DE102009016161B4

DE102009016161B4 - Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers

Info

Publication number: DE102009016161B4
Application number: DE102009016161.9A
Authority: DE
Inventors: Karl Bywalez; Walter Götz; Dieter Röll
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016161A1

Abstract

Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers (03) mit einer gestellfesten Aufnahme (02) für das Radiallager (03), in der ein erstes Lagerteil des Radiallagers (03) fest einspannbar ist, mit einer Antriebseinrichtung (06) zur Beschleunigung eines zweiten Lagerteiles und mit einem Sensor (16) zur Erfassung der Schwingungen des Radiallagers (03) am ersten Lagerteil, wobei sie weiterhin mindestens eine Belastungseinheit zur Krafteinleitung auf das Radiallager (03) mit einem radial auf das Radlager wirkenden Kolben zur Ausübung einer Radialkraft und einem axial auf das Radiallager wirkenden Kolben zur Ausübung einer Axialkraft umfasst, wobei die Krafteinleitung eine reale Beanspruchung des Radiallagers (03) unter Einbaubedingungen simuliert, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft an einer sich von der Aufnahme (02) aus radial erstreckenden Zunge (14) angreift, welche mit der Aufnahme (02) fest verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers, insbesondere eines Wälzlagers.
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 festgehalten. Dabei wird das Lagergeräusch mit einem Körperschallmikrophon aufgenommen, und meist auch das Reibmoment gemessen, verstärkt und zur Anzeige gebracht. Dieses Signal wird z.B. von einem Bediener ausgewertet, welcher die Prüfung der Lager durchführt und subjektiv eine Bewertung des Signals vornimmt. Eine automatisierte Auswertung ist ebenso möglich. Diese belastungsfreie Messung ermöglicht keine Fehlererkennung von Fehlern, die erst bei realer Belastung auftreten.
Aus der DE 10 2005 015 465 A1 ist ein Verfahren und ein Mess- und Analysegerät zum Kategorisieren von Wälzlagerschäden bekannt, welche in eine Maschine integriert sind. Ziel ist es, Lagerschäden zu diagnostizieren, ohne das zu untersuchende Lager aus der Maschine ausbauen und zerlegen zu müssen. Dabei wird ein Sensor an der Oberfläche der das oder die Lager enthaltenden Maschine angebracht. Mit dem Sensor werden die Körperschallschwingungen erfasst und aus dem aufgenommenen Signal des sogenannten „Rucks“ eine Analysefunktion hergeleitet, welche statistisch ausgewertet wird.
Die DE 199 33 924 A1 beschreibt ein Mikrosystem zur Zustandsüberwachung und - diagnose von Maschinen, Anlagen und Baugruppen. Der Schwerpunkt der Überwachung liegt im Bereich von Wälzlagern. Die Überwachung ist zur rechtzeitigen Erkennung von Veränderungen oder Störungen notwendig, wobei auch eine Bestimmung der Restbetriebszeit möglich sein soll.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden meist zur Qualitätskontrolle verwendet, bei der die Geräuschprüfung nicht unter realen Bedingungen bzw. nur an Stichproben erfolgt.
Radlager in Fahrzeugen beispielsweise unterliegen einer sehr hohen Beanspruchung. So offenbart z.B. die Druckschrift US 5 072 611 A eine Vorrichtung zur Prüfung von Teilen eines Flugzeugfahrwerks, wobei eine Felge über Lager auf einer Welle gelagert ist, die über ein Verbindungsmittel mittels hydraulischer Zylinder verbunden ist. Durch die Zylinder kann über das Verbindungsmittel eine axiale oder radiale Last auf die Felge aufgebracht und getestet werden.
Manche Fehler können bei der herkömmlichen Geräuschprüfung nicht erkannt werden, weil sie erst bei realer Belastung auftreten. Jedoch signalisieren Geräusche bei Belastung nicht zwangsläufig eine defektes Radlager. Häufig werden wegen solchen Geräuschen Radlager ausgebaut und reklamiert. Der Hersteller liefert in diesem Fall ein neues Lager. Untersuchungen an den reklamierten Lagern ergaben jedoch, dass ein hoher Prozentsatz der Reklamationen unberechtigt ist, weil die Lager nicht defekt waren.
Die Aufgabe der Erfindung kann also darin gesehen werden, eine Vorrichtung zur Geräuschprüfung an Radiallagern bereitzustellen, die es ermöglicht, eine Prüfung unter realen Einsatzbedingungen des Radiallagers durchzuführen und den Zustand der geprüften Lager zuverlässig zu bewerten.
Die Lösung der Aufgabenstellung gelingt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu Geräuschprüfung umfasst zunächst in bekannter Weise eine Aufnahme zur Halterung eines Radiallagers. Die Aufnahme ist mit einem Gestell ortsfest verbunden. In der Aufnahme ist ein erstes Lagerteil, vorzugsweise ein Lageraußenring fest eingespannt. In ein zweites Lagerteil, vorzugsweise den Lagerinnenring, greift eine Antriebseinrichtung, vorzugsweise eine Antriebsspindel ein, mit welcher der Lagerinnenring beschleunigt werden kann.
An der Aufnahme ist außerdem in bekannter Weise sein Sensor, vorzugsweise ein Beschleunigungssensor zur Erfassung der Schwingungen am fest eingespannten Lagerteil, hier also dem Lageraußenring, bei Beschleunigung des angetriebenen Lagerteils, hier dem Lagerinnenring, vorgesehen.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Belastungseinheit zur Krafteinleitung auf das Radiallager. Dabei werden Kräfte auf das beschleunigte Radiallager eingeprägt, welche auch bei realer Belastung des Radiallagers auftreten.
Besonders bevorzugt wird die Erfindung zur Prüfung von Radlagern eingesetzt, welche unter realen Betriebsbedingungen enorm hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass eine zuverlässige Bewertung des Zustandes eines Radiallagers unter Betriebsbedingungen möglich ist, welches als defekt reklamiert wurde. Damit werden insbesondere Kosten für den Ersatz der tatsächlich nicht defekten Radiallager eingespart.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Belastungseinheit eine radiale und eine axiale Komponente. Vorzugsweise werden pneumatische Kolben verwendet, welche nach Beschleunigung des Lagerinnenrings in radialer und axialer Richtung an die Aufnahme angreifen, also an dem fest eingespannten Lageraußenring wirken.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsspindel in einer geräuschreduzierten Hilfslagerung gelagert, um die Geräusche des zu prüfenden Lagers mit möglichst wenig Fremdgeräuschen zu überdecken. Vorzugsweise ist an der Antriebsspindel an dem der Aufnahme entgegengesetzten Ende eine permanente Stützlagerung vorgesehen, um die auf die Antriebsspindel wirkenden Kräfte zu kompensieren.
Die Belastungseinheit umfasst eine radiale und eine axiale Komponente zur Krafteinleitung auf das Lager, welche in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als radial bzw. axial an die Aufnahme angreifende Hubkolben ausgeführt sind. Die Axialkraft greift an eine sich von der Aufnahme aus radial erstreckende Zunge an, welche mit der Aufnahme fest verbunden ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers in einer Längsschnittdarstellung. In einem Gestell 01 ist eine gestellfest angeordnete Aufnahme 02 zur Aufnahme eines zur prüfenden Radiallagers 03 vorgesehen. In der Aufnahme 02 ist ein Lageraußenring 04 fest einspannbar.
In dem Gestell 01 ist weiterhin eine Antriebseinrichtung 06 mit einer Antriebsspindel 07 und einem nicht dargestellten Antriebsmotor zur Drehung der Antriebsspindel in Richtung des Drehpfeiles 08 um eine Rotationsachse 09 vorgesehen.
Die Lagerung der Antriebsspindel 07 im Gestell 01 erfolgt durch geräuschreduzierte Hilfslager 10. Die Hilfslager 10 haben beispielsweise verbesserte Oberflächen oder eine spielfreie Anstellung zur Geräuschreduzierung. An dem einen freien Ende der Antriebsspindel 07 (in der Darstellung links) ist ein Aufnahmezapfen 11 vorgesehen, welcher in einen Lagerinnenring 12 antriebswirksam eingreift. An dem, dem Radiallager 03 entgegengesetzten Ende der Antriebsspindel 07 ist eine vorzugsweise permanente Stützlagerung 13 vorgesehen.
Eine Belastungseinheit umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen nicht dargestellten, radial auf die Aufnahme wirkenden Kolben zur Ausübung einer Radialkraft F_rad und einen ebenfalls nicht dargestellten Kolben zur Ausübung einer Axialkraft F_ax. Die Kolben sind vorzugsweise pneumatische Kolben, welche preisgünstiger sind, als hydraulische.
Die Axialkraft F_ax greift an eine sich von der Aufnahme 02 aus radial erstreckende Zunge 14 an, welche mit der Aufnahme 02 fest verbunden ist. Dabei kann ein Radius R_dyn für den Angriffspunkt der Axialkraft eingestellt werden.
Die Ansteuerung der Kolben wird vorzugsweise durch eine Steuereinheit vorgenommen, in der verschiedene Belastungsmuster voreingestellt sind. Die Krafteinwirkung der Axialkraft und der Radialkraft ist unabhängig voneinander separat oder über ein wählbares Belastungsmuster einstellbar. Die Belastungsmuster enthalten voreingestellte Werte für die Axialkraft F_ax und Radialkraft F_rad, welche sich in Dauer, Periode und Amplitude der Kräfte unterscheiden.
Die Radial- und Axialkräfte werden symmetrisch auch am Stützlager 13 eingeprägt, um Unwuchten der Vorrichtung zu kompensieren.
Ein Sensor 16, vorzugsweise ein Beschleunigungsaufnehmer, ist an der Aufnahme 02 angebracht, um die Schwingungen des Radiallagers 03 zu erfassen. Die Signale des Sensors 16 werden einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt und können maschinell oder manuell in bekannter Weise ausgewertet werden.
Bezugszeichenliste

01: Gestell
02: Aufnahme
03: Radiallager
04: Lageraußenring
05: -
06: Antriebseinrichtung
07: Antriebsspindel
08: Drehpfeil
09: Rotationsachse
10: Hilfslager
11: Aufnahmezapfen
12: Lagerinnenring
13: Stützlagerung
14: Zunge
15: -
16: Sensor

Claims

Vorrichtung zur Geräuschprüfung eines Radiallagers (03) mit einer gestellfesten Aufnahme (02) für das Radiallager (03), in der ein erstes Lagerteil des Radiallagers (03) fest einspannbar ist, mit einer Antriebseinrichtung (06) zur Beschleunigung eines zweiten Lagerteiles und mit einem Sensor (16) zur Erfassung der Schwingungen des Radiallagers (03) am ersten Lagerteil, wobei sie weiterhin mindestens eine Belastungseinheit zur Krafteinleitung auf das Radiallager (03) mit einem radial auf das Radlager wirkenden Kolben zur Ausübung einer Radialkraft und einem axial auf das Radiallager wirkenden Kolben zur Ausübung einer Axialkraft umfasst, wobei die Krafteinleitung eine reale Beanspruchung des Radiallagers (03) unter Einbaubedingungen simuliert, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft an einer sich von der Aufnahme (02) aus radial erstreckenden Zunge (14) angreift, welche mit der Aufnahme (02) fest verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass ein radialer Abstand (Rdyn) des Angriffspunktes des axial wirkenden Kolbens von einer Rotationsachse (09) des Radiallagers (03) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben pneumatische Hubkolben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil ein Lageraußenring (04) und das zweite Lagerteil ein Lagerinnenring (12) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (06) eine Antriebsspindel (07) umfasst, an deren ersten freien Ende ein Aufnahmezapfen (11) befestigt ist, der in den Lagerinnenring (12) antriebswirksam eingreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein permanentes Stützlager (13) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (13) an einem dem ersten freien Ende der Antriebsspindel (07) entgegengesetzten zweiten freien Ende der Antriebsspindel (07) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Belastungseinheit zur symmetrischen Krafteinleitung auf das Stützlager (13) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (06) eine geräuschreduzierte Hilfslagerung (10) umfasst.