DE10304607A1

DE10304607A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern, die in einem Käfig eines Wälzlagers angeordnet sind

Info

Publication number: DE10304607A1
Application number: DE2003104607
Authority: DE
Inventors: Alfred Pecher; Joachim Dr. Hering; Stefan GLÜCK
Original assignee: FAG Kugelfischer AG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern 4, die in einem Käfig 6 eines Wälzlagers 1 angeordnet sind. Sofern ein Vor- oder Nachlauf vorliegt, bedeutet dies, dass die Drehachse des Wälzlagers 1 und die Drehachse des in dem Wälzlager 1 gelagerten Bauteils 5 nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind. Zur Ermittlung einer ggf. vorliegenden Abweichung vom Gleichlauf der Wälzkörper sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: DOLLAR A - digitales Erfassen eines analogen Messsignals S von einem an einem Wälzlagerbauteil 3 angebrachten druck- oder dehnungsempfindlichen Sensor 7 bei konstanter Drehzahl eines in dem Wälzlager gelagerten Bauteils 5, DOLLAR A - Ermitteln eines ersten und eines zweiten Periodenzeitraumes des analogen Messsignals S, DOLLAR A - Vergleich der ermittelten Periodenzeiträume, DOLLAR A - Erkennen des Vorliegens eines Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern 4 im Wälzlager 1 bei einem Unterschied zwischen den verglichenen Periodenzeiträumen oder DOLLAR A - Erkennen des Gleichlaufs der Wälzkörper 4 im Wälzlager 1, wenn die Periodenzeiträume im Wesentlichen gleich sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vor- oder Nachlaufs von Wälzkörpern 4 in einem Wälzlager 1 sowie die Steuerung und Regelung einer selbsttätigen Ausrichtung der genannten Drehachsen zueinander, wenn eine Abweichung von einer koaxialen Ausrichtung erkannt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern, die in einem Käfig eines Wälzlagers angeordnet sind, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.
Hintergrund der Erfindung
Seit einiger Zeit werden Wälzlager mit Messeinrichtungen ausgestattet, mit denen neben den auf das Lager wirkenden Kräften beispielsweise auch die Drehzahl eines drehbaren Lagerbauteils ermittelbar ist. So zeigt die DE 27 46 937 A1 ein Kraftmesslager, bei dem Dehnungsmessstreifen in einer Umfangsnut eines feststehenden Lageraußenringes befestigt und mit anderen elektrischen Widerständen in einer elektrischen Messbrücke verschaltet sind. Bei einem Überrollen des Befestigungsortes des dehnungsabhängig seinen Widerstand ändernden Dehnungsmessstreifens durch die Wälzkörper wird ein im wesentlichen sinusförmiges Messsignal erzeugt, das mit einer geeigneten Auswerteeinrichtung analysierbar ist.
Darüber hinaus offenbart die DE 100 41 093 A1 ein Messwälzlager mit dehnungsempfindlichen Sensoren, mit denen u. a. die Drehzahl einer drehbaren Lagerschale ermittelbar ist. Bei diesen Sensoren handelt es sich um zwei einander zugeordnete Dehnungsmesswiderstände oder Dehnungswiderstands-Messbrückenschaltungen, die an der feststehenden äußeren Lagerschale angebracht sind. Die beiden Dehnungsmessstreifen sind dabei so zueinander angeordnet, dass diese in Reihe geschaltet und jeweils um die Hälfte des Winkelabstandes zwischen zwei Wälzkörpern in Drehrichtung zueinander versetzt in der Lagerschale angebracht sind. Zur Drehzahlmessung ist hinsichtlich dieser Messanordnung verfahrensgemäß vorgesehen, dass das von den beiden Sensoren beim Überrollen ihrer Befestigungsorte durch die Wälzkörper gewonnene periodische Signal einer Auswerteschaltung zugeführt wird, in der die Signale einer Differenzbildung unterworfen werden.
Neben der Bestimmung der auf das Wälzlager wirkenden Kräfte und der Drehzahl des drehbaren Wälzlagerbauteils besteht ein Bedarf an der Information, ob das Wälzlager und das in dem Wälzlager gelagerte Bauteil hinsichtlich ihrer Drehachsen exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind. Sofern diese Koaxialität der Drehachsen nicht vorliegt, sind in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Fehlausrichtung der Drehachsen früher oder später Schäden an dem Wälzlager zu erwarten. Bei Wälzlagern, bei denen die Wälzkörper mit Hilfe eines Käfigs zueinander in einem vorbestimmten Abstand gehalten werden, führt die beschriebene Fehlausrichtung der Drehachsen dazu, dass die Wälzkörper ihren Abstand zunächst im Rahmen des Spiels im Käfig zueinander verringern oder vergrößern. Diese sowie eine darüber hinaus gehende Abweichung vom Gleichlauf ist auch als Vor- oder Nachlauf der Wälzkörper benennbar und kann zu Schäden an dem Lagerkäfig und letztlich auch am Gesamtlager führen.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, mit denen ein Vor- und/oder Nachlauf von Wälzkörpern in einem Wälzlager feststellbar ist. Darüber hinaus soll die Vorrichtung dazu geeignet sein, selbsttätig eine koaxiale Ausrichtung der Drehachse des Wälzlagers zu der Drehachse des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils durchzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
So wird zur Ermittlung des Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern in einem Wälzlager bei konstanter Drehzahl eines in dem Wälzlager gelagerten Bauteils verfahrensgemäß zunächst das analoge Messsignal eines druck- oder dehnungsempfindlichen Sensors erfasst, der auf oder an einem Wälzlagerbauteil, vorzugsweise an einem feststehenden Lagerring, angeordnet ist. Aus diesem analogen Messsignal werden dann zwei vorzugsweise aufeinander folgende Periodenlängen des analogen Messsignals bestimmt, die anschließend hinsichtlich ihrer zeitlichen Dauer miteinander verglichen werden.
Sofern dieser Vergleich einen Unterschied zwischen den beiden Signalperiodenlängen ergibt, wird eine Fehlpositionierung von Wälzkörpern in dem Lagerkäfig und damit das Vorliegen eines Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern in dem Wälzlager erkannt. Wenn jedoch die Periodenlängen gleich sind, wird auf einen weitgehend identischen Abstand zwischen den Wälzkörpern im Lagerkäfig geschlossen und ein Gleichlauf der Wälzkörper im Wälzlager festgestellt.
Zur Ermittlung der Dauer einer Periode des analogen Messsignals wird dieses digitalisiert und der erste sowie der darauf folgende Zeitpunkt ermittelt und abgespeichert, in dem das Messsignal mit seiner aufsteigenden Signalflanke eine Nulllinie durchkreuzt oder in dem das Messsignal mit seiner absteigenden Signalflanke eine Nulllinie durchkreuzt. Aus den beiden so entstehenden Zeitpunkten für die Kreuzungspunkte beider aufsteigenden Flanken mit der Nulllinie oder der beiden absteigenden Flanken mit der Nulllinie lässt sich die Periodendauer der Überrollen bestimmen.
Da die exakte Ermittlung der Zeitpunkte, in denen die analoge Messkurve tatsächlich ihre Nulldurchgänge hat, von einer möglichst hohen Abtast- bzw. Digitalisierungsfrequenz abhängt, ist zur Vermeidung eines zu großen auswertungstechnischen Aufwands hinsichtlich der Digitalisierungs- und Datenspeicherungseinrichtungen der jeweilige Nulldurchgangszeitpunkt t_K der Messkurve erfindungsgemäß mit der Gleichung
errechnet. In dieser Gleichung steht X₁ für den ersten positiven digitalisierten Amplitudenwert des Messsignals nach einem Nulldurchgang zum Zeitpunkt t₁ + T, während X₂ den letzten negativen digitalisierten Amplitudenwert des Messsignals zum Zeitpunkt t₁ vor dem Nulldurchgang, sowie T den Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₁ + T definiert. Die Formel gilt für aufsteigende Flanken und deren Kreuzungspunkte mit der Nulllinie. Für absteigende Flanken lässt sich eine ähnliche Gleichung angeben.
Zur Verbesserung des Mess- und Berechnungsergebnisses kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass mehr als zwei Periodenzeiträume oder Vergleichsergebnisse ermittelt und einem statistischen Auswerteverfahren, vorzugsweise der Varianzbildung unterworfen werden, bevor eine Aussage über den Gleichlauf oder dem Vor- bzw. Nachlauf von Wälzkörpern in dem Wälzlager getroffen wird.
Zudem lässt sich aus den Periodenzeiträumen und/oder den Vergleichsergebnissen ein Wert ermitteln, der die Abweichung der Ausrichtung der Drehachse des Wälzlagers zu der Ausrichtung der Drehachse des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils angibt.
Mit diesem Wert, der die unterschiedliche Ausrichtung der Drehachsen von Wälzlager und gelagertem Bauteil angibt, lassen sich in einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung mit Vorteil Stellgrößen berechnen, die als Sollwerte für die Betätigung von Stelleinrichtungen dienen, mit denen die Drehachse des Wälzlagers und/oder die des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils gegeneinander verstellbar sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vorliegens eines Vor- und/oder Nachlaufs von in einem Käfig eines Wälzlagers angeordneten Wälzkörpern sowie zur koaxialen Ausrichtung der Drehachse eines Wälzlagers zu der Drehachse eines in diesem Lager gelagerten Bauteils. Diese Vorrichtung ist dazu so ausgebildet, dass an dem Wälzlager wenigstens ein Sensor angeordnet ist, mit dem die Bewegung der Wälzkörper in dem Lager messbar ist. Das Messsignal dieses Sensors ist einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung zuführbar, in der ein Analyseprogramm abgespeichert ist. Mit diesem Analyseprogramm ist die Periodendauer des Messsignals und aus dieser Periodendauer ein Vor- und/oder Nachlauf von in dem Käfig des Wälzlagers angeordneten Wälzkörpern nachweisbar. Aus dem Wert für den Vor- und/oder Nachlauf der Wälzkörper in dem Wälzlager ist in der Steuerungs- und Regelungseinrichtung eine gegebenenfalls vorliegende Abweichung der Lagerdrehachse zu der Bauteildrehachse ermittelbar.
Schließlich ist die Steuerungs- und Regelungseinrichtung über Steuerungsleitungen mit Stellvorrichtungen an dem Wälzlager und/oder an dem gelagerten Bauteil verbunden, die derartig an dem Wälzlager und/oder dem gelagerten Bauteil angeordnet und betätigbar sind, dass die Drehachse des Wälzlagers und die Drehachse des gelagerten Bauteils zueinander ausrichtbar sind.
Bei dieser Vorrichtung ist der Sensor im Wälzlager vorzugsweise als wenigstens ein Dehnungsmessstreifen ausgebildet, der mit anderen elektrischen Widerständen in einer Messbrücke verschaltet ist. Diese Messbrücke erzeugt ein analoges Messsignal, das in einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung digitalisierbar ist. Der genannte Sensor ist zudem vorzugsweise in einer Umfangsnut an einem feststehenden Lagerring des Wälzlagers angeordnet.
Hinsichtlich der von der Steuerungs- und Regelungsanordnung ansteuerbaren Stellvorrichtungen sei angemerkt, dass diese als druckmittelbetriebene Kolben- Zylinder-Anordnungen, als elektromotorische und/oder als piezoelektrische Stellantriebe ausgebildet sein können.
Darüber hinaus sind diese Stellvorrichtungen senkrecht und/oder achsparallel zur Drehachse des Wälzlagers bzw. zur Drehachse des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils ausgerichtet, um eine Verstellung der Lage des Wälzlagers oder des gelagerten Bauteils in alten Raumrichtungen zu ermöglichen. Vorzugsweise sind die Stellvorrichtungen so angeordnet, dass diese auf einen feststehenden Lagerring oder auf die Oberfläche des im Wälzlager gelagerten Bauteils wirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt sich anhand von Ausführungsbeispielen erläutern, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erkennung einer Drehachsenfehlausrichtung und zur automatischen Ausrichtung eines Wälzlagers,
2 den analogen Verlauf eines Messsignals über die Zeit sowie deren Digitalisierungspunkte, und
3 eine schematische Darstellung eines Abschnittes des Messsignals gemäß 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in 1 dargestellte Aufbau zeigt ein Wälzlager 1, bei dem zwischen einem Innenring 2 und einem Außenring 3 Wälzkörper 4 angeordnet und von einem Wälzkörperkäfig 6 auf Abstand zueinander gehalten werden. Radial innerhalb des Innenringes 2 ist ein Bauteil 5 gelagert, das hier als Welle ausgebildet ist.
Zur Erkennung einer nicht exakt koaxialen Ausrichtung der Drehachse des Bauteils 5 und der des Wälzlagers 1 zueinander ist zumindest eine Messvorrichtung 7 vorgesehen, die bevorzugt an dem feststehenden Lageraußenring 3 angeordnet ist. Nicht ausgeschlossen wird jedoch deren Anordnung am drehenden Lagerinnenring 2, wenngleich dies die Übertragung der Signale der Messvorrichtung an ein Auswertegerät erschwert. Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Messvorrichtung in einer hier nicht dargestellten Umfangsnut am Lageraußenring 3 befestigt ist.
Die Messvorrichtung 7 umfasst im einfachsten Falle einen Dehnungsmessstreifen 9 oder einen Drucksensor, mit deren Hilfe das Überrollen der Befestigungsposition des Dehnungsmessstreifens 9 oder Drucksensors durch die Wälzkörper 4 an dem Lageraußenring 3 feststellbar ist. Wie 1 verdeutlicht, können aber auch mehr als ein Dehnungsmessstreifen in einer Messbrücke 7 verschaltet an dem Lageraußenring verschaltet sein.
In der Messvorrichtung 7 ist der Dehnungsmessstreifen 9 zusammen mit drei anderen elektrischen Widerständen 8, 10, 11 in einer Messbrücke verschaltet, von der über die Signalleitungen 12, 13 ein analoges Messsignal S an eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 weiterleitbar ist. Diese Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 dient unter anderem zur Auswertung des analogen Messsignals der Messvorrichtung 7, aus der neben der auf das Wälzlager 1 wirkenden Kraft beispielsweise auch die Drehzahl des Bauteils 5, sowie der Vor- und/oder Nachlauf der Wälzkörper 4 in dem Wälzlager 1 ermittelbar ist. Dazu verfügt die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 über gesonderte Auswerteprogramme sowie über einen Analog-Digital-Wandler 26, mit dem das analoge Messsignal S in eine Vielzahl von digitalen Einzelwerten S(t_A), S(t_B), S(t_C), S(t_p), S(t_F), S(t_G) umwandelbar ist.
Für den Fall, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 festgestellt hat, dass kein Gleichlauf der Wälzkörper 4 in dem Wälzlager 1 vorliegt, wird ein Steuerungsprogramm aktiviert, das aus der Gleichlaufabweichung Stellsignale für Stellvorrichtungen 20, 21, 22 erzeugt, die über Steuerleitungen 17, 18, 19 mit der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 verbunden sind.
Diese Stellvorrichtungen 20, 21, 22 sind vorzugsweise als hydraulische oder elektrische Stellmittel ausgebildet, wobei hinsichtlich der elektrischen Stellmittel Schrittmotoren oder piezoelektrische Stellvorrichtungen nutzbar sind.
Wie 1 verdeutlicht, sind diese Stellvorrichtungen 20, 21, 22 so zu dem Wälzlager 1 ausgerichtet, dass deren Stellwege 23, 24, 25 im Sinne eines X-Y-Z-Koordinatensystems senkrecht aufeinander stehen. Darüber hinaus sind die Stellvorrichtungen 20, 21, 22 derart an dem Wälzlager 1 angeordnet oder befestigt, dass der Lageraußenring 3 in allen drei Raumkoordinaten X, Y, Z verstellt werden kann.
Die Fehlausrichtung der Wälzlagerdrehachse zu der Drehachse des in dem Wälzlager 1 gelagerten Bauteils 5 kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch in einer Anzeigevorrichtung 16 dargestellt werden, die über eine Signalleitung 15 mit der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 verbunden ist.
Durch den beschriebenen Aufbau ist es möglich, die Drehachse eines Wälzlagers 1 mit bisher nicht erreichter Genauigkeit koaxial zur Drehachse des in dem Wälzlager 1 gelagerten Bauteils 5 auszurichten, um dadurch Lagerschäden erst gar nicht auftreten zu lassen und um Reibungsverluste zu minimieren.
Es versteht sich von selbst, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 zusammen mit den Stellvorrichtungen 20, 21, 22 nicht ständig mit dem Wälzlager 1 verbunden oder an diesem angeordnet sein muss. So ist der in 1 dargestellte Aufbau durchaus als Produktionsvorrichtung nutzbar, mit der die koaxial exakte Ausrichtung der genannten Drehachsen einstellbar ist, bevor das Wälzlager 1 zusammen mit dem in dem Wälzlager gelagerten Bauteil 5 und anderen Bauteilen beispielsweise zu einem übergeordneten Produkt zusammengebaut wird.
Die Überprüfung des Gleichlaufs der Wälzkörper 4 in dem Wälzlager 1 erfolgt in der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 mit Hilfe eines erfindungsgemä ßen Verfahrens, das in dieser Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 als Datenverarbeitungsprogramm abgespeichert ist. Zur Erläuterung dieses Verfahrens wird zunächst auf 2 verwiesen, in der das von der Messeinrichtung 7 erzeugte Messsignal S dargestellt und an seinem sinusförmigen Verlauf gut erkennbar ist. Das Messsignal S schneidet periodisch eine Nulllinie N, so dass den oberhalb der Nulllinie N liegenden Amplituden ein positiver Wert und den unterhalb dieser Linie N liegenden Amplituden ein negativer Wert zugeordnet ist.
Bei einer Digitalisierung dieses Messsignals S werden mit einer fest vorgegebenen Abtastfrequenz zu sich daraus ergebenden Zeitpunkten Amplitudenwerte S(t_A), S(t_B), S(t_C), S(t_D), S(t_F), S(t_G) des Messsignals S ermittelt und zusammen mit dem jeweiligen Zeitwert als Wertepaar in der Steuerungs- und Regelungseinrichtung 14 abgespeichert.
Wie 2 verdeutlicht, gelingt es bei sinnvollen Abtastfrequenzen in der Regel nicht, den Zeitpunkt exakt zu ermitteln, in dem das Messsignal S die Nulllinie N schneidet, also die Amplitude des Messsignals S den Wert Null hat. Tatsächlich werden in diesem Beispiel nur Messsignalwerte S(t_B), S(t_C) bzw. S(t_F), S(t_G) digitalisiert, die mehr oder weniger dicht vor oder hinter diesem Zeitpunkt liegen.
Die genaue Kenntnis von zwei hintereinander liegenden Nulldurchgangszeitpunkten von im dargestellten Fall aufsteigenden Kurvenverläufen ist jedoch wichtig, um die Periodenlänge des Messsignals S genau zu bestimmen. Wie 3 zeigt, lässt sich dieser Nulldurchgangszeitpunkt t_K aus den beiden benachbarten digitalisierten Werten (–X₂, t₁) und (X₁ , t₁ + T) der Messkurve S berechnen, wobei –X₂ der letzte negative Amplitudenwert vor, und X₁ der erste positive Amplitudenwert nach dem Nulldurchgangszeitpunkt t_K ist. Wenn diese Werte in die Gleichung
eingesetzt werden, lässt sich der Nulldurchgangszeitpunkt t_K auch vorteilhaft errechnen.
Zur Verbessung der Genauigkeit der aus diesen Messungen und Berechnungen zu treffenden Aussagen hinsichtlich der koaxialen Ausrichtung der genannten Drehachsen zueinander können in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mehr als zwei Periodenzeiträume oder Vergleichsergebnisse ermittelt und einem statistischen Auswerteverfahren, vorzugsweise der Varianzbildung unterworfen werden, bevor über das Vorliegen eines Gleichlaufs oder dem Vor- bzw. Nachlauf von Wälzkörpern in dem Wälzlager entschieden wird.
Die mit Hilfe von zwei hintereinander folgenden Nulldurchgangszeitpunkten t_K errechenbare erste Periodenlänge kann bei konstanter Drehzahl des Wälzlagerinnenringes 2 für die Beurteilung der Periodenlänge einer anschließenden Vergleichsmessung genutzt werden. Wenn diese Vergleichsmessung ergibt, dass deren Periode im wesentlichen genau so lang ist wie die der ersten Messung, so bedeutet dies, dass die Wälzkörper 4 im Wälzlager 1 einen Gleichlauf aufweisen. Dieser Gleichlauf ist sodann ein Zeichen dafür, dass die Drehachse des Lagerinnenringes 2 und die Drehachse des in dem Wälzlager 1 gelagerten Bauteils 5 exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Ergibt die Vergleichsmessung jedoch, dass die Periodenlänge des Messsignals einen anderen Wert aufweist, so muss davon ausgegangen werden, dass die beiden genannten Drehachsen nicht exakt koaxial zueinander liegen. In einem solchen Fall wird die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 14 ein Programm aktivieren, das ausgehend von den unterschiedlichen Periodenlängen einen Stellwert für eine oder mehrere der Stellvorrichtungen 20, 21, 22 errechnet und diese den jeweiligen Stellvorrichtungen durch Ausführung mitteilt.

1: Wälzlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Wälzkörper
5: Welle
6: Käfig
7: Sensor
8: Widerstand
9: Widerstand
10: Widerstand
11: Widerstand
12: Signalleitung
13: Signalleitung
14: Steuerungs- und Regelungseinrichtung
15: Signalleitung
16: Anzeigeeinrichtung
17: Steuerleitung
18: Steuerleitung
19: Steuerleitung
20: Kolben-Zylinder-Anordnung
21: Kolben-Zylinder-Anordnung
22: Kolben-Zylinder-Anordnung
23: Stellweg X
24: Stellweg Y
25: Stellweg Z
26: Analog-Digital-Wandler
N: Nulllinie
S: Analoges Messsignal
S(t_A): Messwert
S(t_B): Messwert
S(t_C): Messwert
S(t_D): Messwert
S(t_F): Messwert
S(t_G): Messwert
X₁: Signalamplitude
X₂: Signalamplitude
t: Zeit
t₁: Letzter Digitalisierungszeitpunkt vor Nulldurchgang
t₁ + T: Erster Digitalisierungszeitpunkt nach Nulldurchgang
t_K: Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Messsignals
T: Zeitraum

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Vorliegens eines Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern, die in einem Käfig eines Wälzlagers angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Digitales Erfassen eines analogen Messsignals (S) von einem auf einem Wälzlagerbauteil angebrachten druck- oder dehnungsempfindlichen Sensors bei konstanter Drehzahl eines in dem Wälzlager gelagerten Bauteils, – Ermitteln eines ersten und eines zweiten Periodenzeitraumes des analogen Messsignals (S); – Vergleichen der ermittelten Periodenzeiträume, – Erkennen des Vorliegens eines Vor- und/oder Nachlaufs von Wälzkörpern in Wälzlager bei einem Unterschied zwischen den verglichenen Periodenzeiträumen, oder – Erkennen des Gleichlaufs der Wälzkörper im Wälzlager, wenn die Periodenzeiträume im wesentlichen übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Periodendauer des analogen Messsignals (S) dieses digitalisiert wird, dass die Zeit für einen Schnittpunkt einer aufsteigenden Flanke des Messsignals (S) mit einer Nulllinie und die Zeit für den darauf unmittelbar folgenden Schnittpunkt einer aufsteigenden Flanke des Messsignals (S) mit der Nulllinie ermittelt, und abgespeichert wird, und dass die Perioden dauer daraus errechnet wird, die zwischen den beiden Nulldurchgangszeitpunkten (t_K) liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nulldurchgangszeitpunkt (t_K) des Messsignals (S) mit der Gleichung
errechnet wird, in der X₁ für den ersten positiven digitalisierten Amplitudenwert des Messsignals (S) nach einem Nulldurchgang zum Zeitpunkt t₁ + T steht, X₂ der letzte negative digitalisierte Amplitudenwert des Messsignals (S) zum Zeitpunkt t₁ vor dem Nulldurchgang ist, sowie T den Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₁ + T definiert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Periodenzeiträume oder Vergleichsergebnisse ermittelt und einem statistischen Auswerteverfahren, vorzugsweise der Varianzbildung unterworfen werden, bevor eine Aussage über den Gleichlauf oder über einen Vor- bzw. Nachlauf von Wälzkörpern in dem Wälzlager getroffen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Periodenzeiträumen und/oder den Vergleichsergebnissen ein Wert ermittelt wird, der die Abweichung der Ausrichtung der Drehachse des Wälzlagers zu der Ausrichtung der Drehachse des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils angibt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wert, der die unterschiedliche Ausrichtung der Drehachsen von Wälzlager und gelagertem Bauteil angibt, Stellgrößen berechnet werden, die als Sollwerte für die Betätigung von Stelleinrichtungen dienen, mit denen die Drehachse des Wälzlagers und/oder die des in dem Wälzlager gelagerten Bauteils gegeneinander verstellbar sind.
Vorrichtung zur Ermittlung des Vorliegens eines Vor- oder Nachlaufs von Wälzkörpern (4), die in einem Käfig (6) eines Wälzlagers (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wälzlager (1) wenigstens ein Sensor (7) angeordnet ist, mit dem die Bewegung der Wälzkörper (4) messbar ist, dass das Messsignal (S) dieses Sensors (7) einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung (14) zuführbar ist, und dass in der Steuerungs- und Regelungseinrichtung (14) ein Analyseprogramm abgespeichert ist, mit dem die Periodendauer des Messsignals (S) und aus dieser Periodendauer ein Vor- oder Nachlauf der Wälzkörper (4) ermittelbar ist, wobei der Vor- oder Nachlauf eine Abweichung der Lagerdrehachse zu der Bauteildrehachse angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung (14) über Steuerungsleitungen (17, 18, 19) mit Stellvorrichtungen (20, 21, 22) an dem Wälzlager (1) und/oder an dem gelagerten Bauteil (5) verbunden ist, und dass die Stellvorrichtungen (20, 21, 22) derart an dem Wälzlager (1) und/oder dem gelagerten Bauteil (5) angeordnet und betätigbar sind, dass die Drehachse des Wälzlagers (1) und die Drehachse des gelagerten Bauteils (5) zueinander ausrichtbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) ein analoges Messsignal (S) erzeugt, das in einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung (14) über einen Analog-Digital-Wandler (26) digitalisierbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) wenigstens einen Dehnungsmessstreifen (9) umfasst, der in einer Messbrücke verschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) in einer Umfangsnut des feststehenden Lagerrings (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtungen (20, 21, 22) als druckmittelbetriebene Kolben-Zylinder-Anordnungen, als elektromotorische und/oder als piezoelektrische Stellantriebe ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtungen (20, 21, 22) senkrecht und/oder achsparallel zur Drehachse des Wälzlagers (1) bzw. zur Drehachse des in dem Wälzlager (1) gelagerten Bauteils (5) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtungen (20, 21, 22) auf einen feststehenden Lagerring (3) oder auf die Oberfläche des im Wälzlager (1) gelagerten Bauteils (5) wirken.