, welches die Zahnstange und den Kugelgewindetrieb aufnimmt, muss hauptsächlich axiale Kräfte aufnehmen. Mit steigender axialer Belastung verschieben sich die Punkte, an denen die Wälzkörper im Kugellager die Laufbahnen am Innen- und Außenring berühren. Die gesamte Laufbahn mit der die Kugel in Abhängigkeit der axialen Belastung in Berührung kommt, muss daher eine sehr glatte Oberfläche haben. Wird der Finish-Prozess bei der Herstellung des Kugellagers nicht vollständig über die komplette Kugellaufbahn ausgeführt, weisen diese Stellen eine raue Oberfläche auf. Daraus resultieren Akustikprobleme.
Zur Qualitätssicherung derartiger Lager ist es daher erforderlich, das Reibmoment und das akustische Verhalten bei axialer Belastung messen zu können.
Geräte zur Messung des Drehmomentes und der Akustik sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen Prüfgeräten wird eine axiale Kraft mechanisch, z. B. mit Hilfe von Zylindern, aufgebracht. Die Kraft muss jedoch abgestützt werden, weshalb ein weiteres Axiallager in Eingriff gebracht wird. Das zweite Lager des Prüfgerätes erzeugt aber – z. B. durch den eigenen Verschleiß – schädliche Einflüsse auf die Messung, so dass das zu prüfende Lager nicht allein beurteilt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung anzugeben, mit dem das Reibmoment und das akustische Verhalten eines zu prüfenden Kugellagers ohne den störenden Einfluss eines zweiten Lagers gemessen werden kann. Darüber hinaus umfasst diese Erfindung ein Verfahren, welches mit Hilfe der Messvorrichtung die Messung durchführen kann.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Messvorrichtung und durch das im Anspruch 5 offenbarte Verfahren gelöst.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein berührungsloses Einleiten der Axialkraft auf das zu prüfende Lager durch einen Elektromagneten. Dadurch werden störende Einflüsse beim Wirken der Axialkraft ausgeschlossen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1 Aufbau der Messvorrichtung
Die Messvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Lagerbock 1, einen abkuppelbaren elektrischen Motor (nicht dargestellt), einer Planscheibe 6 mit einer Antriebswelle 5, einem Elektromagneten 7 und drei Messgliedern 8, 9, 10. Das zu prüfende Kugellager 2 wird mit Hilfe eines Gewinderinges 3 in einer Öffnung des Lagerbocks 1 fixiert. Die Antriebswelle 5 mit der Planscheibe 6 wird mit Hilfe eines Gewinderinges 4 an dem Lagerinnenring befestigt und an den Motor gekoppelt. Anschließend wird der Elektromagnet 7 parallel zur Planscheibe 6 positioniert. Dabei kann durch den Abstand zwischen der Planscheibe 6 und dem Elektromagnet 7 die Axialkraft eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Axialkraft durch Verändern der elektrischen Spannung am Magneten 7 variiert werden. Der Lagerinnenring wird durch die Axialkraft auf eine Seite des Lageraußenringes gezogen.
Die Messvorrichtung umfasst ein Messglied 8 zur Messung des Drehmomentes, ein Messglied 9 zur Messung der Axialkraft und einen Beschleunigungsaufnehmer 10 zur Messung der Akustik.
Zur Vorbereitung der Akustikmessung wird zunächst der Motor von der Antriebswelle 5 durch eine Kupplung getrennt. Dadurch können die vom Motor erzeugten Vibrationen, die z. B. über den Boden auf das Lager übertragen werden, mit dem Beschleunigungssensor 10 gemessen werden.
Nun findet die eigentliche Messung statt. Der Motor wird durch Schließen der Kupplung mit der Antriebswelle 5 verbunden und bringt so das zu prüfende Lager 2 zur Rotation. Mit dem Elektromagneten 7 wird über die Planscheibe 6 eine definierte Axialkraft auf das Lager 2 geleitet.
Die tatsächlich vom Lager erzeugte Akustik ergibt sich aus der Differenz von den jetzt gemessenen akustischen Werten und den Ergebnissen von der Vorbereitungsmessung.
Das Reibmoment des Lagers bei Wirken der Axialkraft wird mit einem Messglied 8 bestimmt, welches an der Antriebswelle angeordnet ist.
Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 6 und 9 angegeben.
Um das Lager ausreichend beurteilen zu können, kann bei der Messvorrichtung die Akustik des Lagers drehzahlabhängig bestimmt werden. Dabei wird dem elektrischen Motor bei konstanter Axialkraft ein Hochlauf der Drehzahl vorgegeben.
Die Akustik des Lagers kann auch lastabhängig beurteilt werden, indem bei konstanter Motordrehzahl die Spannung des Elektromagneten erhöht wird, wodurch die Axialkraft kontinuierlich gesteigert wird.
Weiterhin kann mit dieser Messvorrichtung der Wirkungsgrad des Lagers bestimmt werden. Bei dieser Messung werden gleichzeitig die Drehzahl des Motors und die Axialkraft kontinuierlich erhöht.

1: Lagerbock
2: Kugellager
3: Gewindering
4: Gewindering
5: Antriebswelle
6: Planscheibe
7: Elektromagnet
8: Messglied für Drehmoment
9: Messglied für Axialkraft
10: Beschleunigungsaufnehmer für Akustik

Claims

Messvorrichtung zur Messung des akustischen Verhaltens und des Reibmomentes von axial belasteten Kugellagern, wobei auf das zu prüfende rotierende Lager eine axiale Kraft eingeleitet wird und die Messdaten mit einem Messglied zur Bestimmung des Drehmomentes und mit einem Beschleunigungsaufnehmer zur Bestimmung der Akustik des Lagers aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kraft berührungslos durch einen Elektromagneten auf eine direkt mit dem Lager verbundene Scheibe eingeleitet wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen elektrischen Motor umfasst, der über eine Kupplung die Antriebswelle und das Lager zur Rotation bringt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor durch eine Kupplung abgekuppelt werden kann.
Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft durch den Abstand zwischen dem Elektromagneten und der Scheibe, und über die elektrische Spannung des Elektromagneten eingestellt werden kann.
Verfahren zur Messung des akustischen Verhaltens und des Reibmomentes von axial belasteten Kugellagern, dadurch gekennzeichnet, dass es die Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 verwendet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Verhalten des Lagers aus der Differenz der Messwerte mit eingekuppelten und mit ausgekuppeltem Motor bestimmt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Akustik des Lagers drehzahlabhängig bestimmt wird, indem dem elektrischen Motor bei konstanter Axialkraft ein Hochlauf der Drehzahl vorgegeben wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Akustik des Lagers lastabhängig bestimmt wird, indem bei konstanter Motordrehzahl die elektrische Spannung des Elektromagneten erhöht wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Wirkungsgrades das Reibmoment gemessen wird, während gleichzeitig die Drehzahl des Motors und die Axialkraft kontinuierlich erhöht werden.