DE102015113101A1

DE102015113101A1 - Verfahren zum Prüfen der Bestückung einer Laufbahn eines Wälzlagers und Prüfvorrichtung

Info

Publication number: DE102015113101A1
Application number: DE102015113101.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Stakemeier; Philipp Köbnick; Martin Neidnicht
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-08
Also published as: DE102015113101B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen, wobei Licht in das Wälzlager eingestrahlt wird, das eingestrahlte Licht an den Wälzkörpern und/oder den Distanzelementen reflektiert wird, ein Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts gemessen wird und der gemessene Intensitätsverlauf ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Bestückung des Wälzlagers zu detektieren. Ferner betrifft die Erfindung eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen, umfassend eine Sonde, über welche von einer Lichtquelle abgestrahltes Licht in das Wälzlager einstrahlbar ist, einen Sensor zur Messung eines Intensitätsverlaufs des innerhalb des Wälzlagers reflektierten Lichts und eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Intensitätsverlaufs.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen.
Die Erfindung findet Anwendung bei der Herstellung solcher Wälzlager bei denen zwischen benachbarten Wälzkörpern Distanzelemente angeordnet werden. Über derartige Distanzelemente kann verhindert werden, dass sich benachbarte Wälzkörper berühren, so dass ein ungestörtes Abrollen der Wälzkörper und eine gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper in dem Wälzlager erreicht werden kann. Die Distanzelemente sind üblicherweise als separate Distanzstücke ausgebildet oder als miteinander verbundene Abschnitte eines Käfigs.
Im Rahmen der Herstellung derartiger Wälzlager ist es erforderlich, die korrekte Bestückung der Wälzlager zu überprüfen. Dabei ist es erwünscht, solche Wälzlager zu erkennen, bei denen die erwünschte abwechselnde Bestückung mit Wälzkörpern und Distanzelementen nicht gegeben ist, so dass beispielsweise eine Nachbearbeitung des Lagers erfolgen kann. Die Durchführung einer Sichtprüfung ist allerdings nach dem Zusammenbau des Wälzlagers in der Regel nicht mehr möglich, da die in dem Wälzlager angeordneten Wälzkörper und Distanzelemente bei bereits geschlossenem Lager mit bloßem Auge nicht einsehbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und Distanzelementen zu ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen vorgeschlagen, wobei Licht in das Wälzlager eingestrahlt wird, das eingestrahlte Licht an den Wälzkörpern und/oder den Distanzelementen reflektiert wird, ein Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts gemessen wird und der gemessene Intensitätsverlauf ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Bestückung der Laufbahn zu detektieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Licht, beispielsweise aus einer Lichtquelle, in das Wälzlager eingestrahlt wird und der zeitliche Verlauf der Intensität des an den Wälzkörpern und/oder den Distanzelementen reflektierten Lichts gemessen wird. Da das in dem Wälzlager reflektierte Licht gemessen wird, können das Einstrahlen und das Messen über einen gemeinsamen Zugang zu dem Innenbereich des Wälzlagers erfolgen. Es ist daher nicht erforderlich, mehrere Zugänge zu dem Innenbereich des Wälzlagers zur Verfügung zu stellen. Zudem ist es nicht erforderlich, das Wälzlager zu öffnen, um eine Sichtprüfung vorzunehmen. Vielmehr kann der gemessene Intensitätsverlauf ausgewertet werden, um eine fehlerhafte Bestückung des Wälzlagers zu erkennen. Insofern kann die Bestückung von solchen Wälzlagern geprüft werden, bei denen eine Sichtprüfung nicht ohne weiteres möglich ist.
Bei dem eingestrahlten Licht kann es sich um ein insbesondere pulsförmiges optisches Signal handeln. Alternativ ist es möglich, Licht mit konstanter Intensität in das Wälzlager einzustrahlen. Bevorzugt wird Licht im Infrarotbereich verwendet, so dass unerwünschte Beeinträchtigungen des Prüfergebnisses durch Umgebungslicht im sichtbaren Spektralbereich verringert werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestückung solcher Wälzlager geprüft werden, die Distanzelemente aufweisen, welche als voneinander unabhängige, nicht miteinander verbundene Distanzstücke ausgebildet sind. Darüber hinaus kann die Bestückung solcher Wälzlager geprüft werden, welche einen Käfig aufweisen, wobei die Distanzelemente als Abschnitte des Käfigs, d.h. als miteinander verbundene Distanzelemente, ausgestaltet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt Anwendung zur Prüfung von solchen Wälzlagern die als insbesondere metallische Kugeln ausgebildet sind. Das Verfahren kann darüber hinaus aber auch bei solchen Wälzlagern angewendet werden, die zylindrische, tonnenförmige, stabförmige oder kegelstumpfförmige Wälzkörper aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Licht über eine Öffnung in einem Gehäuse des Wälzlagers eingestrahlt, so dass das Wälzlager in geschlossenem Zustand geprüft werden kann. Bei der Öffnung kann es sich um eine Öffnung zum Einbringen eines Schmiermittels, beispielsweise eine Schmierbohrung, handeln.
Bevorzugt wird das Wälzlager während der Messung des Intensitätsverlaufs gedreht, so dass die Wälzkörper und Distanzelemente nacheinander an der Stelle – dem Messbereich – vorbeigeführt werden, an welcher das Licht in das Wälzlager eingestrahlt wird. Insofern kann der gesamte Umfang des Wälzlagers im Messbereich mit Licht beaufschlagt und die entsprechende Intensität der Reflexion gemessen werden. Vorteilhaft ist es, wenn im Vorfeld der Messung die Umrundungsdauer bestimmt wird, die ein Wälzkörper benötigt, um das Wälzlager einmal zu umrunden, und die Dauer der Messung des Intensitätsverlaufs die Umrundungsdauer oder ein Vielfaches der Umrundungsdauer ist. Die Umrundungsdauer entspricht der Dauer, die erforderlich ist, um sämtliche Wälzkörper des Wälzlagers einmal durch den Messbereich zu führen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn in dem gemessenen Intensitätsverlauf Intensitätsmaxima ermittelt werden. Das in das Wälzlager eingeleitete Licht wird sowohl von den in dem Wälzlager angeordneten Wälzkörpern und Distanzelementen als auch von den Laufbahnen des Wälzlagerns reflektiert, in welchen die Wälzkörper laufen. Die stärksten Reflexionen ergeben sich dann, wenn das Licht auf einen der üblicherweise metallischen Wälzkörper trifft und reflektiert wird, so dass die Intensitätsmaxima in dem Intensitätsverlauf den Zeitpunkten zugeordnet werden können, in denen sich Wälzkörper in dem durch die Stelle der Lichteinleitung gebildeten Messbereich befinden. Trifft das Licht auf ein Distanzelement, so kommt es zu einer Reflexion mit einem im Vergleich zu der Reflexion eines Wälzkörpers reduzierten Intensitätswert, was darauf zurückzuführen ist, dass die Distanzelemente üblicherweise aus nicht-metallischem, weniger stark reflektierendem Material bestehen. Die Bereiche mit reduzierter Intensität können daher den Distanzelementen zugeordnet werden. Die geringsten Intensitätswerte im gemessenen Intensitätsverlauf ergeben sich dann, wenn das Licht ausschließlich an den Laufbahnen des Wälzlagers reflektiert wird. Insofern sind die Intensitätsminima den oftmals vorhanden Lücken zwischen einem Wälzkörper und einem Distanzelement zuzuordnen. Solche Lücken zwischen Wälzkörpern und Distanzelementen sind in der Regel nicht zu beanstanden und werden daher nicht als fehlerhafte Bestückung bewertet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima ermittelt. Der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima entspricht dem örtlichen Abstand der Wälzkörper innerhalb des Wälzlagers, so dass aus dem gemessenen zeitlichen Abstand auf die Verteilung der Wälzkörper innerhalb des Lagers geschlossen werden kann.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts mit einer vorgegebenen Abtastrate gemessen wird und zur Ermittlung des zeitlichen Abstands der Intensitätsmaxima die Anzahl der ermittelten Messwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Intensitätsmaxima gezählt wird. Durch das Zählen der mit der vorgegeben Abtastraste erzeugten Messwerte kann der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima ermittelt werden, ohne dass eine Zeitmessung erforderlich ist. Die Bestimmung des zeitlichen Abstands durch Zählen der Messwerte lässt sich besonders vorteilhaft in einer Auswerteeinheit durchführen, welche einen digitalen Prozessor aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Abstands-Mittelwert, insbesondere der Median oder der arithmetische Mittelwert, des zeitlichen Abstands zwischen den Intensitätsmaxima ermittelt und anhand des Abstand-Mittelwerts werden ein Abstandsmaximalwert und/oder ein Abstandminimalwert bestimmt. Der Abstands-Mittelwert wird bevorzugt über die Umrundungsdauer ermittelt, während der sämtliche Wälzkörper des Wälzlagers durch den Messbereich geführt werden. Der bestimmte Abstandsmaximalwert und/oder der bestimmte Abstandminimalwert können gespeichert und im weiteren Verlauf des Verfahrens zum Vergleich herangezogen werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können so genannte Distanzelement-Fehler erkannt werden, bei welchen in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern ein Distanzelement fehlt. Bei Erkennung eines derartigen Distanzelement-Fehlers kann ein Distanzelementfehlersignal erzeugt werden, welches optisch und/oder akustisch darstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, so genannte Wälzkörper-Fehler zu erkennen, bei welchen in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Distanzelementen ein Wälzkörper fehlt. Bei Erkennung eines derartigen Wälzkörper-Fehlersignals kann ein Wälzkörper-Fehlersignal erzeugt werden, welches optisch und/oder akustisch darstellbar ist. Auf die Erkennung solcher Fehler und die Erzeugung entsprechender Fehlersignale soll nachfolgend eingegangen werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Distanzelement-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima kleiner ist als ein vorgegebener Abstandsminimalwert. Da die Intensitätsmaxima durch Reflexionen des Lichts an den Wälzkörpern hervorgerufen werden, deutet ein zu geringer Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima auf das Fehlen eines Distanzelements zwischen den entsprechenden Wälzkörpern hin. Der vorgegebene Abstandsminimalwert kann in Abhängigkeit von einem Abstands-Mittelwert, beispielsweise dem Median der Abstände der Intensitätsmaxima ermittelt worden sein. Alternativ kann der Abstandsminimalwert durch einen Benutzer der entsprechenden Messvorrichtung vorgegeben werden.
Bevorzugt ist es ferner, dass ein Distanzelement-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima größer ist als ein vorgegebener Abstandsminimalwert und kleiner ist als ein vorgegebener Abstandsmaximalwert und der Intensitätsverlauf im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima kleiner ist als ein vorgegebener Intensitätsschwellenwert. Liegt der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima im Bereich zwischen dem vorgegebenen Abstandminimalwert und dem vorgegebenen Abstandsmaximalwert so ist in der Regel davon auszugehen, dass im Bereich zwischen den beiden den Intensitätsmaxima entsprechenden Wälzkörpern ein Distanzelement vorhanden ist. Ergibt allerdings die Auswertung des Intensitätsverlaufs, dass die Intensität im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima unterhalb eines vorgegebenen Intensitätsschwellenwert absinkt, so deutet dies darauf hin, dass im Bereich zwischen den benachbarten Wälzkörpern fehlerhafterweise kein Distanzelement vorhanden ist. Der Intensitätsschwellenwert wird bevorzugt derart gewählt, dass er größer ist als das gemessene Intensitätsminimum, welches einer Lücke entspricht, in welcher weder ein Wälzkörper noch ein Distanzelement vorhanden ist, und kleiner ist als die Intensität, die bei der Reflexion an einem Distanzelement auftritt.
Bevorzugt ist ferner, dass ein Wälzkörper-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima größer ist als ein vorgegebener Abstandsmaximalwert und eine Intensitäts-Dauer ermittelt wird, in welcher der gemessene Intensitätsverlauf einen Intensitätsbetrag aufweist, der in einem vorgegebenen Intensitätsband liegt und die Intensitätsminium-Dauer einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Liegt der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima oberhalb des vorgegebenen Abstands-Maximalwerts kann ein Wälzkörper-Fehler vorliegen. Um allerdings solche Fälle nicht als Fehler zu erkennen, bei welchen der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima aufgrund einer zulässigen Lücke zwischen Wälzkörper und Distanzelement oberhalb des Abstandsmaximalwert liegt, wird zusätzlich der Intensitätsverlauf zwischen den beiden Intensitätsmaxima analysiert. Dabei wird die Intensitäts-Dauer ermittelt, in welcher der gemessene Intensitätsverlauf einen Intensitätsbetrag aufweist, der in einem vorgegebenen Intensitätsband liegt und die Intensitäts-Dauer einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Das Intensitätsband wird vorteilhafterweise derart gewählt, dass es Intensitätswerte umfasst, die üblicherweise durch die Reflexion an einem Distanzelement zu erwarten sind. Kommt es in dem Intensitätsverlauf zu Reflexionen im Bereich des vorgegeben Intensitätsbands über eine längere Dauer, so bedeutet dies, dass zwischen zwei benachbarten Distanzelementen ein Wälzkörper fehlt.
Zur Lösung der Aufgabe trägt ferner eine Prüfvorrichtung zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen bei, umfassend eine Sonde, über welche von einer Lichtquelle abgestrahltes Licht in das Wälzlager einstrahlbar ist, einen Sensor zur Messung eines Intensitätsverlaufs des innerhalb des Wälzlagers reflektierten Lichts und eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Intensitätsverlaufs.
Bei der Prüfvorrichtung können dieselben vorteilhaften Wirkungen erreicht werden wie sie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.
Die Lichtquelle der Prüfvorrichtung ist bevorzugt eine Infrarot-Lichtquelle. Über die Lichtquelle kann Licht im Infrarot(IR)-Bereich bereitgestellt werden. Die Wellenlänge des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts liegt bevorzugt im Bereich von 700 µm bis 3000 µm, bevorzugt im Bereich von 700 µm bis 1500 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 800 µm bis 1000 µm. Die Lichtquelle kann als Infrarot-LEDs ausgebildet sein, wodurch ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht wird. Die Lichtquelle kann mit gepulster und/oder mit konstanter Lichtemission betreibbar sein.
Der Sensor ist bevorzugt als optoelektronischer Sensor ausgebildet, so dass der gemessene Intensitätsverlauf elektronisch verarbeitet werden kann. Beispielsweise kann der Sensor als Fotodiode, Fototransistor, Fotowiderstand, CMOS-Sensor oder CCD-Sensor ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Sensor im Infrarotbereich empfindlich, insbesondere im Bereich von 700 µm bis 3000 µm, bevorzugt im Bereich von 700 µm bis 1500 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 800 µm bis 1000 µm. Durch die Detektion im Infrarotbereich kann eine Beeinträchtigung des Prüfergebnisses durch Umgebungslicht im sichtbaren Spektralbereich verringert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Prüfvorrichtung ist die Sonde derart ausgebildet, dass die Sonde zumindest teilweise durch eine Öffnung in dem Gehäuse des Wälzlagers einführbar ist, so dass es nicht erforderlich ist, das Wälzlager zur Prüfung der Bestückung zu öffnen. Bei der Öffnung kann es sich um eine Öffnung zum Einbringen eines Schmiermittels, beispielsweise eine Schmierbohrung, handeln. Die Sonde kann einen Einführabschnitt aufweisen, welcher in das Wälzlager einführbar ist. Der Einführabschnitt kann einen oder mehrere Lichtwellenleiter aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Sonde und/oder der Einführabschnitt der Sonde über einen Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle und/oder dem Sensor verbunden ist, so dass die Lichtquelle und/oder der Sensor in einem gewissen Abstand von dem Wälzlager vorgesehen sein können. Vorteilhafterweise ist die Sonde über mehrere, insbesondere zwei, Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle und/oder dem Sensor verbunden. Insofern können ein erster Lichtwellenleiter zum Leiten des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts und ein zweiter Lichtleiter zum Leiten des im Wälzlager reflektierten Lichts vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Sonde eine oder mehrere Linsen aufweisen,, über welche das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht und/oder das im Wälzlager reflektierte Licht fokussiert wird. Alternativ kann die Sonde die Lichtquelle und/oder den Sensor umfassen, so dass die Lichtquelle und/oder der Sensor in das Wälzlager eingeführt oder an das Wälzlager herangeführt werden können.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Sonde ein magnetisches Halteelement aufweist, über welches die Sonde an dem Gehäuse des Wälzlagers festlegbar ist. Über das magnetische Halteelement kann die Sonde von außen an dem Gehäuse des Wälzlagers festgelegt werden, während Licht in das Wälzlager eingestrahlt wird. Dabei kann ein Einführabschnitt der Sonde in das Wälzlager hineinragen.
Bevorzugt ist die Sonde derart ausgebildet, dass ein Einführabschnitt der Sonde motorisch positionierbar ist, so dass es nicht erforderlich ist, den Einführabschnitt manuell zu positionieren. Beispielsweise kann die Sonde einen Motor zur Positionierung des Einführabschnitts aufweisen, der insbesondere als Schrittmotor ausgebildet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima in dem gemessenen Intensitätsverlauf ermittelbar ist. Besonders bevorzugt ist es ferner, wenn die Auswerteinheit derart ausgestaltet ist, dass die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben Verfahrensschritte ausführbar sind.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Prüfvorrichtung können auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen vorteilhaften Merkmale bei der Prüfvorrichtung verwendet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränkt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die 1 zeigt ein Wälzlager in einer Querschnittsdarstellung.
Die 2a zeigt zwei benachbarte Wälzkörper des Wälzlagers aus 1, wobei zwischen den Wälzkörpern als separate Distanzstücke ausgebildete Distanzelemente angeordnet sind.
Die 2b zeigt zwei benachbarte Wälzkörper eines alternativen Wälzlagers, wobei zwischen den Wälzkörpern als Teil eines Käfigs ausgebildete Distanzelemente angeordnet sind.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung in einem schematischen Blockdiagramm.
Die 4 zeigt einen beispielhaften Intensitätsverlauf eines korrekt bestückten Wälzlagers.
Die 5 zeigt einen beispielhaften Intensitätsverlauf einen Wälzlagers, bei welchem ein Distanzelement fehlt.
Die 6 zeigt einen beispielhaften Intensitätsverlauf einen Wälzlagers, bei welchem ein Wälzkörper fehlt.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In der 1 ist exemplarisch ein Wälzlager 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt, welches als käfigloses Wälzlager 1 mit kugelförmigen Wälzkörpern 4 und zwischen den Wälzkörpern angeordneten Distanzelementen 5 ausgebildet ist. Das Wälzlager 1 weist ein Gehäuse mit einem ersten Wälzlagerring 2 und einem zweiten Wälzlagerring 3 auf, welche relativ zueinander drehbar sind. Bei dem Wälzlager 1 gemäß Figur sind die Wälzkörper 4 in zwei Laufbahnen 7 angeordnet. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren auch bei solchen Wälzlagern Anwendung finden, die eine oder mehr als zwei Laufbahnen aufweisen und/oder bei denen Wälzkörper 4 mit einer abweichenden Form vorgesehen sind.
Das Wälzlager 1 weist als Schmierbohrungen ausgebildete Öffnungen 6 auf, über welche ein Schmiermittel in das Wälzlager einbringbar ist. Wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden wird, wird zur Prüfung der Bestückung des Wälzlagers 1 Licht durch die Öffnungen 6 in das Wälzlager 1 eingestrahlt und das in dem Wälzlager, d.h. von den Wälzkörpern 5, den Distanzelementen und/oder den Laufflächen des Wälzlagers 1 reflektierte Licht durch die Öffnungen 6 gemessen.
Die 2a zeigt eine Anordnung von benachbarten Wälzkörpern 4 zwischen denen jeweils ein Distanzelement 5 vorgesehen ist, über welches die Wälzkörper 4 auf Abstand gehalten werden. Bei einer korrekten Bestückung des Wälzlagers 1 sind die Wälzkörper 4 und die Distanzelemente 5 jeweils abwechselnd angeordnet. Zwischen einem Wälzkörper 4 und dem benachbarten Distanzelement 5 kann ggf. ein Zwischenraum in Form einer Lücke vorhanden sein.
In der 2a ist eine Anordnung dargestellt, wie sie in einem Wälzlager gegeben ist, das einen Käfig aufweist. Die Distanzelemente 4 dieses Wälzlagers sind Teil des Käfigs. Insofern sind die Distanzelemente 4 insbesondere einstückig miteinander verbunden. Auch bei dieser Anordnung werden benachbarte Wälzkörper über die Distanzelemente 5 auf Abstand gehalten. Bei einer korrekten Bestückung des Wälzlagers 1 sind die Wälzkörper 4 und die Distanzelemente 5 jeweils abwechselnd angeordnet. Zwischen einem Wälzkörper 4 und dem benachbarten Distanzelement 5 kann ggf. ein Zwischenraum in Form einer Lücke vorhanden sein.
Um Herstellungsmängel aufzudecken, die auf eine fehlerhafte Anordnung von Wälzkörpern 4 und Distanzelementen 5 zurückzuführen sind, wird mittels der in 3 gezeigten Prüfvorrichtung 10 ein Verfahren zum Prüfen der Bestückung des Wälzlagers 1 mit Wälzkörpern 4 und zwischen den Wälzkörpern 4 angeordneten Distanzelementen 5 durchgeführt. Mit dem Verfahren bzw. der Prüfvorrichtung 10 kann automatisiert das Fehlen einzelner Wälzkörper 4 (Wälzkörper-Fehler) und das Fehlern einzelner Distanzelemente 5 (Distanzelement-Fehler) nachgewiesen werden.
Die Prüfvorrichtung 10 weist eine insbesondere tragbare Verarbeitungseinheit 15 und eine mit der Verarbeitungseinheit 15 verbundene Sonde 11 auf. Die Sonde 11 weist einen Einführabschnitt 12 auf, welcher durch die Öffnung 6 des Wälzlagers 1 in das Wälzlager einführbar ist, so dass zumindest ein Teil der Sonde 11 in das Innere des Wälzlagers eingeführt werden kann. Der Einführabschnitt 12 kann beispielsweise einen Lichtwellenleiter aufweisen, welcher derart bemessen ist, dass er durch die Öffnung 6 des Wälzlagers 1 eingeführt werden kann. Ferner ist an der Sonde 11 ein magnetisches Halteelement 13 angeordnet, über welches die Sonde 11 im Umgebungsbereich der Öffnung 6 an dem Wälzlagerring 3 festgelegt werden kann.
Die Sonde 11 weist ferner einen als Schrittmotor ausgebildeten Motor auf, über welchen der Einführabschnitt 12 motorisch positioniert werden kann. Insofern kann der Einführabschnitt 12 nach dem Festlegung der Sonde 11 über das magnetische Halteelement 13 automatisiert in eine für die Durchführung der Prüfung geeignete Position verbracht werden ohne dass ein manueller Eingriff eines Benutzers erforderlich ist. Mittels des Motors kann der Einführabschnitt 12 derart positioniert werden, dass Beschädigungen am Wälzlager vermieden werden, die durch eine etwaige Berührung der Wälzkörper 4 und/oder der Distanzelemente 5 durch den Einführabschnitt 12 entstehen könnten. Ferner kann der Einführabschnitt 12 derart positioniert werden, dass eine zur Prüfung der Bestückung des Wälzlagers 1 geeignete Lichtemission und/oder Lichtabsorption gewährleistet ist.
Die Sonde 11 ist über einen Lichtwellenleiter 14 mit der Verarbeitungseinheit 15 verbunden. Der Lichtwellenleiter 14 ist in einem Gelenkschlauch geführt. In der Verarbeitungseinheit 15 ist eine Lichtquelle 16 angeordnet, welche im Infrarot-Spektralbereich emittiert, und mit dem Lichtwellenleiter 14 gekoppelt ist, so dass das von Lichtquelle 16 abgestrahlte Licht über den Lichtwellenleiter 14 und die Sonde 11 in das Wälzlager 1 geleitet werden kann. Die Verarbeitungseinheit 15 weist ferner einen Sensor 17 auf. Der Sensor 17 ist derart mit dem Lichtwellenleiter 14 gekoppelt, dass das in dem Wälzlager 1 reflektierte Licht über den Lichtwellenleiter 14 an den Sensor geführt wird und dort erfasst werden kann. Der Sensor 17 ist im Infrarot-Spektralbereich empfindlich, so dass die Intensität des von der Lichtquelle 16 abgestrahlten und im Wälzlager 1 an den Wälzkörpern 4 und/oder den Distanzelementen 5 reflektierten Lichts gemessen werden kann. Der Sensor kann beispielsweise als Fotodiode, Fototransistor, CMOS-Sensor oder CCD-Sensor ausgestaltet sein.
Der Sensor 18 ist über einen Analog/Digital-Wandler 18 mit einer Auswerteeinheit 19 der Verarbeitungseinheit 15 verbunden. Über den Analog/Digital-Wandler 18 kann ein analoges Ausgangssignal des Sensors 17 in ein digitales Signal gewandelt werden, welches in der Auswerteeinheit 19 verarbeitet werden kann. Die Auswerteeinheit 19 weist einen digitalen Prozessor auf. Die Verarbeitungseinheit 19 weist ferner eine Anzeige- und Bedieneinheit 20 auf, über welche die Bedienung der Prüfvorrichtung erfolgen kann und Prüfergebnisse angezeigt werden können.
Bei dem mit der vorstehend beschriebenen Prüfvorrichtung durchgeführten Verfahren zum Prüfen der Bestückung des Wälzlagers 1 mit Wälzkörpern 4 und zwischen den Wälzkörpern 4 angeordneten Distanzelementen 5, wird Licht in das Wälzlager 1 eingestrahlt. Das eingestrahlte Licht wird im Inneren des Wälzlagers 1 an den Wälzkörpern 4 und/oder den Distanzelementen 5 sowie ggf. an der Laufflächen des Wälzlagers 1 reflektiert. Über den Sensor 17 wird ein Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts gemessen und der gemessene Intensitätsverlauf wird in der Auswerteeinheit 19 ausgewertet, um eine fehlerhafte Bestückung des Wälzlagers 1 zu detektieren.
Bei der Durchführung der Prüfung wird das Wälzlager 1 gedreht. Das Drehen kann beispielsweise über einen insbesondere elektrischen Antrieb erfolgen. Der elektrische Antrieb kann mit der Prüfvorrichtung 10 verbunden sein, so dass eine Steuerung des Antriebs durch die Verarbeitungseinheit 15 der Prüfvorrichtung 10 erfolgen kann. Mittels der Verarbeitungseinheit 15 können folgende Größen ermittelt werden: Die Wälzlager-Umfangsgeschwindigkeit, die Wälzkörpermittelpunktsgeschwindigkeit, die Zeit, die ein Wälzkörper für eine Umrundung benötigt, die Zeit, die zur Erfassung eines Wälzkörpers durch die Prüfvorrichtung 10 zur Verfügung steht, die Messwertdichte und/oder ein Faktor, der über die Messqualität die Messgeschwindigkeit regelt. Alternativ ist es möglich, den Antrieb von der Prüfvorrichtung getrennt vorzusehen.
Die 4 zeigt beispielhaft die Intensität I des gemessenen reflektierten Lichts über der Zeit T eines abwechselnd mit Wälzkörpern 4 und Distanzelementen 5 bestückten Wälzlagers 1. Bei der Prüfung des Wälzlagers 1 werden in dem gemessenen Intensitätsverlauf Intensitätsmaxima 40 ermittelt, welche durch die Wälzkörper 4 erzeugt werden. Trifft das eingestrahlte Licht auf ein Distanzelement 5, so kommt es zu einer Reflexion mit einem im Vergleich zu der Reflexion eines Wälzkörpers 4 reduzierten Intensitätswert. Die Bereiche des Intensitätsverlaufs, welche durch Distanzelemente 5 erzeugt werden, sind in 4 mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. Intensitätsminima 60 ergeben sich dann wenn das eingestrahlte Licht ausschließlich an den Laufbahnen des Wälzlagers 1 reflektiert wird. Die Intensitätsminima 60 werden daher durch Lücken zwischen einem Wälzkörper 4 und einem Distanzelement 5 hervorgerufen. Solche Lücken zwischen Wälzkörpern 4 und Distanzelementen 5 sind in der Regel nicht zu beanstanden und werden daher nicht als fehlerhafte Bestückung bewertet.
Ein gemessener Intensitätsverlauf eines fehlerhaft bestückten Wälzlagers 1, bei welchem ein Distanzelement-Fehler vorliegt, ist in der 5 dargestellt. Bei diesem Intensitätsverlauf ist im Bereich zwischen zwei benachbarten Intensitätsmaxima 40 ein Intensitätsminimum 60 vorhanden, welches durch das Fehlen eines Distanzelements 5 hervorgerufen wird.
Die 6 zeigt einen gemessenen Intensitätsverlauf eines fehlerhaft bestückten Wälzlagers 1, bei welchem ein Wälzkörper-Fehler vorliegt. Hier ist ein erhöhter zeitlicher Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima 40 gegeben, wobei im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima 40 durch gehend ein Intensitätswert gemessen wird, der in einem Intensitätsbereich 80 liegt, welches der durch die Reflexion an einem ein Distanzelement 5 hervorgerufenen Intensität zugeordnet werden kann. Dieser Intensitätsverlauf deutet auf das Fehlen eines Wälzkörpers 5 zwischen zwei Distanzelementen 5 hin.
Um die vorstehend beschriebenen Fehler detektieren zu können, kommt ein Auswerteverfahren zu Anwendung, bei welchem der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima 40 ermittelt wird. Zur Ermittlung des zeitlichen Abstands wird der Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts mit einer vorgegebenen Abtastrate gemessen und die Anzahl der ermittelten Messwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Intensitätsmaxima 40 wird gezählt. Ferner wird der Median des zeitlichen Abstands zwischen den Intensitätsmaxima 40 ermittelt und es wird anhand des Medians ein Abstandsmaximalwert und/oder ein Abstandminimalwert bestimmt. Über den Abstandsmaximalwert und den Abstandsminimalwert wird ein Bereich definiert, in welchem die Abstände der Intensitätsmaxima 40 bei einem korrekt bestückten Wälzlager 1 liegen. Für jedes Paar von benachbarten Intensitätsmaxima 40 wird der Abstand der Intensitätsmaxima 40 ermittelt und es wird geprüft, ob dieser innerhalb der durch den Abstandsmaximalwert und den Abstandsminimalwert vorgegebenen Grenzen liegt.
Ein weiteres Kriterium bei der Prüfung auf fehlerhafte Bestückung ist der Intensitätsverlauf im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima 40. Daher wird zusätzlich zu der Ermittlung der Abstände der Intensitätsmaxima 40 auch der Verlauf zwischen den Intensitätsmaxima 40 ausgewertet.
Die Auswerteinheit 19 erzeugt ein Distanzelement-Fehlersignal, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima 40 kleiner ist als der vorgegebene Abstandsminimalwert. In diesem Fall kann sicher auf ein fehlendes Distanzelement 5 geschlossen werden. Ein Distanzelement-Fehlersignal wird ferner dann erzeugt, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima 40 größer ist als der vorgegebene Abstandsminimalwert und kleiner ist als der vorgegebene Abstandsmaximalwert und der Intensitätsverlauf im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima kleiner ist als ein vorgegebener Intensitätsschwellenwert 70.
Von der Auswerteeinheit 19 wird ferner ein Wälzkörper-Fehlersignal erzeugt, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima 40 größer ist als der vorgegebene Abstandsmaximalwert und eine Intensitäts-Dauer ermittelt wird, in welcher der gemessene Intensitätsverlauf einen Intensitätsbetrag aufweist, der in einem vorgegebenen Intensitätsbereich 80 liegt und die Intensitäts-Dauer einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Wälzlagerring
3: Wälzlagerring
4: Wälzkörper
5: Distanzelement
6: Öffnung
7: Laufbahn
10: Prüfvorrichtung
11: Sonde
12: Einführabschnitt
13: magnetisches Halteelement
14: Lichtwellenleiter
15: Verarbeitungseinheit
16: Lichtquelle
17: Sensor
18: Analog/Digital-Wandler
19: Auswerteeinheit
20: Anzeige- und Bedieneinheit
40: Intensitätsmaximum
50: Intensitätswert
60: Intensitätsminimum
70: Intensitätsschwellenwert
80: Intensitätsbereich
I: Intensität
T: Zeit

Claims

Verfahren zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers (1) mit Wälzkörpern (4) und zwischen den Wälzkörpern (4) angeordneten Distanzelementen (5), wobei Licht in das Wälzlager (1) eingestrahlt wird, das eingestrahlte Licht an den Wälzkörpern (4) und/oder den Distanzelementen (5) reflektiert wird, ein Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts gemessen wird und der gemessene Intensitätsverlauf ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Bestückung des Wälzlagers (1) zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Licht über eine Öffnung (6) in einem Gehäuse (3) des Wälzlagers eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wälzlager (1) während der Messung des Intensitätsverlaufs gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Intensitätsmaxima (40) im gemessenen Intensitätsverlauf ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima (40) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Intensitätsverlauf des reflektierten Lichts mit einer vorgegebenen Abtastrate gemessen wird und zur Ermittlung des zeitlichen Abstands der Intensitätsmaxima (40) die Anzahl der ermittelten Messwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Intensitätsmaxima (40) gezählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei ein Abstands-Mittelwert, insbesondere der Median oder der arithmetische Mittelwert, des zeitlichen Abstands zwischen den Intensitätsmaxima (40) ermittelt wird und anhand des Abstand-Mittelwerts ein Abstandsmaximalwert und/oder ein Abstandminimalwert bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Distanzelement-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima (40) kleiner ist als ein vorgegebener Abstandsminimalwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein Distanzelement-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima (40) größer ist als ein vorgegebener Abstandsminimalwert und kleiner ist als ein vorgegebener Abstandsmaximalwert und der Intensitätsverlauf im Bereich zwischen den benachbarten Intensitätsmaxima (40) kleiner ist als ein vorgegebener Intensitätsschwellenwert (70).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei ein Wälzkörper-Fehlersignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Abstand zweier benachbarter Intensitätsmaxima (40) größer ist als ein vorgegebener Abstandsmaximalwert und eine Intensitäts-Dauer ermittelt wird, in welcher der gemessene Intensitätsverlauf einen Intensitätsbetrag aufweist, der in einem vorgegebenen Intensitätsbereich (80) liegt und die Intensitäts-Dauer einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Prüfvorrichtung zum Prüfen der Bestückung eines Wälzlagers (1) mit Wälzkörpern (4) und zwischen den Wälzkörpern (4) angeordneten Distanzelementen (5), umfassend eine Sonde (11), über welche von einer Lichtquelle (16) abgestrahltes Licht in das Wälzlager 81) einstrahlbar ist, einen Sensor (17) zur Messung eines Intensitätsverlaufs des innerhalb des Wälzlagers (1) reflektierten Lichts und eine Auswerteeinheit (19) zur Auswertung des Intensitätsverlaufs.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lichtquelle (16) eine Infrarot-Lichtquelle ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Sonde (11) über einen Lichtwellenleiter (14) mit der Lichtquelle (16) und/oder dem Sensor (17) verbunden ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Sonde (11), derart ausgebildet ist, dass die Sonde (11) zumindest teilweise durch eine Öffnung (6) in dem Gehäuse (3) des Wälzlagers (1) einführbar ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Sonde (11) ein magnetisches Halteelement (13) aufweist, über welches die Sonde (11) an dem Gehäuse (3) des Wälzlagers (1) festlegbar ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei ist die Sonde (11) derart ausgebildet ist, dass ein Einführabschnitt (12) der Sonde (11) motorisch positionierbar ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Auswerteeinheit (19) derart ausgebildet ist, dass der zeitliche Abstand der Intensitätsmaxima (40) in dem gemessenen Intensitätsverlauf ermittelbar ist.