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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Lagerkippmomenten einer Lageranordnung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Es ist schon eine Messvorrichtung zur Messung eines Kippmoments aus der Schrift
DE 2 313 953 A bekannt. Die Messvorrichtung zur Messung eines Kippmoments umfasst einen Messdorn, der als Biegebalken ausgeführt ist, mit einer Messdornspitze, die in die zu messende Anordnung einführbar ist. An dem Messdorn sind eine erste und eine zweite Sensorgruppe zur Messung einer Biegung des Messdorns angebracht. Die beiden Sensorgruppen umfassen jeweils zwei Sensoren, wobei die Sensoren Sensorsignale erzeugen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil einer kompakten Bauweise, die sich dadurch ergibt, dass die Sensoren der ersten Sensorgruppe und die Sensoren der zweiten Sensorgruppe, in Umfangsrichtung alternierend um den Messdorn angeordnet sind. Durch die kompakte Bauweise werden zusätzliche Einsatzbereiche möglich. Die Messeinrichtung ermöglicht somit eine Messung von Kippmomenten eines Lagers, insbesondere eines Kalottenlagers.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch gegebenen Merkmale.
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Vorteilhaft sind die Sensoren einer Sensorgruppe in Umfangsrichtung jeweils gegenüberliegende angeordnet, um eine besonders kompakte Bauform zu erhalten. Weiterhin kann als Vorteil durch diese Art der Anordnung Effekte, wie temperaturbedingte Ausdehnung oder plastische Verformungen des Messdorns kompensiert werden. Die Anordnung vereinfacht die Auswertung der Sensorsignale, die bei der Messung des Kippmomentes durch die Sensoren erzeugt werden. Mit steigender Anzahl von Sensoren kann die Messgenauigkeit bzw. das Messergebnis der Messeinrichtung verbessert bzw. präzisiert werden.
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Weiter hat es sich gezeigt, dass die Anordnung der Sensoren in Umfangsrichtung mit im Wesentlich in Umfangsrichtung gleichen Abständen, zu einer Vereinfachung bei der Sensorsignalverarbeitung und/oder zu einer Verbesserung des Messergebnisses führt. Des Weiteren könnte eine einfachere Verarbeitungseinheit, die kostengünstig ist, eingesetzt werden. Auch die Auswertung der Sensorsignale erfolgt durch die vereinfachte Sensorsignalverarbeitung schneller.
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Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung von mindestens zwei Sensoren verschiedener Sensorgruppen, im Wesentlichen in Längsrichtung des Messdorns, an dem Messdorn, eine vorteilhafte Vereinfachung der Verarbeitung der Sensorsignale in der Verarbeitungseinheit zur Folge hat. Hierbei ist insbesondere die Anordnung der Sensoren parallel zur Achse des Messdorns zweckmäßig. Durch die weiteren Sensoren, der weiteren Sensorgruppen werden zusätzliche Sensorsignale erzeugt, was vorteilhaft zu einer Präzisierung des Messergebnisses führt.
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Die einzelnen Sensoren weisen eine bevorzugte Messrichtung auf. Die Anordnung mindestens zweier Sensoren mit unterschiedlicher Messrichtung führt zu einer vorteilhaften Verbesserung des Messergebnisses der Messvorrichtung. Es ist daher vorteilhaft, mindestens zwei Sensoren die im Wesentlichen zueinander in Längsrichtung am Messdorn angeordnet sind, so anzuordnen, dass ihre bevorzugte Messrichtung unterschiedlich ist. Insbesondere ist es möglich, die Messrichtung der zwei Sensoren, die im Wesentlichen in Längsrichtung des Messdorns am Messdorn angeordnet sind, senkrecht zueinander auszulegen. Ein Sensor, mit nur einer bevorzugten Messrichtung, wird bevorzugt zur Messung in einer räumlichen Dimension eingesetzt. Vorteilhaft wird durch die Anordnung weiterer Sensoren, mit sich unterscheidenden bevorzugten Messrichtungen, die Messung in weiteren räumlichen Dimensionen ermöglicht.
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Ein gesenkter Kraftaufwand wird durch die Verwendung unterschiedlicher Querschnittsflächen des Messdorns erreicht. Der gesenkte Kraftaufwand vereinfacht die Bedienung des Messdorns. Dazu besitzt der Messdorn mindestens zwei sich unterscheidende Querschnittsflächen, eine erste Querschnittsfläche und eine zweite Querschnittsfläche. Die erste Querschnittsfläche entspricht den mehrheitlichen Ausmaßen des Messdorns. Die zweite Querschnittsfläche ist kleiner als die erste Querschnittsfläche. Die zweite Querschnittsfläche stellt eine Verjüngung des Messdorns dar. Als besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Sensoren im Bereich der zweiten Querschnittsfläche. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Anordnung verbesserte Sensorsignale erzeugt werden und dadurch die Messgenauigkeit verbessert wird.
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Durch eine Verringerung der Querschnittsfläche des Messdorns kann eine Kraft, die zur elastischen Verformung des Messdorns aufgewendet werden muss, gesenkt werden. Der Messdorn verformt sich im Bereich der geringeren Querschnittsfläche, bei der Aufbringung einer Kraft stärker. Unter elastischer Verformung wird die Dehnung, Biegung usw. verstanden. Die Anordnung der Sensoren im Bereich des Messdorns, mit einer geringeren Querschnittsfläche, hat eine Präzisierung der Sensorsignale zur Folge.
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Vorteilhaft umfasst der Messdorn eine Messdornspitze und einen Bund. Die Messdornspitze wird in das zu messende Objekt eingeführt. Damit eine optimale Eintauchtiefe erreicht wird, ist vorteilhaft an dem Messdorn der Bund angebracht. Der Bund begrenzt die Eintauchtiefe der Messdornspitze in das zu messende Objekt. Die maximale Eintauchtiefe entspricht vorteilhaft der optimalen Eintauchtiefe. Ist die maximal und die optimale Eintauchtiefe im Wesentlichen gleich, so ist die Anwendung des Messdorns vereinfacht.
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Eine Erleichterung der Anbringung der Sensoren an der Oberfläche des Messdorns wird durch eine ebene Oberfläche erreicht. Der Messdorn ist im Bereich der Sensoren vorteilhaft als Vielkant, insbesondere als Vierkant ausgebildet. Die Sensoren können sehr einfach und kosteneffizient an den ebenen Seitenflächen des Vielkants, insbesondere Vierkant angeordnet werden. Der Messdorn lässt sich sehr einfach und kostengünstig herstellen, wenn eine Querschnittsfläche des Messdorns und eine Querschnittsfläche des Vielkants kleiner als die Querschnittsfläche des Rohlings ist.
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Vorteilhaft ist mindestens einer der verwendeten Sensoren ein Dehnungsmessstreifen. Dehnungsmessstreifen ändern bei elastischer Verformung, insbesondere Dehnung oder Biegung ihren elektrischen Widerstand. Dehnungsmessstreifen haben eine bevorzugte Messrichtung. Die Dehnungsmessstreifen nehmen die elastische Verformung, des zu messenden Objekts, an dem sie angebracht sind auf. Wird das zu messende Objekt elastisch verformt, insbesondere gebogen oder gedehnt, so ändert sich der elektrische Widerstand des Dehnungsmessstreifen. Anhand des Widerstands kann die Größe der elastischen Verformung, insbesondere Ausdehnung oder Dehnung des Dehnungsmessstreifen ermittelt werden.
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In vorteilhafter Weise werden die Sensorsignale der Sensoren einer Verarbeitungseinheit zugeführt. In der Verarbeitungseinheit ist insbesondere mindestens eine Brückenschaltung angeordnet. Vorzugweise werden mindestens die Sensorsignale zweier Sensoren, einer Verarbeitungseinheit, zur Verarbeitung zugeführt. Die Signale von mindestens zwei Sensorgruppen werden einer Brückenschaltung zugeführt. Die Zuführung der Sensorsignale der Sensoren zu der Verarbeitungseinheit erfolgt über ein Element zur Übertragung der Sensorsignale. Die Übertragung der Sensorsignale zwischen dem Sensor und der Verarbeitungseinheit kann drahtlos, insbesondere durch WLAN, Bluetooth, NFC usw. oder drahtgebunden erfolgen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Seitenansicht des Messdorns,
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2 eine vergrößerte Ansicht der am Messdorn angeordneten Sensoren im Sensorbereich,
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3 ein Sensor, der ein Dehnungsmessstreifen und ein Element zur Übertragung der Sensorsignale umfasst,
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4 eine beispielhaft in ein Lager eingeführte Welle,
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5 eine beispielhaft in ein Lager eingeführter Messdorn,
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6 eine Schnittansicht durch den Messdorn im Bereich der Sensoren,
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7 eine beispielhafte Verschaltung der Sensoren durch eine Brückenschaltung in der Verarbeitungseinheit,
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8 eine weitere beispielhafte Verschaltung der Sensoren durch eine Brückenschaltung in der Verarbeitungseinheit und
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9 ein Blockdiagramm, welches den Verlauf der Sensorsignale zur Verarbeitungseinheit veranschaulicht,
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10 einen Fertigungsprozess zur Herstellung eines Kalottenlagers.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist der beispielhafte Aufbau einer Messvorrichtung 10 gezeigt. Die Messvorrichtung 10 umfasst einen Messdorn 12 und eine Verarbeitungseinheit 14. Der Messdorn 12 umfasst einen Führungsbereich 22 und einen Messbereich 17. Der Messbereich 17 umfasst eine Messdornspitze 16, einen Bund 18 und einen Sensorbereich 20. Die Messdornspitze 16 wird in ein zu messendes Objekt eingeführt, wobei die Länge des eingeführten Teils der Messdornspitze 16 einer Einführtiefe E (5) entspricht. Die Einführtiefe E (5) der Messdornspitze 16 wird durch einen Bund 18 begrenzt. Die Einführtiefe E entspricht im Wesentlichen einer Länge S der Messdornspitze 16. Im Sensorbereich 20 sind Sensoren 19a–19h angeordnet.
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Der Führungsbereich 22 umfasst einen Führungsstab 25, ein Befestigungsmittel 24 und ein Messdornendstück 26. Das Befestigungsmittel 24 ist in Längsrichtung des Messdorns 12 zwischen dem Führungsstab 25 und dem Messdornendstück 26 angeordnet. Der Führungsbereich 22 dient zur einfacheren Führung, Benutzung, Fixierung oder Befestigung des Messdorns 12. Der Führungsbereich 22 ist in Längsrichtung des Messdorns 12 benachbart, insbesondere unmittelbar angrenzend an den Messbereich 17 angeordnet. Der Führungsbereich 22 ist in Längsrichtung des Messdorns 12 auf der, der Messdornspitze 16 gegenüberliegende Seite des Messdorns 12 angeordnet.
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Der Messdorn 12 weist eine erste Querschnittsfläche 13, der Sensorbereich 20 eine zweite Querschnittsfläche 21, der Führungsstab 25 eine dritte Querschnittsfläche 23, das Messdornendstücks 26 eine vierte Querschnittsfläche 27 und der Bund 18 eine fünfte Querschnittsfläche 32 auf. Die Querschnittsflächen sind im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Messdorns 12. Die zweite Querschnittsfläche 21 des Sensorbereichs 20 ist kleiner als die erste Querschnittsfläche 13 des Messdorns 12. Die dritte Querschnittsfläche 23 des Führungsstabs 25, die vierte Querschnittsfläche 27 des Messdornendstücks 26 und die erste Querschnittsfläche 13 des Messdorns 12 weisen im Wesentlichen einen gleichen Flächeninhalt auf. Das Befestigungsmittel 24 ist als Bereich mit einer gegenüber der dritten Querschnittsfläche 23 des Führungsstabs 25 und der vierten Querschnittsfläche 27 des Messdornendstücks 26 reduzierten Querschnittsfläche ausgebildet. Durch die gegenüber der dritten Querschnittsfläche 23 des Führungsstabs 25 und vierten Querschnittsfläche 27 des Messdornendstücks 26 reduzierte Querschnittsfläche des Befestigungsmittel 24 wird eine Anbringung des Messdorns 12, beispielsweise an einem Messaufbau oder einem Roboterarm ermöglicht, bzw. erleichtert. Die reduzierte Querschnittsfläche des Befestigungsmittels 24 verhindert eine Verschiebung, insbesondere Abrutschen oder Verrutschen des Messdorns 12 in Längsrichtung des Messdorns 12. Das Befestigungsmittel 24 ermöglicht ein definiertes Verbinden des Messdorns 12 mit einem Messaufbau.
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In 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Sensorbereichs 20 dargestellt. Dort sind die Sensoren 19a–19h angeordnet. Vorzugsweise weist die erste Querschnittsfläche 13 und die fünfte Querschnittsfläche 32 des Bundes 18 im Wesentlichen den gleichen Flächeninhalt auf. Die zweite Querschnittsfläche 21 des Sensorbereichs 20 ist kleiner als die dritte Querschnittsfläche 23 des Führungsstabs 25 und die fünfte Querschnittsfläche 32 des Bunds 18, insbesondere mindestens 50% kleiner.
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Der Sensorbereich 20 umfasst zumindest einen Vierkant 50 sowie die Sensoren 19a–19h. In einer Variante kann auch ein Vielkant, insbesondere ein Dreikant vorgesehen sein. Durch die Ausbildung als Vierkant 50 ergeben sich erleichterte Möglichkeiten die Sensoren 19a–19h an dem Messdorn 12 anzubringen. Der Vierkant 50 im Sensorbereich 20 umfasst vier Seitenflächen 33–36. Eine erste Seitenfläche 33, die einer dritten Seitenfläche 35 gegenüber liegt und eine zweite Seitenfläche 34, die einer vierten Seitenfläche 36 gegenüber liegt. Die Querschnittsfläche des Vierkants 50 ist vorteilhaft quadratisch ausgeführt. Die Seitenflächen 33–36 weisen im Wesentlichen den gleichen Flächeninhalt auf und sind jeweils um 90° Grad zueinander verdreht. Beispielhaft sind an jeder der Seitenflächen 33–36 zwei Sensoren 19 angebracht. Die Sensoren 19 sind schematisch zu einer Sensorgruppen 28 zusammengefasst. Die Sensoren 19a und 19b bilden eine Sensorgruppe 28. Der Sensor 19a ist an der Seitenfläche 36 und der Sensor 19b an der Seitenfläche 34 angebracht. Die Sensoren 19a und 19b, der Sensorgruppe 28 sind alternierend mit die Sensoren 19c und 19d, einer Sensorgruppe 29 am Messdorn 12 angebracht. Der Sensor 19c ist an der Seitenfläche 33 und der Sensor 19 d ist an der Seitenfläche 35 angebracht.
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Im Wesentlichen tangential zur Oberfläche wird eine Umfangsrichtung 38 definiert.
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Die Sensoren 19 einer Sensorgruppe 28 und 29 sind in Umfangsrichtung 38 jeweils gegenüberliegend angeordnet. Die alternierend angeordneten Sensoren 19a–19d der Sensorgruppen 28 und 29 haben in Umfangsrichtung 38 die gleichen Abstände zueinander. Die Sensoren 19 sind mit gleichem Abstand zum rechten und linken Rand der Seitenflächen 33–36 angeordnet. Der Abstand zwischen den Sensoren 19 der Sensorfläche 33–36 ist im Wesentlichen gleich.
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In Längsrichtung des Messdorns 12 sind neben den Sensoren 19a, 19b, 19c und 19d, jeweils weitere Sensoren 19e, 19f, 19g und 19h angeordnet. Diese Sensoren bilden ebenfalls Sensorgruppen. Die Sensoren 19e und 19f bilden eine dritte Sensorgruppe 30. Die Sensoren 19g und 19h bilden eine vierte Sensorgruppe 31. Die Sensoren 19, die an der gleichen Seitenfläche 33–36 angebracht sind, sind unterschiedlichen Sensorgruppen 28–31 zugeordnet. Beispielsweise gehört der Sensor 19a zu der Sensorgruppe 28 und der Sensor 19e zu der Sensorgruppe 30. Beide Sensoren 19a und 19e sind an der Seitenfläche 36 angeordnet.
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In 3 ist ein Sensor 19 dargestellt. Der Sensor 19 umfasst einen Dehnungsmessstreifen 40 und ein Element 69. Das Element 69 dient zur Übertragung eines Sensorsignals 71. Das Element 69 sendet und/oder empfängt Sensorsignale 71 und weitere Informationen, beispielsweise ein Temperatursignal von der Verarbeitungseinrichtung 14. Der Dehnungsmessstreifen 40 umfasst eine Leitung 42, die mäanderförmig verläuft. Denkbar ist auch ein kammartiger Verlauf der Leitung 42. Die Leitung 42 ist auf einem Träger 41 aufgebracht. Wird auf den Sensor 19 in einer bevorzugten Messrichtung 46 eine Zugkraft 44, eine Zugkraft 45 oder beides aufgebracht, so verlängern, insbesondere dehnen sich die Leitungen 42 des Dehnungsmessstreifens 40 aus. Eine Dehnung der Leitungen 42 hat eine Veränderung des elektrischen Widerstandes der Leitungen 42 zur Folge. Die Veränderung des Widerstandes ist abhängig von der Längenausdehnung der Leitung 42. Das Sensorsignal 71 des Sensors 19 verändert sich abhängig vom Widerstand der Dehnungsmessstreifen 40. Das Sensorsignal 71 wird über das Element 69 an die Verarbeitungseinheit 14 übertragen. Das Sensorsignal 71 entspricht beispielsweise dem Widerstandswert des Dehnungsmessstreifens 40.
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Die Sensoren 19 haben eine bevorzugte Messrichtung 46. Die bevorzugte Messrichtung 46, der Sensoren 19 ist im Wesentlichen parallel zu einer Hauptleitung 43, der mäanderförmig verlaufenden Leitungen 42, des Dehnungsmessstreifens 40. Die Hauptleitung 43 bzw. die Hauptleitungen 43 sind die längeren Teilstücke der mäanderförmig angeordneten Leitung 42. Ein optimales Messergebnis wird erzeugt, wenn die Zugkraft 44 und 45 parallel zu den Hauptleitungsstücken 43 der Dehnungsmessstreifen aufgebracht wird. Somit ist die bevorzugte Messrichtung 46 parallel zu den Hauptleitungsstücken 43. Es ist auch denkbar, dass auf den Sensor 19 eine Zugkraft 44, 45 in andere Richtungen als die bevorzugten Messrichtung 46 wirkt. Durch eine geeignete Verarbeitungseinheit 14 kann aus den Sensorsignalen 71 das Kippmoment berechnet werden.
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Die Sensoren 19a–19d, der Sensorgruppen 28 und 29, sind so am Messdorn angebracht, dass ihre bevorzugte Messrichtung 46 einer ersten Messrichtung 47 entspricht. Die erste Messrichtung 47 der Sensoren 19a–19d ist parallel zu der Längsrichtung des Messdorns 12. Die Sensoren 19e–19h sind so angebracht, dass ihre bevorzugte Messrichtung 46 in oder entgegen der Umfangsrichtung 38 verläuft. Die Messrichtungen 48e–48h, der Sensoren 19e–19h, können ungleich zueinander sein. Die Messrichtungen 48e–48h sind insbesondere senkrecht zu der ersten Messrichtung 47. Die unterschiedlichen Messrichtungen 47 und 48 führen zu einer Verbesserung der Messergebnisse.
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In 4 ist schematisch ein Kalottenlager 53 gezeigt. In das Kalottenlager 53 ist eine Welle 55 eingeführt. Das Kalottenlager 53 umfasst einen Lagerdeckel 59 in den ein Sinterlager 63 eingebracht ist, wobei das Sinterlager 63 im Sinterlagersitz 57 durch die Federscheibe 61 gehalten wird. Wird eine Kraft F auf die Welle 55 im Abstand L zum Lagerdeckel 59 gegeben, so wirkt ein Moment aus Kraft F und dem Abstand L auf das Lager 53. Das Kippmoment des Kalottenlagers 53 wirkt dem Moment aus Kraft F und Abstand L entgegen. Abhängig von der Auslegung der Federscheibe 61 und dem Sinterlagersitz 57 weist das Kalottenlager 53 unterschiedliche Kippmomente auf.
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Das Lagerkippmoment eines Kalottenlagers 53 hat beispielsweise Auswirkungen auf die Ausrichtbarkeit einer gelagerten Welle oder das Lagerungsverhalten des Kalottenlagers 53.
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In 5 ist der erfindungsgemäße Messdorn 12 in das in 4 beschriebene Kalottenlager 53 eingeführt. Wird eine Kraft F in einem Abstand L, zu dem Lager 53 an den Messdorn 12 angelegt, wirkt das entstehende Moment dem Kippmoment des Lagers 53 entgegen. Durch die beiden sich einander entgegenwirkenden Momente kann es zu einer Verformung des Messdorns 12 kommen. Die Verformung wirkt sich durch die geringere zweite Querschnittsfläche 21 im Sensorbereich 20 stärker als in dem restlichen Messdorn 12, beispielsweise im Führungsstab 25, mit der dritten Querschnittsfläche 23, aus. Die Sensoren 19 im Sensorbereich 20 dehnen sich abhängig von der Verformung und führen die Informationen als Sensorsignal 71 der Verarbeitungseinheit 14 zu.
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Der Abstand L wird einmalig zu Beginn der Messung ermittelt. Die Kraft F kann durch die elastische Verformung des Messdorns 12 durch die Sensoren 19 ermittelt werden. Sind Abstand L und Kraft F bekannt, kann das Moment auf das Lager 53 berechnet werden. Das Moment entspricht dem Kippmoment des Lagers 53. Die Berechnung erfolgt in der Verarbeitungseinheit 14.
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In 6 ist ein schematischer Schnitt durch den Sensorbereich 20 dargestellt. Hierbei ist beispielhaft ein Sensorbereich 20 als Vierkant 50 ausgebildet. Die Seitenlängen A und B sind im Wesentlichen gleich lang. Die Seitenflächen 33–36 des Vierkants 50 sind symmetrisch, insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet. Der Sensor 19c ist an der Seitenfläche 33 angeordnet. Der Sensor 19a ist an der Seitenfläche 36 angeordnet. Der Sensor 19d ist an der Seitenfläche 35 angeordnet und der Sensor 19b ist an der Seitenfläche 34 angeordnet. Durch die Auslegung des Messdorns 12 im Sensorbereich 20 als Vierkant 50 bilden sich zwei bevorzugte Biegeachsen, eine erste Biegeachse 66 und eine zweite Biegeachse 67. Die erste Biegeachse 66 ist parallel zu den Seitenflächen 33 und 35 und die zweite Biegeachse 67 ist parallel zu den Seitenflächen 36 und 34. Abhängig von der Ausdehnung der Dehnungsmessstreifen 40 in den Sensoren 19 wird Widerstandswert ausgegeben. Der Widerstandswert der einzelnen Sensoren 19 bzw. der Dehnungsmessstreifen 40 wird einer Verarbeitungseinheit 14 zugeführt.
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Wie in 7 dargestellt, umfasst die Verarbeitungseinheit 14 mindestens eine Brückenschaltung. Es werden alle Sensorsignale, der jeweils an gegenüberliegenden Seitenflächen angeordneten Sensoren, also beispielsweise der Sensoren 19a, 19b, 19e und 19f, einer Brückenschaltung 73 zugeführt. Abhängig von der Dehnung und damit verbunden dem Widerstand, der Dehnungsmessstreifen 40, der Sensoren 19 verändert sich der Gesamtwiederstand der Brückenschaltung. Der Gesamtwiderstand verändert eine Eingangsspannung UE zu einer Ausgangsspannung UA in der Brückenschaltung 73.
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In 7 entspricht die Ausgangsspannung UA1 der Dehnung entsprechend der Biegeachse 67. In 8 entspricht die Ausgangsspannung UA2 der Dehnung entsprechend der Biegeachse 66. Durch eine Verschaltung der Ausgangsspannungen UA1 und UA2 können auch weitere Achsen, als die erste Biegeachsen 66 und die zweite Biegeachse 67 ermittelt werden.
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Die Verarbeitungseinheit 14 kann beliebig viele Brückenschaltungen 73 abhängig von der Anzahl der Sensoren 19 enthalten. Mit Hilfe der Ausgangsspannungen UA1–UAn berechnen weitere Komponenten der Verarbeitungseinheit 14 das Kippmoment des Lagers 53.
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In 9 sind schematisch die Sensoren 19 und die Verarbeitungseinheit 14 als Blockschaltbild dargestellt. 9 zeigt die Sensoren 19a–19h, deren Sensorsignal 71a–71h einer Verarbeitungseinheit 14 zugeführt werden. Die Verarbeitungseinheit 14 berechnet aus den einzelnen Sensorsignalen 71a–71h das Kippmoment des zu messenden Objekts, insbesondere des Lager 53.
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Durch die gewählte Anordnung der Sensoren 19 als Sensorgruppen 28–31, wobei die Sensoren 19 einer Sensorgruppe in Umfangsrichtung 38 jeweils gegenüberliegend angeordnet sind, wird eine Kompensation der Längskraft erreicht. Die Längskraft entspricht einer Zugkraft in Längsrichtung des Messdorns 12. Die Längskraft hat zwar eine elastische Verformung, aber keine Biegung zur Folge. Des Weiteren kann eine Temperaturausdehnung, die aufgrund einer Erwärmung des Messdorns 12 erfolgt, kompensiert werden. Die Temperaturausdehnung erfolgt normalerweise in Längsrichtung des Messdorns 12. Auch die Kompensation einer plastischen Verformung des Messdorns 12 ist möglich.
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Durch die Anordnung von zwei unterschiedlichen Sensorgruppen 28–29 und Sensorgruppen 30–31 in Umfangsrichtung 38, beispielsweise der Sensorgruppe 28 und der Sensorgruppe 29, kann die Kraft F auf den Messdorn 12 zur Messung des Kippmoments in beliebiger Raumrichtung erfolgen. Des Weiteren ist möglich ein Kippmoment des Lagers 53 zu ermitteln, das Abhängig von der Kraftrichtung ist. Die Kraft F muss nicht mehr in eine vordefinierte Richtung auf den Messdorn 12 aufgebracht werden. Es ist möglich, durch eine einzige Verkippung des Messdorns 12 bzw. Aufbringung einer Kraft F an den Messdorn 12 das Lagerkippmoment des Lagers 53 zu bestimmen. Die Kraft F wird vorzugsweise im Bereich des Befestigungsmittels 24 angebracht. Das Kippmoment ist abhängig von der Gesamtdehnung, bzw. Gesamtbiegung des Messdorns 12. Die Gesamtbiegung und damit das Kippmoment kann durch das Wurzelziehen der Summe der quadrierten Dehnung über die erste Biegeachse 66 und der quadrierten Dehnung über die zweite Biegeachse 67 ermittelt werden.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten für die Aufbringung der Kraft F auf den Messdorn 12. Es ist denkbar, das Lager 53 ortsfest zu fixieren und nur eine Kraft F auf den Messdorn 12 aufzubringen. Die Kraft F kann dabei voll automatisch, beispielsweise durch eine Roboter auf den Messdorn 12 aufgebracht werden. Ein weiterer Ansatz ist, den Messdorn 12 orts- und lagefixiert einzuspannen und das Lager 53 bzw. den Lagerdeckel 59 auszulenken.
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Bei einem vollautomatischen Zusammenbau, bzw. bei der Herstellung von Kalottenlagern kann durch Messung der fertig zusammengebauten Kalottenlager anhand der ermittelten Kippmomente und in einem System fest gespeicherter definierter Grenzwerte eine automatische Erkennung, beispielsweise von Ausschussteilen durchgeführt werden. Dies hat eine Automatisierung und Vereinfachung bzw. Kosteneinsparung bei der Herstellung, bzw. beim Zusammenbau von Lagern zur Folge.
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Die einzelnen Sensoren können an dem Messdorn 12 angeschweißt, angelötet angeklebt, angeschraubt oder angeknipst werden. Der Messdorn 12 kann im Sensorbereich 20 beispielsweise auch als Ellipse oder Zylinder ausgeführt sein. Flexiblen Sensoren 19, mit Dehnungsmessstreifen 40 können auch an weiteren Oberflächen, als die beschriebenen ebenen Seitenflächen 33–36 eines Vielkants, insbesondere Vierkants 50 angebracht werden.
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Es ist auch denkbar mehrere Sensorflächen 20 an dem Messdorn 12 vorzusehen.
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Eine Erhöhung der Anzahl der Sensoren 19, hat eine Erhöhung der Anzahl an Sensorsignalen 71 zur Folge, die beispielsweise zu einer Kompensation von temperaturbedingten Ausdehnungen oder plastischen Verformungen des Messdorns 12, einer Verbesserung der Fehlerkorrektur des Messergebnisses der Messvorrichtung 10, Ermöglichung eines Selbsttests oder Initialisierungstests der Messvorrichtung 10 usw. verwendet werden können. Des Weiteren hat die Erhöhung der Anzahl der Sensoren 19 eine Präzisierung des Messergebnisses, bzw. des ermittelten Kippmoments zur Folge.
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10 zeigt einen beispielhaften Fertigungsprozess 74 zur Herstellung eines Kalottenlagers 53. Hierbei wird der Fertigungsprozess 74 und/oder eine Einrichtung zu Fertigung durch einen Regler 81 gesteuert, insbesondere geregelt. Der Fertigungsprozess 74 besteht aus den Fertigungsschritten Einprägen 75, Positionieren des Sinterlagers 76, Einpressen 78 und Ermitteln 80 des Kippmoments durch die Messeinrichtung 10.
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Im ersten Schritt des Fertigungsprozesses 74, der Einprägung 75 wird der segmentierte Sinterlagersitz 57 in den Lagerdeckel 59 tangential variabel eingeprägt. Anschließend erfolgt die Positionierung 76 des Sinterlagers 63. Hierbei wird das Sinterlager 63 im Sinterlagersitz 57 des Lagerdeckels 59 eingesetzt, bzw. positioniert, wobei Toleranzen auftreten können. Im nächsten Schritt 78 erfolgt das Einpressen der Federscheibe 61 in den Lagerdeckel 59. Das Einpressen erfolgt bis auf eine definierte Einpresstiefe, wobei durch Toleranzen Abweichung auftreten können. Durch eine Variation bei der Einprägung 75 des Sinterlagersitzes 57 und/oder beim Positionieren 76 des Sinterlagers 63 und/oder bei der Einpresstiefe beim Einpressen 78, der Federscheibe 61, kann das Lagerkippmoment variiert werden.
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Im Anschluss an den Zusammenbau wird mit der Messvorrichtung 10 im Fertigungsprozessschritt 80 das Lagerkippmoment 82 ermittelt. Das ermittelte Lagerkippmoment 82 hat einen Betrag und eine Raumrichtung. Das ermittelte Lagerkippmoment 82 wird mit einem Solllagerkippmoment 83 verglichen. Weicht das gemessene Lagerkippmoment 82 vom Solllagerkippmoment 83 ab, wird eine Stellgröße zur Einprägung des Sinterlagersitzes 57 im Fertigungsschritt 75 und/oder eine Stellgröße zur Positionierung des Sinterlagers und/oder die Einpresstiefe der Federscheibe 61 durch den Regler 81 nachgeführt. Die Signale, bzw. das Lagerkippmoment 82 der Verarbeitungseinheit 14 wird hierzu dem Regler 81 zugeführt. Durch das nachführen der Stellgrößen durch den Regler kann die Genauigkeit zukünftig produzierter Lager 53, angepasst und/oder verbessert werden.
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Die Messung 80 und das nachführen des Stellgröße im Regler 81 sowie der Zusammenbau des Lagers 57 kann voll automatisiert erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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