DE102012206655B4

DE102012206655B4 - Verfahren zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement und einem abzudichtenden Bauteil und Messelement hierfür

Info

Publication number: DE102012206655B4
Application number: DE102012206655.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Kogler; Wolfgang Swete; Erich Pfandl
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: DE102012206655A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement (1) und einem abzudichtenden Bauteil (2), wobei es die Schritte aufweist:a) Bereitstellen eines Messelements (3), das einen Messabschnitt (4) aufweist, mit dem eine radial wirkende Kraft (F) zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) gemessen werden kann;b) Einschieben des Messabschnitts (4) zwischen das Dichtungselement (1) und das Bauteil (2);c) Erfassen und Registrieren der zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) wirkenden radialen Kraft (F), dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt (4) aus drei Teilabschnitten (4', 4") besteht, die zumindest teilweise als flache parallel zueinander verlaufende Streifen mit freiem axialen Ende ausgebildet sind, wobei bei der Erfassung der zwischen Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) wirkenden radialen Kraft (F) gemäß Schritt c) die Kraft gemessen wird, die zwischen dem mittleren der drei Teilabschnitte (4") und den beiden seitlichen Teilabschnitten (4') auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement und einem abzudichtenden Bauteil. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Messelement zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DD 0 152 194 A1 bekannt. Eine gattungsgemäße Vorrichtung zeigt die US 4 703 662 A . Ein Biegebalkensensor ist aus der DE 100 36 495 A1 bekannt.
Maschinenanordnungen mit Wellenelementen, die mittels Radialwellendichtungen abgedichtet werden, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Insbesondere im Großdichtungsbereich bzw. Großlagerbereich werden Radialdichtungen mit Zugfedern (Ringfedern) als Element zur Erzeugung einer hinreichenden Vorspannung des Dichtungselements (d. h. der Dichtlippe) gegen die Welle versehen. Um die Funktion der Dichtungsanordnung zu gewährleisten, wird ein gleichmäßiger Einbau der Ringfeder, vor allem hinsichtlich der axialen Dehnung der Feder in Umfangsrichtung, angestrebt.
Eine wesentliche Kenngröße, die darüber Auskunft gibt, ob die Dichtungsanordnung ordnungsgemäß montiert ist, ist die Kontaktkraft zwischen dem Dichtungselement (d. h. der Dichtlippe) und ihrer Anlauffläche an der Welle, d. h. die radiale Vorspannkraft, die vom Dichtungselement auf die Welle ausgeübt wird.
Es ist bekannt geworden, bei kleineren Dichtungsanordnungen Messapparate zu verwenden, die aus zwei Halbschalen bestehen, die durch die Andruckkraft des Dichtungselements verformt werden, so dass beispielsweise über Dehnmessstreifen die radiale Andruckkraft des Dichtungselements bestimmt werden kann. Diese Möglichkeit scheidet bei größeren Dichtungsanordnungen, wie sie für Großlager benötigt werden, allerdings aufgrund der Größe der Vorrichtungen aus, die hierfür notwendig wären; Messgeräte für Großdichtungen wären, aus Halbschalen gefertigt, viel zu groß und somit wirtschaftlich nicht realisierbar. Daher wird die radiale Vorspannkraft, mit der das Dichtungselement eine Welle beaufschlagt, bei größeren Dichtungsanordnungen bis dato nicht näher überprüft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen und ein hierfür taugliches Messelement bereitzustellen, mit dem es möglich ist, auch an großen Dichtungsanordnungen, wie sie insbesondere bei Großlagern benötigt werden, in einfacher Weise die radiale Vorspannkraft zwischen einer Dichtlippe und einem abzudichtenden Bauteil zu ermitteln und zu dokumentieren. Hiermit soll insbesondere in einfacher Weise geprüft werden können, ob die Montage der Dichtungsanordnung einwandfrei ist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den Schritten:

a) Bereitstellen eines Messelements, das einen Messabschnitt aufweist, mit dem eine radial wirkende Kraft zwischen dem Dichtungselement und dem Bauteil gemessen werden kann;
b) Einschieben des Messabschnitts zwischen das Dichtungselement und das Bauteil;
c) Erfassen und Registrieren der zwischen dem Dichtungselement und dem Bauteil wirkenden radialen Kraft,

Bevorzugt werden dabei mehrere Messwerte in Umfangsrichtung zwischen dem Dichtungselement und dem Bauteil erfasst und registriert.
Vorzugsweise erfolgt eine elektronische Erfassung der radial wirkenden Kraft zwischen dem Dichtungselement und dem Bauteil über dem Umfang.
Mit dem Verfahren wird bevorzugt ein Dichtungselement samt Bauteil vermessen, wobei der Durchmesser der Kontaktfläche zwischen Dichtungselement und Bauteil mindestens 500 mm, vorzugsweise mindestens 1.000 mm, beträgt. Demgemäß handelt es sich um eine Dichtungsanordnung, die vor allem in einem Großlager eingesetzt wird.
Die radiale Vorspannkraft wird dabei insbesondere zwischen einer Dichtlippe einer Radialwellendichtung und einer Welle gemessen.
Das Messelement zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement, insbesondere einer Dichtlippe einer Radialwellendichtung, und einem abzudichtenden Bauteil, insbesondere einer Welle, zeichnet sich dadurch aus, dass das Messelement einen Messabschnitt aufweist, der mindestens einen ersten Teilabschnitt und mindestens einen zweiten Teilabschnitt aufweist, wobei der zweite Teilabschnitt relativ zum ersten Teilabschnitt in eine Messrichtung verschiebbar ist, wobei ein Messmittel angeordnet ist, um die zwischen dem ersten Teilabschnitt und dem zweiten Teilabschnitt wirkende Kraft in Messrichtung zu erfassen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein zweiter Teilabschnitt zwischen zwei parallel zueinander angeordneten ersten Teilabschnitten angeordnet ist, wobei die Teilabschnitte zumindest abschnittsweise als flache Streifen ausgebildet sind und wobei die Teilabschnitte ein freies axiales Ende aufweisen.
Das Messmittel kann ein Dehnmessstreifen sein oder einen solchen umfassen.
Die Höhe dieser streifenartigen Teilabschnitte in Messrichtung beträgt vorzugsweise maximal 3 mm, besonders bevorzugt maximal 1,5 mm.
Besagte Abschnitte können mit seitlichen Abrundungen versehen sein; gleichermaßen kann die Stirnseite der Abschnitte abgerundet sein. Hierdurch wird eine Beschädigung der Dichtungsanordnung beim Einschieben des Messelements verhindert.
Erfindungsgemäß wird also die Kontaktkraft zwischen Dichtungsanordnung (Dichtlippe) und abzudichtendem Bauteil (Welle) lokal gemessen, indem man das genannte Messelement mit seinem messsensitiven Bereich zwischen die Welle und die Dichtung im eingebauten Zustand der Dichtungsanordnung einführt.
Der Verformungsbereich des Messfühlers ist dabei so definiert bzw. gewählt, dass er im verformten Zustand immer noch einen Abstand zur Welle hat, d. h. nicht auf Block anliegt und so stets brauchbare Messwerte liefert.
Das Messgerät wird entlang des Umfangs (d. h. in Umfangsrichtung) zwischen Welle und Dichtung bewegt. Somit erhält man den Verlauf der Kontaktkraft bzw. radialen Andruckkraft über dem Umfangswinkel. Sollten in diesem Verlauf Unregelmäßigkeiten erkennbar sein, ist dies ein Indiz für eine ungleichmäßige und somit nicht ordnungsgemäße Federmontage.
Dabei besteht natürlich die Möglichkeit einer elektronischen Verarbeitung der gemessenen Daten.
Die Messung der Anpresskraft, d. h. der radialen Vorspannkraft, kann im fertig montierten Zustand der Dichtungsanordnung erfolgen, insbesondere an der tatsächlichen Anwendung vor Ort. Die Messung kann also nicht nur an einem Prüfstand zwecks Dokumentation verwendet werden, sondern auch in der tatsächlichen Anwendung, wo sie als Qualitätskontrolle des Montagevorgangs genutzt werden kann.
Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise bzw. dem erläuterten Vorspannkraft-Messelement kann auch an bereits benutzten und somit jedenfalls teilweise verschlissenen Dichtungen im Einbauraum überprüft werden, wie sich die Kontaktkraft zwischen Dichtungselement und Welle während der Laufzeit verändert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 einen Radialschnitt durch ein Maschinenteil, das eine abzudichtende Welle und eine Radialwellendichtung umfasst,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1, wobei ein Messelement zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement der Radialwellendichtung und der Welle in Arbeitsposition gebracht ist,
3 einen Teil des Messelements zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft, gesehen aus der Richtung A gemäß 2, und
4 den Schnitt B-C gemäß 3.

In 1 und 2 ist ein abzudichtendes Bauteil in Form einer Welle 2 zu sehen, wobei zur Abdichtung eine Radialwellendichtung 5 eingesetzt wird. Die Radialwellendichtung 5 weist in bekannter Weise ein Dichtungselement 1, d. h. eine Dichtlippe auf, die mittels einer Ringfeder 7 so vorgespannt ist, dass die Dichtlippe 1 mit einer radialen Kraft F an der Welle 2 anliegt. Die Ringfeder 7 läuft wie die Dichtlippe 1 selber in Umfangsrichtung U um.
Der wirksame Durchmesser des Dichtungselement 1 ist mit D angegeben. Es handelt sich vorliegend um eine Dichtungsanordnung für ein Großlager, so dass der Durchmesser D mindestens 500 mm beträgt.
Um die wirksame Vorspannkraft in radialer Richtung r zu ermitteln, kommt ein Messelement 3 zum Einsatz, das in 1 an der Dichtungsanordnung angesetzt, aber noch nicht in Arbeitsposition gebracht ist. In 2 ist das Messelement 3 indes in Arbeitsposition gebracht, d. h. ein Messabschnitt 4 ist zwischen die Dichtlippe 1 und die Welle 2 eingeschoben. Demgemäß ist das Messelement 3 von der Position gemäß 1 in Pfeilrichtung axial verschoben worden, so dass es in der Position gemäß 2 zu liegen kommt.
Die Ausgestaltung des Messelements 3 geht aus der Zusammenschau der 2, 3 und 4 hervor.
Demgemäß weist der Messabschnitt 4 des Messelements drei zungen- oder streifenförmige Teilabschnitte auf, nämlich einen zentralen zweiten Teilabschnitt 4", der von zwei ersten Teilabschnitten 4' flankiert wird (s. 3). Der zweite Teilabschnitt 4" ist radial relativ zu den beiden ersten Teilabschnitten 4' versetzt, s. 4, so dass sich im lastfreien Zustand ein Federweg x ergibt. Die Höhe h der Teilabschnitte 4', 4" ist relativ klein, z. B. 1 mm, so dass es in einfacher Weise möglich ist, den Messabschnitt 4 des Messelements 3 zwischen die Dichtlippe 1 und die Welle 2 einzuschieben.
Am zweiten Teilabschnitt 4" bzw. in dessen Verlängerung ist ein Messmittel 6 in Form eines Dehnmessstreifens angeordnet. Über diesen ist es möglich, aufgrund einer kraftbedingten Verformungen des zweiten Teilabschnitt 4" relativ zu den beiden ersten Teilabschnitten 4' die Kraft F zu bestimmen, die bei besagter Verformung herrscht. In 4 ist hierzu angegeben, dass eine Kraft F vollständig über den Teilabschnitt 4" und jeweils hälftig über die beiden Teilabschnitte 4' übertragen wird. Folglich ist es diese Kraft F, die als radiale Vorspannkraft zwischen der Dichtlippe 1 und der Welle 2 gemessen wird, wenn der Messabschnitt 4 zwischen diese Teile eingeschoben wird, wie es 2 zeigt.
Wird nun das Messelement 3 allmählich in Umfangsrichtung U bewegt, können nach und nach die Messwerte aufgenommen werden, um den Verlauf der radialen Vorspannkraft zwischen der Dichtlippe und der Welle über dem Umfang aufzuzeigen.
Demgemäß kann nicht nur kontrolliert werden, ob der Einbau der Dichtungsanordnung ordnungsgemäß erfolgte, d. h. die Ringfeder 7 richtig, d. h. gleichmäßig eingebaut wurde. Es ist darüber hinaus auch möglich, die Qualität der Dichtungsanordnung zu beurteilen. Gegebenenfalls kann so auch der Verschleißzustand der Dichtungsanordnung überwacht werden und so rechtzeitig erkannt werden, wann ein Wechsel erforderlich ist.
Es wird so in sehr einfacher Weise möglich, am fertig montierten System die Dichtungsfunktion zu überprüfen. Dies ist insbesondere im Falle von Großlagerdichtungen vorteilhaft, die sich bislang gar nicht in der erläuterten wirtschaftlichen Weise haben überprüfen lassen.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungselement (Dichtlippe)
2: abzudichtendes Bauteil (Welle)
3: Messelement
4: Messabschnitt
4': erster Teilabschnitt
4": zweiter Teilabschnitt
5: Radialwellendichtung
6: Messmittel (Dehnmessstreifen)
7: Ringfeder
F: radial wirkende Kraft
U: Umfangsrichtung
D: Durchmesser der Kontaktfläche zwischen Dichtungselement und Bauteil
r: Messrichtung (radiale Richtung)
h: Höhe der Teilabschnitte
x: Federweg

Claims

Verfahren zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement (1) und einem abzudichtenden Bauteil (2), wobei es die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Messelements (3), das einen Messabschnitt (4) aufweist, mit dem eine radial wirkende Kraft (F) zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) gemessen werden kann; b) Einschieben des Messabschnitts (4) zwischen das Dichtungselement (1) und das Bauteil (2); c) Erfassen und Registrieren der zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) wirkenden radialen Kraft (F), dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt (4) aus drei Teilabschnitten (4', 4") besteht, die zumindest teilweise als flache parallel zueinander verlaufende Streifen mit freiem axialen Ende ausgebildet sind, wobei bei der Erfassung der zwischen Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) wirkenden radialen Kraft (F) gemäß Schritt c) die Kraft gemessen wird, die zwischen dem mittleren der drei Teilabschnitte (4") und den beiden seitlichen Teilabschnitten (4') auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messwerte in Umfangsrichtung (U) zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) erfasst und registriert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Erfassung der radial wirkenden Kraft (F) zwischen dem Dichtungselement (1) und dem Bauteil (2) über dem Umfang (U) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Dichtungselement (1) samt Bauteil (2) vermessen wird, wobei der Durchmesser (D) der Kontaktfläche zwischen Dichtungselement (1) und Bauteil (2) mindestens 500 mm, vorzugsweise mindestens 1.000 mm, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Vorspannkraft zwischen einer Dichtlippe (1) einer Radialwellendichtung (5) und einer Welle (2) gemessen wird.
Messelement (3) zur Ermittlung der radialen Vorspannkraft zwischen einem Dichtungselement (1), insbesondere einer Dichtlippe einer Radialwellendichtung (5), und einem abzudichtenden Bauteil (2), insbesondere einer Welle, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Messelement (3) einen Messabschnitt (4) aufweist, der mindestens einen ersten Teilabschnitt (4') und mindestens einen zweiten Teilabschnitt (4") aufweist, wobei der zweite Teilabschnitt (4") relativ zum ersten Teilabschnitt (4') in eine Messrichtung (r) verschiebbar ist, wobei ein Messmittel (6) angeordnet ist, um die zwischen dem ersten Teilabschnitt (4') und dem zweiten Teilabschnitt (4") wirkende Kraft (F) in Messrichtung (r) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Teilabschnitt (4") zwischen zwei parallel zueinander angeordneten ersten Teilabschnitten (4') angeordnet ist, wobei die Teilabschnitte (4', 4") zumindest abschnittsweise als flache Streifen ausgebildet sind und wobei die Teilabschnitte (4', 4") ein freies axiales Ende aufweisen.
Messelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (6) ein Dehnmessstreifen ist oder einen solchen umfasst.
Messelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der streifenartigen Teilabschnitte (4', 4") in Messrichtung (r) maximal 3 mm beträgt, vorzugsweise maximal 1,5 mm.