DE102013107560A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Wälzkörpern mittels Ultraschall - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von Wälzkörpern mittels Ultraschall sowie eine Wälzkörperprüfanordnung mit einer elektronischen Steuerung und zumindest einer Ultraschallmesseinrichtung.
- Es ist aus der Praxis bekannt, Bauteile mittels Ultraschall zerstörungsfrei auf Materialfehler zu prüfen, wobei Ultraschall über eine zu prüfende Oberfläche in das Material geleitet wird und wobei Fehlstellen an der Oberfläche des Bauteils sowie in dem Material des Bauteils die akustischen Eigenschaften, insbesondere die Reflexion der Ultraschallwellen verändern. Neben oberflächlichen Rissen und Fehlstellen können auch Fehlstellen, Hohlräume, Einschlüsse oder Gefügeabweichungen in dem Volumen des Materials festgestellt werden. Die Ultraschallprüfung wird häufig bei gleichmäßigen Oberflächen, insbesondere bei Rohren oder dergleichen eingesetzt.
- Aus der
US 2007/0289385 A1 - Die Laufflächen eines Wälzlagers sind bei dem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wälzlagers erheblichen Belastungen ausgesetzt, wobei ein gewisser Verschleiß üblich ist. So ist es bekannt, dass bei einem Wälzlager an den Laufflächen typische Benutzungsspuren auftreten, anhand derer eine Verschleißbewertung möglich ist. Durch Ultraschall identifizierbare Fehlstellen bergen dagegen die Gefahr einer plötzlichen Verschlechterung der Lagereigenschaften.
- Aus der
DD 266848 A1 DD 266848 A1 - Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung oder Wartung von Wälzlagern mit einfachen Mitteln ein erhöhtes Maß an Sicherheit gegen Fehlfunktionen zu erreichen.
- Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren zur Prüfung von Wälzkörpern mittels Ultraschall gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Wälzkörperprüfanordnung gemäß Patentanspruch 7.
- Erfindungsgemäß erfolgt eine Prüfung von Wälzkörpern mittels Ultraschall, wobei die Wälzkörper einzeln einer Ultraschallmesseinrichtung zugeführt werden, wobei die Wälzkörper in der Ultraschallmesseinrichtung bewegt und einer Ultraschallmessung unterzogen werden und wobei abhängig von einem Ergebnis der Ultraschallmessung die einzelnen Wälzkörper als fehlerhaft oder nicht fehlerhaft klassifiziert werden.
- Während gemäß dem Stand der Technik eine Überprüfung der Laufringe oder des gesamten Wälzlagers erfolgt, liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass gerade auch die einzelnen Wälzkörper bei Material- oder Oberflächenfehlern eine nicht zu vernachlässigende Fehlerquelle darstellen können. Die vorliegende Erfindung lehrt deshalb eine individuelle Prüfung der einzelnen Wälzkörper bevor diese erstmals oder bei einer Wartung erneut in ein Wälzlager eingebaut werden. Da die Wälzkörper einzeln einer Ultraschallmessung unterzogen werden, ist die gesamte Oberfläche frei zugänglich, so dass eine umfassende und besonders zuverlässige Überprüfung erfolgen kann.
- Um die gesamte Oberfläche der Wälzkörper erfassen zu können, sind verschiedene Maßnahmen möglich, die auch miteinander kombiniert werden können.
- Beispielsweise können in der Ultraschallmesseinrichtung zumindest zwei Ultraschallköpfe vorgesehen sein, mit denen die Wälzkörper untersucht werden. Die zumindest zwei Ultraschallköpfe können so angeordnet werden, dass jeweils unterschiedliche Bereiche des Wälzkörpers, vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Wälzkörpers überprüft werden.
- Darüber hinaus ist es auch möglich, die Wälzkörper bei ihrer individuellen Untersuchung in der Ultraschallmesseinrichtung während des Messvorganges in unterschiedliche Richtungen zu drehen, dass beispielsweise eine taumelnde oder mäanderförmige Bewegung resultiert. Beispielsweise kann ein Wälzkörper so in der Ultraschallmesseinrichtung bewegt werden, so dass sukzessive die gesamte Oberfläche an einem Ultraschallkopf vorbeigeführt wird.
- Besonders bevorzugt ist eine Kombination der beiden beschriebenen Maßnahmen, wobei zumindest zwei Ultraschallmessköpfe eingesetzt und die Wälzkörper in unterschiedliche Richtungen gedreht werden.
- Wenn beispielsweise gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Wälzkörper in Kugelform zugeführt werden, können diese jeweils in der Ultraschallmesseinrichtung auf zwei nicht zylindrische Antriebsrollen abgesetzt werden. Wenn die Antriebsrollen dann variabel und nicht synchron angesteuert werden, ergibt sich eine taumelnde, beispielsweise mäanderförmige Bewegung.
- Grundsätzlich sind dabei verschiedene Bewegungsprofile denkbar. Wenn beispielsweise zwei kegelförmige oder kegelstumpfförmige Antriebsrollen gleicher Größe eingesetzt werden, ordnet sich eine Wälzkörper in Kugelform mittig zwischen den beiden Antriebsrollen an. Wenn die Antriebsrollen dann mit einer gleichen Geschwindigkeit und in gleicher Richtung um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden, so dreht sich auch der darauf abgestützte Wälzkörper um eine parallel zu der Drehachse der Antriebsrollen angeordnete Achse, so dass an einem feststehenden Ultraschallkopf eine Umfangslinie des Wälzkörpers in Kugelform vorbeigeführt wird. Nach einer vollen Umdrehung kann dann durch einen gegenläufigen Antrieb der beiden Antriebsrollen eine Verdrehung der Kugel um eine Vertikalachse erfolgen, wobei dann bei einer erneuten synchronen Drehung eine andere Umfangslinie nach Art eines Längenkreises an der zugeordneten Messeinrichtung vorbeigeführt wird.
- Insbesondere bei dem Einsatz mehrerer Ultraschallköpfe kann aber eine besonders schnelle Überprüfung und Erfassung des gesamten Volumens durch eine mäanderförmige Bewegung der Oberfläche erzielt werden.
- Erfindungsgemäß werden nur die als nicht fehlerhaft klassifizierten Wälzkörper für die Bildung eines Wälzlagers genutzt, während die anderen Wälzkörper ausgesondert werden. Die als nicht fehlerhaft klassifizierten Wälzkörper können beispielsweise mit einer Konservierung versehen werden, um dann bei der Lagerung und Verarbeitung der Wälzkörper eine Beeinträchtigung zu vermeiden. Die frühzeitige Überprüfung der Wälzkörper ist auch deshalb sinnvoll, weil dann als fehlerhaft klassifizierte Wälzkörper direkt ausgesondert werden können, ohne mit einer Konservierung versehen und ohne gelagert und transportiert zu werden.
- Um bei der Ultraschallmessung eine störungsfreie Übertragung der Schallwellen von dem zumindest einen Ultraschallkopf zu dem Wälzkörper zu ermöglichen, ist die Ultraschallmesseinrichtung vorzugsweise mit Flüssigkeit gefüllt, wobei die Wälzkörper für die Ultraschallmessung in die Flüssigkeit eingetaucht werden.
- Gegenstand der Erfindung ist auch eine Wälzkörperprüfanordnung mit einer elektronischen Steuerung und zumindest einer Ultraschallmesseinrichtung, die insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
- Erfindungsgemäß weist die Ultraschallmesseinrichtung eine Aufnahme für einzelne Wälzkörper, zumindest einen an die elektronische Steuerung angeschlossenen Ultraschallkopf und einen Antrieb für die Bewegung der einzelnen Wälzkörper auf.
- Grundsätzlich ist es denkbar, dass die einzelnen Wälzkörper von Hand jeweils einzeln in die Ultraschallmesseinrichtung eingesetzt werden. Besonders bevorzugt erfolgt jedoch eine automatische Überprüfung der Wälzkörper, wozu auch eine Transporteinrichtung vorgesehen ist. Die Transporteinrichtung kann insbesondere ein an die elektronische Steuerung angeschlossenes Zustellelemente aufweisen.
- Besonders geeignet ist ein Greifer, mit dem die einzelnen Wälzkörper von einer Vorlage in die Ultraschallmesseinrichtung eingesetzt und aus der Ultraschallmesseinrichtung entnommen werden. Grundsätzlich sind aber auch andere Zustellelemente denkbar. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Wälzkörper mit geeigneten Mitteln bis an die Ultraschallmesseinrichtung herangeführt werden und dann durch ihr Gewicht absinken, wobei zum Entfernen der geprüften Wälzkörper ein von unten auf den Wälzkörper wirkender Auswurfstempel oder dergleichen eingesetzt werden kann.
- Wie zuvor erläutert, ist die Ultraschallmesseinrichtung zweckmäßigerweise mit Flüssigkeit gefüllt. Dabei kann es sich um Wasser, Öl, ein Gel oder dergleichen handeln, welches eine Übertragung der Ultraschallwellen ermöglicht.
- Besonders bevorzugt ist die Ultraschallmesseinrichtung in einem Flüssigkeitsbecken angeordnet, wobei auch zwei oder mehr Ultraschallmesseinrichtungen für die Aufnahme von jeweils einem Wälzkörper in dem Flüssigkeitsbecken angeordnet sein können. Dadurch ist es möglich, den Durchsatz der gesamten Wälzkörperprüfanordnung zu erhöhen, weil gerade die Ultraschallmessung eine gewisse Messdauer erfordert, während im Vergleich dazu die Zu- und Abfuhr der einzelnen Wälzkörper in der Regel vergleichsweise schnell erfolgen kann.
- Um eine möglichst schnell und zuverlässige Ultraschallmessung zu ermögliche, kann die Ultraschallmesseinrichtung mehrere, insbesondere drei Ultraschallköpfe aufweisen, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Neben einer höheren Genauigkeit und Zuverlässigkeit kann durch eine solche Anordnung die Gesamtoberfläche schneller erfasst werden. Insbesondere können mehrere Ultraschallmesseinrichtungen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Bei drei Ultraschallmesseinrichtungen können diese in der Ebene in einer Winkelteilung von 45° angeordnet werde, wobei dann beispielsweise ein Ultraschallkopf genau unter dem zu prüfenden Wälzkörper und seitlich dazu jeweils in einem Winkel von 45° ein weiterer Ultraschallkopf angeordnet ist.
- Die Ultraschallköpfe werden zweckmäßigerweise so angeordnet, dass die erzeugten Ultraschallwellen senkrecht als Zentralstrahl auf die Oberfläche des Wälzkörpers treffen, um eine unkontrollierbare Verfälschung der Messung durch Reflexionen zu vermeiden.
- Wenn wie zuvor beschrieben die Ultraschallmesseinrichtung zwei nicht zylindrische Antriebsrollen aufweist, kann eine gemeinsame Drehachse der Antriebsrollen senkrecht zu der Ebene ausgerichtet sein, in der die Ultraschallköpfe angeordnet sind. Wenn eine solche Ultraschallmesseinrichtung mit Wälzkörper in Kugelform beschickt wird, kann durch einen wechselweisen, nicht synchronen Antrieb der beiden vorzugsweise kegel- oder kegelstumpfförmigen Antriebsrollen eine taumelnde, insbesondere mäanderförmige Bewegung der Oberfläche erreicht werden, wodurch eine vollständige Überprüfung der gesamten Oberfläche und des gesamten Volumens besonders schnell erfolgen kann.
- Das Verfahren zur Prüfung von Wälzkörpern ist insbesondere bei der Herstellung von Großwälzlagern von Vorteil, weil dort auf die einzelnen Wälzkörper besonders große Kräfte wirken und die Wälzkörper aufgrund ihrer Größe auch gut mittels Ultraschall überprüft werden können. Zusätzlich sind gerade auch Großwälzlager, beispielsweise als Lager an Windkraftanlagen, oft nur mit einem sehr großen Aufwand zu warten und zu ersetzen, so dass dort eine besonders hohe Ausfallsicherheit gefordert wird.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch.
-
1 eine Wälzkörperprüfanordnung, -
2 zwei in einem Flüssigkeitsbecken der Wälzkörperprüfanordnung angeordnete Ultraschallmesseinrichtungen. - Die
1 zeigt in einer schematische Ansicht eine Wälzkörperprüfanordnung für kugelförmige Wälzkörper W. Die kugelförmigen Wälzkörper W werden lose auf eine Kugelzufuhr1 gelegt, mit der die Wälzkörper W vereinzelt werden. Die einzelnen Wälzkörper W werden dann mit einem Greifer2 einer Transporteinrichtung einzeln aufgenommen und in ein Flüssigkeitsbecken3 mit zumindest einer Ultraschallmesseinrichtung4 eingetaucht. - Das Flüssigkeitsbecken
3 ist in der2 im Detail dargestellt, wobei in dem Ausführungsbeispiel zwei Ultraschallmesseinrichtungen4 vorgesehen sind mit denen zwei Wälzkörper W gleichzeitig geprüft werden können. - Die Wälzkörper W werden in der jeweils zugeordneten Ultraschallmesseinrichtung
4 bewegt und einer Ultraschallmessung unterzogen, wobei abhängig von dem Ergebnis der Ultraschallmessung die einzelnen Wälzkörper W als fehlerhaft oder nicht fehlerhaft klassifiziert werden. - Die geprüften Wälzkörper W werden sodann von dem Greifer
2 aus dem Flüssigkeitsbecken3 entnommen und zu einer Kugelabfuhr5 befördert. - Die Ultraschallmessung wird von einer zentralen Steuerung
6 ausgewertet, welche auch die entsprechende Klassifizierung der einzelnen Wälzkörper W als fehlerhaft oder nicht fehlerhaft vornimmt. Fehlerhaft klassifizierte Wälzkörper W, also insbesondere Wälzkörper W mit Rissen, Einschlüssen, Hohlräumen oder dergleichen werden über einen separaten Zweig7 der Kugelabfuhr5 aussortiert, während die als nicht fehlerhaft klassifizierten Wälzkörper W einer Beschichtungseinrichtung8 zugeführt werden, der die Wälzkörper W mit einer Konservierung versehen werden. Beispielsweise kann die Konservierung mit mehreren Sprühköpfen aufgetragen werden. - Die konkrete Ausgestaltung der in den Flüssigkeitsbecken
3 angeordneten Ultraschallmesseinrichtung4 ist in der2 in einer Ansicht von oben dargestellt. Jede Ultraschallmesseinrichtung4 weist zwei kegelstumpfförmige Antriebsrollen9 auf, welche bezüglich einer Mittelebene spiegelsymmetrisch angeordnet und ausgestaltet sind und die um eine gemeinsame Drehachse D drehbar sind. Unterhalb der beiden Antriebsrollen9 befindet sich in dem Ausführungsbeispiel ein erster Ultraschallkopf10 , der senkrecht ausgerichtet ist. Seitlich dazu sind zwei weitere Ultraschallmessköpfe10 in einer Ausrichtung von 45° gegenüber der horizontalen angeordnet. Die Ultraschallmessköpfe10 sind so angeordnet, dass die jeweils erzeugten Ultraschallwellen senkrecht als Zentralstrahlen auf die Oberfläche der kugelförmigen Wälzkörper treffen. - Die beiden nicht zylindrischen Antriebsrollen
9 können von der Steuerung6 variabel und nicht synchron angesteuert werden. Ein kugelförmiger Wälzkörper W, der auf den Antriebsrollen9 abgesetzt ist, kann so in einer taumelnden Bewegung in unterschiedliche Richtungen gedreht werden, wodurch die gesamte Oberfläche des kugelförmigen Wälzkörpers W mit den drei Ultraschallköpfen10 besonders schnell und zuverlässig erfasst werden kann. Die Wälzkörper W können dabei durch nicht dargestellte Gegenhalter in ihrer Position gehalten werden. - Die Bewegung der Wälzkörper W durch die Antriebsrollen
9 erfolgt durch die Steuerung6 gemäß einer vorgegebenen Bewegungsabfolge, so dass die gesamte Oberfläche sowie das gesamte durch eine Ultraschallprüfung zugängliche Volumen der Wälzkörper durch die drei Ultraschallköpfe10 erfasst wird. - Die Wälzkörperprüfanordnung kann so ausgestaltet sein, dass bis auf den Transport der kugelförmigen Wälzkörper W mit dem Greifer
2 die einzelnen Wälzkörper selbstständig weiterrollen. Die als fehlerhaft klassifizierten Wälzkörper W können beispielsweise durch den entsprechenden Zweig7 der Kugelabfuhr zu ihrer Entsorgung in einem Sammelbehälter geleitet werden. Die als nicht fehlerhaft klassifizierten Wälzkörper rollen dagegen durch die Beschichtungseinrichtung8 und werden dort mit einer Beschichtung in Form einer Konservierung versehen. Dabei können beispielsweise drei Sprühdüsen vorgesehen sein, die jeweils 90° zueinander versetzt oberhalb und seitlich zu der vorgegebenen Bahn der Wälzkörper W angeordnet sind, um eine vollständige Benetzung mit der Konservierung zu ermöglichen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 2007/0289385 A1 [0003]
- DD 266848 A1 [0005, 0005]
Claims (14)
- Verfahren zur Prüfung von Wälzkörpern (W) mittels Ultraschall, wobei die Wälzkörper (W) einzeln einer Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) zugeführt werden, wobei die Wälzkörper (W) in der Ultraschallmesseinrichtung (4 ) bewegt und eine Ultraschallmessung unterzogen werden, wobei abhängig von einem Ergebnis der Ultraschallmessung die einzelnen Wälzkörper (W) als fehlerhaft oder nicht fehlerhaft klassifiziert werden. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Wälzkörper (W) in der Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) mit zumindest zwei Ultraschallköpfen (10 ) untersucht werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wälzkörper (W) bei der Ultraschallmessung in unterschiedliche Richtungen gedreht werden.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wälzkörper (W) in Kugelform zugeführt und in der Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) jeweils auf zwei nicht zylindrischen Antriebsrollen (9 ) abgesetzt werden und wobei die Antriebsrollen (9 ) variabel und nicht synchron angesteuert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die als nicht fehlerhaft klassifizierten Wälzkörpern (W) mit einer Konservierung versehen werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) mit Flüssigkeit gefüllt ist und wobei die Wälzkörper (W) für die Ultraschallmessung in die Flüssigkeit eingetaucht werden. - Wälzkörperprüfanordnung mit einer elektronischen Steuerung (
6 ) und zumindest einer Ultraschallmesseinrichtung (4 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (4 ) eine Aufnahme für einzelne Wälzkörper (W), zumindest einen an die elektronische Steuerung (6 ) angeschlossenen Ultraschallkopf (10 ) und einen Antrieb für die Bewegung der einzelnen Wälzkörper (W) aufweist. - Wälzkörperprüfanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Transport der Wälzkörper (W) eine Transporteinrichtung vorgesehen ist, die zumindest ein an die elektronische Steuerung (
6 ) angeschlossenes Zustellelement aufweist. - Wälzkörperprüfanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) in einem Flüssigkeitsbecken (3 ) angeordnet ist. - Wälzkörperprüfanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flüssigkeitsbecken (
3 ) zumindest zwei Ultraschallmesseinrichtungen (4 ) für die Aufnahme von jeweils einem Wälzkörper (W) angeordnet sind. - Wälzkörperprüfanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) zumindest zwei, vorzugsweise drei in einem Winkel zueinander angeordnete Ultraschallköpfe (10 ) aufweist. - Wälzkörperprüfanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) zwei nicht zylindrische Antriebsrollen (9 ) aufweist. - Wälzkörperprüfanordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrollen (
9 ) eine gemeinsame Drehachse (D) aufweisen, die senkrecht zu einer Ebene ist, in der die Ultraschallköpfe (10 ) angeordnet sind. - Wälzkörperprüfanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallmesseinrichtung (
4 ) eine Beschichtungseinrichtung (8 ) für eine Konservierung der Wälzkörper (W) nachgeordnet ist.
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