DE102017105477A1 - Method for nondestructive detection of a contact surface of contacting first and second bodies, in particular of contact patterns in contacting components, for. B. at gears - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum zerstörungsfreien Erfassen einer Berührfläche von sich berührenden ersten und zweiten Körpern, insbesondere von Tragbildern bei sich berührenden Bauteilen, zum Beispiel bei Zahnrädern, umfassend: Auftragen eines Lumineszenzmittels auf einen Bereich, der eine angenommene Berührfläche umfasst, des ersten Körpers und eines Lumineszenzmittels auf einen Bereich, der eine angenommene Berührfläche umfasst, des zweiten Körpers, Bewegen, insbesondere Drehen, des ersten Körpers relativ zum zweiten Körper, sodass zumindest ein Teil des Lumineszenzmittels vom ersten Körper auf den zweiten Körper übertragen wird, und Detektieren von Lumineszenzeffekten beim zweiten Körper mit einem Sensor, um die Berührfläche zu bestimmen. A method for non-destructive detection of a contact surface of contacting first and second bodies, in particular contact patterns in contacting components, for example in gears, comprising: applying a luminescent agent to a region comprising an assumed contact surface of the first body and a luminescent agent on one A region comprising an assumed contact surface of the second body, moving, in particular rotating, the first body relative to the second body, so that at least a portion of the luminescent agent is transferred from the first body to the second body, and detecting luminescence effects in the second body with a Sensor to determine the contact surface.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Oberfläche von sich berührenden ersten und zweiten Körpern, insbesondere von Tragbildern bei sich berührenden Bauteilen, zum Beispiel bei Zahnrädern.The present invention relates to a method for detecting a surface of contacting first and second bodies, in particular of contact images in the case of contacting components, for example in the case of toothed wheels.
In vielen industriellen Bereichen sowie im täglichen Leben kommen Oberflächen unterschiedlichster Art miteinander in Kontakt. Abrollende oder gleitende Berührvorgänge findet man zum Beispiel bei Zahnrädern, in Riemen- und Kettenantrieben, Lagern sowie bei der Fortbewegung auf Straßen oder Schienen (zum Beispiel Reifen, Räder, Schuhwerk).Surfaces of various kinds come into contact with each other in many industrial areas as well as in everyday life. Rolling or sliding touch operations can be found, for example, in gears, belt and chain drives, bearings, and when moving on roads or rails (for example, tires, wheels, footwear).
In der Regel werden dabei Drehmomente und/oder mechanische Energie übertragen. Energieverluste und/oder Reibung und/oder Verschleiß und/oder Schäden und/oder Lärm sind dabei zu reduzieren. Hierfür ist es erforderlich, die beteiligten Kontaktflächen möglichst genau zu kennen. Beispielsweise sollten sich in einem Getriebe die Zähne der Zahnräder nicht (ausschließlich) an ihren Ecken berühren. Ansonsten sind Bruchschäden und damit hohe Kosten wahrscheinlich. Im Falle von Reifen bzw. Rädern, die auf einer Unterlage abrollen, sollte deren gesamte Breite am Kontakt beteiligt sein, und zwar sowohl auf gerader Strecke als auch in Kurven, um eine möglichst gute Haftung mit dem Untergrund zu erreichen. Sofern die beteiligten Materialien nicht transparent sind, ist die Kontaktfläche der betreffenden Bauteile nicht beobachtbar.As a rule, torques and / or mechanical energy are transmitted. Energy losses and / or friction and / or wear and / or damage and / or noise are to be reduced. For this it is necessary to know the contact surfaces involved as accurately as possible. For example, in a transmission, the teeth of the gears should not touch (exclusively) at their corners. Otherwise, breakage and thus high costs are likely. In the case of tires or wheels rolling on a surface, their full width should be involved in the contact, both on a straight line and in curves, in order to achieve the best possible grip with the ground. If the materials involved are not transparent, the contact surface of the relevant components is not observable.
Zur zerstörungsfreien Ermittlung von Berührflächen von sich berührenden Körpern, insbesondere Bauteilen, sind im Prinzip drei Lösungsausätze bekannt:
- a) Pastenmethode: die Bauteile, welche miteinander in mechanischen Kontakt treten, werden mit einer Paste bestrichen, die sich in Folge des mechanischen Kontakts abreibt. Nach dem Kontakt zeigt der Flächenanteil ohne Lack den Kontaktbereich an. Ein derartiges Verfahren ist in
DE 10 2009 023 722 A1 - b) Farbsprühmethode: In
US 5373735 A1 - c) Thermographische Methoden: Diese beruhen auf der Detektion von Reibungswärme bzw. auf der Übertragung von Wärme, die zuvor in eines der kontaktierenden Bauteile zum Beispiel mit leistungsstarken Lasern eingebracht wurde.
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- a) paste method: the components, which come into mechanical contact with each other, are coated with a paste, which rubs off as a result of the mechanical contact. After contact, the surface area without paint indicates the contact area. Such a method is in
DE 10 2009 023 722 A1 - b) Color Spray Method: In
US 5373735 A1 - c) Thermographic methods: These are based on the detection of frictional heat or on the transfer of heat, which was previously introduced into one of the contacting components, for example with high-performance lasers.
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Die Pastenmethode ist beispielsweise in der Tragbildprüfung von Getrieben etabliert. Sie gilt jedoch als zeit- und damit kostenaufwändig und umständlich zu dokumentieren. Darüber hinaus liefert sie beispielsweise bei Getrieben nur eine Information über die Kontakte einer Zahnflanke mit vielen Zahnflanken des Gegenzahnrades, das heißt kein individuelles Tragbild, sondern lediglich ein „Summentragbild“.The paste method is established, for example, in the contact pattern inspection of gearboxes. However, it is considered time-consuming and thus costly and cumbersome to document. In addition, it provides, for example in transmissions only information about the contacts of a tooth flank with many tooth flanks of the counter gear, that is not an individual contact pattern, but only a "Summentragbild".
Bei der oben erwähnten Farbsprühmethode muss der Sprühvorgang mehrfach wiederholt werden, wenn individuelle Tragbilder zu prüfen sind. Dabei ist eine Zunahme der Farbmenge auf den Flanken zu erwarten, so dass die Farbe auf den Flanken durch Oberflächenspannungen oder durch Krafteinwirkungen (zum Beispiel Fliehkraft, Schwerkraft) zerfließt. Weil der Sprühvorgang nicht beliebig schnell erfolgen kann, ist die Drehzahl der Zahnräder bei der Kontaktprüfung begrenzt. In the above-mentioned color spraying method, the spraying operation must be repeated several times if individual supporting patterns are to be checked. An increase in the amount of ink on the flanks is to be expected, so that the paint on the flanks dissolves due to surface tensions or forces (for example, centrifugal force, gravity). Because the spraying process can not take place arbitrarily fast, the speed of the gears during contact testing is limited.
Passive thermographische Methoden setzen Reibungswärme der Kontaktflächen voraus, die bei Abrollbewegungen jedoch kaum in Erscheinung tritt. Darüber hinaus liefern sie ebenso wie die Pastenmethode nur Informationen gemittelt über viele Berührvorgänge.Passive thermographic methods require frictional heat of the contact surfaces, which hardly appears during rolling movements. Moreover, like the paste method, they only provide information averaged over many touch operations.
In Prekel,
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Berührfläche von Körpern weitgehend unabhängig von ihrer Größe und Kontaktseite ermittelt Die zu bestimmende Berührfläche wird bei Zahnrädern auch als „Tragbild“ bezeichnet.The present invention is therefore based on the object of providing a method which determines the contact surface of bodies largely independently of their size and contact side. The contact surface to be determined is also referred to as a "contact pattern" in the case of toothed wheels.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum zerstörungsfreien Erfassen einer Berührfläche von sich berührenden ersten und zweiten Körpern, insbesondere von Tragbildern bei sich berührenden Bauteilen, zum Beispiel bei Zahnrädern, umfassend: Auftragen eines Lumineszenzmittels auf einen Bereich, der eine angenommene Berührfläche umfasst, des ersten Körpers und eines Lumineszenzmittels auf einen Bereich, der eine angenommene Berührfläche umfasst, des zweiten Körpers, Bewegen, insbesondere Drehen, des ersten Körpers relativ zum zweiten Körper, sodass zumindest ein Teil des Lumineszenzmittels vom ersten Körper auf den zweiten Körper übertragen wird, und Detektieren von Lumineszenzeffekten beim zweiten Körper mit einem Sensor, um die Berührfläche zu bestimmen. According to the invention, this object is achieved by a method for non-destructive detection of a contact surface of contacting first and second bodies, in particular of contact images in the case of contacting components, for example in the case of toothed wheels, comprising applying a luminescent agent to a region comprising an assumed contact surface of the first body and a luminescent agent on a region comprising an assumed contact surface of the second body, moving, in particular turning, the first body relative to the second body, so that at least a part of the luminescent agent is transferred from the first body to the second body, and detecting of luminescence effects on the second body with a sensor to determine the touch area.
Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um eine Kamera, wie z.B. eine Matrix-, Zeilen- oder Scannerkamera, handeln.For example, the sensor may be a camera, such as a camera. a matrix, line, or scanner camera.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Auftragen ein Deaktivieren der Lumineszenzmittel umfasst. Dies dient zur Beseitigung einer etwa vorhandenen Restlumineszenz.According to a particular embodiment it can be provided that the application comprises a deactivation of the luminescence means. This serves to eliminate an existing residual luminescence.
Weiterhin kann gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Verfahren zusätzlich ein Anregen oder Aktivieren des auf den ersten Körper aufgetragenen Lumineszenzmittels umfasst.Furthermore, according to a particular embodiment of the present invention, it can be provided that the method additionally comprises exciting or activating the luminescence medium applied to the first body.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Anregen oder Aktivieren des aufgetragenen Lumineszenzmittels ein Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung umfasst.In particular, it can be provided that the stimulation or activation of the applied luminescent agent comprises irradiation with electromagnetic radiation.
Vorteilhafterweise werden die Lumineszenzeffekte aktiv zeitlich begrenzt.Advantageously, the luminescence effects are actively limited in time.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die, vorzugsweise identischen, Lumineszenzmittel phosphoreszierende Substanzen, insbesondere Suspensionen mit phosphoreszierenden Partikeln.According to a particular embodiment of the present invention, the, preferably identical, luminescent agents are phosphorescent substances, in particular suspensions with phosphorescent particles.
Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass das Verfahren das Anregen des auf den ersten Körper aufgetragenen Lumineszenzmittels und zusätzlich ein Anregen des auf den zweiten Körper übertragenen Lumineszenzmittels, vorzugsweise durch Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung, umfasst.On the other hand, it can also be provided that the method comprises exciting the luminescent agent applied to the first body and additionally exciting the luminescence medium transmitted to the second body, preferably by irradiation with electromagnetic radiation.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die, vorzugsweise identischen, Lumineszenzmittel photostimulierende Substanzen, insbesondere Suspensionen mit photostimulierenden Partikeln, sind.In particular, it may be provided that the, preferably identical, luminescent agents are photostimulating substances, in particular suspensions with photostimulating particles.
Wiederum kann alternativ vorgesehen sein, dass das Verfahren das Aktivieren des auf den ersten Körper aufgetragenen Lumineszenzmittels und zusätzlich ein Anregen des auf den zweiten Körper übertragenen Lumineszenzmittels, vorzugsweise durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, umfasst.Again, it may alternatively be provided that the method comprises activating the luminescent agent applied to the first body and additionally exciting the luminescence medium transferred to the second body, preferably by irradiation with electromagnetic radiation.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beiden Lumineszenzmittel unterschiedlich und umfassen als Lumineszenzeffekte Chemolumineszenzeffekte.According to a further particular embodiment of the present invention, the two luminescent agents are different and comprise chemiluminescence effects as luminescence effects.
Schließlich kann wiederum in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Lumineszenzeffekte Tribolumineszenzeffekte umfassen.Finally, it can again be provided in a particular embodiment of the invention that the luminescence effects include triboluminescence effects.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnisse zugrunde, dass durch Auftragen von geeigneten zu Lumineszenzeffekten fähigen oder aktivierbaren Substanzen auf die sich berührenden Körper und gegebenenfalls eine Anregung oder Aktvierung Lumineszenzeffekte zum zerstörungsfreien Erfassen von Berührungsflächen von sich berührenden ersten und zweiten Körpern genutzt werden können.The present invention is based on the surprising findings that luminescence effects for non-destructive detection of contact surfaces of contacting first and second bodies can be used by applying suitable substances capable of luminescence effects or activatable substances to the contacting bodies and, if appropriate, excitation or activation.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden.Further features and advantages of the invention will become apparent from the appended claims and from the following description in which several embodiments are explained in detail with reference to the schematic drawings.
Dabei zeigt:
-
1 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum zerstörungsfreien Erfassen eines Tragbilds bei sich berührenden Zahnrädern gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum zerstörungsfreien Erfassen eines Tragbilds bei sich berührenden Zahnrädern gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum zerstörungsfreien Erfassen eines Tragbilds bei sich berührenden Zahnrädern gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
4 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum zerstörungsfreien Erfassen einer Berührfläche von einem eine Straße berührenden Fahrzeugrad.
-
1 a flow chart of a method for nondestructive detection of a contact pattern in contacting gears according to a particular embodiment of the present invention; -
2 a flow chart of a method for nondestructive detection of a contact pattern in contacting gears according to another particular embodiment of the present invention; -
3 a flow chart of a method for nondestructive detection of a contact pattern in contacting gears according to another particular embodiment of the present invention; and -
4 a flowchart of a method for non-destructive detection of a contact surface of a road-contacting vehicle wheel.
In
Im vorliegenden Beispiel sind die Lumineszenzmittel
Bei dem in der
Nach dem Kontakt wird die Oberfläche des zweiten Körpers
Bei dem Verfahren gemäß der
Nach und nach geht DRONPA jedoch bei der Bestrahlung mit Anregungslicht in einen nichtfluoreszierenden Zustand über. Eine weitere Bestrahlung mit einer anderen Wellenlänge nahe 405 nm führt selbst zwar zu keiner nennenswerten Fluoreszenz, überführt allerdings DRONPA wieder in einen Zustand, der bei Anregung mit ca. 488 nm fluoreszenzfähig ist.Bit by bit, however, DRONPA turns into a non-fluorescent state upon irradiation with excitation light. Although further irradiation at a different wavelength near 405 nm does not itself lead to appreciable fluorescence, it does convert DRONPA back into a state which is capable of fluorescence upon excitation at about 488 nm.
Die Detektion der Berührfläche kann nun, wie am Beispiel einer Tragbildanalyse von Zahnrädern erläutert (siehe
Phase 1 („Initialisierung“): Die Zahnflanken beider Zahnräder (ersten und zweiten Körper 10 und 12) seien bereits zum Beispiel mit „DRONPA“ dünn benetzt und werden nun mit elektromagnetischer Strahlung
Phase 2 („Aktivierung“): Lastflanken des ersten Zahnrads (ersten Körpers
Phase 3 („Übertragung/Detektion“): Ein Teil des aktivierten Lumineszenzmittels
Bei einer hier nicht gezeigten Ausführungsvariante mit Chemolumineszenz werden die ersten und zweiten Körper mit unterschiedlichen Lumineszenzmitteln dünn benetzt. Die Lumineszenzmittel müssen sich zumindest teilweise an den Kontaktflächen mischen und reagieren chemisch unter Aussendung von elektromagnetischer Strahlung, die zur Bestimmung der Berührfläche detektiert werden kann.In a variant embodiment with chemiluminescence not shown here, the first and second bodies are wetted with different luminescent agents thinly. The luminescent agents must at least partially mix at the contact surfaces and react chemically with the emission of electromagnetic radiation that can be detected to determine the contact surface.
Bei einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsvariante mit Tribolumineszenz werden die ersten und zweiten Körper mit identischen Lumineszenzmitteln benetzt, die bei Kontakt der ersten und zweiten Körper Tribolumineszenz erzeugen. Die Tribolumineszenz dient zur Anregung von Phosphoreszenzlicht, welches sich nach dem Kontakt detektieren lässt Tribulomineszenz und Phosphoreszenz können dabei von verschiedenartigen als auch gleichartigen Partikeln (zum Beispiel dotiertes Zinksulfid) erzeugt werden.In a further embodiment variant with triboluminescence, which is not shown here, the first and second bodies are wetted with identical luminescent agents which produce triboluminescence upon contact of the first and second bodies. The triboluminescence is used to excite phosphorescence light, which can be detected after contact Tribulomineszenz and phosphorescence can be generated by various as well as similar particles (for example, doped zinc sulfide).
Insbesondere die Ausführungsformen, die in den
Bei den Ausführungsformen gemäß den
Wie sich anhand der vorangehenden Beschreibung ergibt, reicht, wenn beide Zahnräder eine gleiche Anzahl von Zähnen besitzen, eine Umdrehung aus, um die Tragbilder der miteinander kämmenden Zahnräder aufzunehmen. Andernfalls ist mehr als eine Umdrehung erforderlich.As will be understood from the foregoing description, when both gears have an equal number of teeth, one revolution is sufficient to receive the contact images of the intermeshing gears. Otherwise, more than one turn is required.
Für eine Deaktivierung der Lumineszenzmittel auf den ersten und zweiten Zahnrädern ist von Zeitdauern in der Größenordnung von einigen Millisekunden bis wenige Sekunden bei Verwendung von Substanzen wie in der in
Bei Verwendung von Lumineszenzmitteln ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß
Bei Verwendung von Lumineszenzmitteln ähnlich wie in den in den
Je mehr Lumineszenzmittel von einem Körper auf den anderen übertragen wird, desto intensiver ist die Lumineszenz am zweiten Körper (zweiten Zahnrad). Sie ist voraussichtlich von der Viskosität der Trägerflüssigkeit und den Testbedingungen (zum Beispiel Drehzahl) abhängig. Im günstigsten Fall ist von einer Detektionszeit von etwa 10 Millisekunden auszugehen, im ungünstigsten Fall von einigen Sekunden.The more luminescent agent is transferred from one body to the other, the more intense the luminescence on the second body (second gear). It is expected to be dependent on the viscosity of the carrier fluid and the test conditions (eg speed). In the best case, a detection time of about 10 milliseconds is assumed, in the worst case of a few seconds.
In der
Die vorgeschlagenen Methoden erlauben eine schnelle, automatisierbare und gut dokumentierbare Kontaktflächenprüfung, die auch individuelle Tragbilder anstelle von Summentragbildern ermöglicht (Beispiel Zahnräder). Sie ist unabhängig von Reibungswärme und lässt sich auch an Bauteilpaaren einsetzen, deren momentane Berührflächen klein sind und nur kurzzeitig miteinander in Kontakt treten (Beispiel: Zahnräder in Getrieben, Kontaktflächen von Autoreifen auf dem Straßenbelag, Zugräder auf Schienen, Lager, Förderbänder, Kettenglieder in Kontakt mit Ritzeln). Der gerätetechnische Aufwand ist vergleichsweise gering, weil kostengünstige Detektoren und Strahlquellen existieren. Die im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- erster Körperfirst body
- 1212
- zweiter Körpersecond body
- 14,1614.16
- Bereicheareas
- 18, 2018, 20
- Lumineszenzmittelphosphor
- 18'18 '
- aktiviertes Lumineszenzmittelactivated luminescent agent
- 2222
- Strahlenquelleradiation source
- 2323
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 2424
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 2525
- Strahlenquelleradiation source
- 2626
- Strahlenquelleradiation source
- 2828
- Kameracamera
- 3030
- NIR-QuelleNIR source
- 3232
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 3333
- Strahlenquelleradiation source
- 3434
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 3535
- Strahlenquelleradiation source
- 3636
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 3737
- Strahlenquelleradiation source
- 3838
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 3939
- Strahlenquelleradiation source
- 4040
- Fahrzeugvehicle
- 4242
- Strahlenquelleradiation source
- 4444
- Strahlenquelleradiation source
- 4545
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- 4646
- Kameracamera
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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