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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schmiermittel-Befüllungsgrads
an einem Fluidlager mit einer Welle, welche eine Ausnehmung aufweist,
bei dem der Lagerspalt des Fluidlagers beleuchtet wird und die Lichtreflexion
ausgewertet wird.
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Hydrodynamische
Lager, die auch als Fluidlager bezeichnet werden, werden beispielsweise
zur Drehlagerung von Hochpräzisionsspindelmotoren eingesetzt,
wie sie in Festplattenlaufwerken verwendet werden. Hydrodynamische
Lager weisen im Vergleich zu Kugellagern eine hohe Laufgenauigkeit
und Laufruhe bei sehr viel höherer
Schockfestigkeit (Robustheit) auf. Sie arbeiten nahezu geräuschlos
und verschleißfrei,
da während
des Betriebs mit Nenndrehzahl kein direkter Körperkontakt mit Festkörperreibung
zwischen den relativ zueinander rotierenden Lagerteilen vorliegt.
Zwischen der Welle und der Wellenaufnahme (Lagerhülse) befindet
sich dabei eine dünne
Schmiermittelschicht beispielsweise eines Schmieröls.
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Ein
Verfahren zur Bestimmung des Schmiermittel-Befüllungsgrads an einem Fluidlager
ist beispielsweise aus der JP 2001-090733 A bekannt. Mittels eines
solchen Verfahrens läßt sich
während
der Herstellung des Lagers, das heißt während der Befüllung, oder
auch nach der Befüllung
prüfen,
ob ein gewünschter
Befüllungspegel
vorliegt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß der Befüllungsgrad auf einfache und
reproduzierbare Weise ermittelbar ist.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Lagerspalt
mit parallelem Licht beleuchtet wird, daß die Lichtbeaufschlagung in
einem spitzen Winkel bezogen auf eine Längsachse der Welle des Fluidlagers
derart erfolgt, daß sich
ein Reflexionsmaximum aufgrund Lichtreflexion in einem meniskusartig
ausgebildeten Schmiermittelpegel bildet und sich ein Reflexionsmaximum
durch Reflexion an der Ausnehmung bildet, wobei der spitze Winkel
kleiner ist als der Winkel eines konischen Bereichs des Lagerspalts,
daß ein
räumliches
Intensitätsprofil
des Reflexionslichtes aufgenommen wird und bezüglich der Erkennung der Reflexionsmaxima
ausgewertet wird, und daß der
Abstand der Reflexionsmaxima ermittelt wird.
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Es
ist bekannt, daß sich
bei entsprechender Anordnung und Ausbildung des optischen Systems und
bei bestimmten Befüllungspegeln
des Lagerspalts zwei relative Reflexionsmaxima ergeben, deren Abstand
ein Maß für den Befüllungsgrad
ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird das räumliche
Intensitätsprofil
ermittelt, aus dem sich dann wiederum auf einfache und insbesondere
automatisierbare Weise die Reflexionsmaxima ermitteln lassen. Es
kann dann ihr Abstand automatisch ermittelt werden, um so wiederum
den Befüllungsgrad
zu ermitteln.
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Die
Form des Intensitätsprofils
ist charakteristisch für
die Art der Schmiermittelverteilung im Lagerspalt. Es läßt sich
so beispielsweise erkennen, ob während
eines Evakuierungsvorgangs ein Schmiermittelaustritt aus dem Lagerspalt
stattgefunden hat beziehungsweise stattfindet.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich
auch der Befüllungsgrad
zeitaufgelöst
ermitteln, um so beispielsweise direkt einen "Blow out"-Vorgang, während einer Evakuierung feststellen
zu können.
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Da
das Intensitätsprofil
räumlich
aufgenommen wird, so daß über die
entsprechenden Intensitätsdaten
eine automatische Auswertung durchgeführt werden kann, läßt sich
wiederum der Befüllungsgrad über Abstände von
Reflexionsmaxima) mit hoher Reproduzierbarkeit ermitteln.
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Es
lassen sich Fluidlager mit erhöhter
Taktrate durchmessen, da das erfindungsgemäße Verfahren einer automatischen
und insbesondere rechnergestützten
Auswertung zugänglich
ist.
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Der
Lagerspalt wird mit parallelem Licht beleuchtet. Dadurch läßt sich
dieser gleichmäßig ausleuchten
und es lassen sich definierte Reflexionslinien erhalten, aus deren
Intensitätsprofil
erfindungsgemäß der Befüllungsstand
ermittelbar ist.
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Der
Lagerspalt wird mit Licht in einem spitzen Winkel (α) bezogen
auf eine Längsachse
einer Welle des Fluidlagers beaufschlagt. Der spitze Winkel α kann dabei
in der Größenordnung
von 4° liegen. Die
Beaufschlagung erfolgt derart, daß Licht an der Welle reflektierbar
ist. Bei einer solchen Beaufschlagungsweise lassen sich zwei Reflexionspeaks
erhalten, wobei der eine auf die Lichtreflexion in einem Scheitelbereich
eines meniskusartig ausgebildeten Schmiermittelpegels zurückzuführen ist.
Das zweite Maximum ist durch die Reflexion an einer Ausnehmung der
Welle und insbesondere einer Kante dieser Ausnehmung verursacht.
Die Lage des ersten Maximums hängt
stark von der Lage des Meniskus ab, das heißt von dem Ölstand. Das zweite Maximum hängt von
der Ausbildung der Welle ab. Diese Ausbildung ist unabhängig von
dem Ölstand,
so daß die Lage
dieses Maximums in der Meßebene
unabhängig
vom Ölstand
ist. Durch den Abstand der beiden Maxima läßt sich somit der Ölstand ermitteln.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das räumliche
Intensitätsprofil
in einer definierten Meßebene
aufgenommen wird. Dadurch wird für
eine einfache und schnelle Auswertbarkeit gesorgt; die Meßebene ist
vorzugsweise so gewählt,
daß sich
ein optimierter Kontrast ergibt.
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Insbesondere
wird die Meßebene
gegenüber einem
Referenzpunkt des Fluidlagers definiert. Dadurch läßt sich
eine Messung auf einfache und schnelle Weise durchführen, da
die Meßebene
auf einfache und schnelle Weise einstellbar ist.
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Ferner
ist es günstig,
wenn das Intensitätsprofil
mittels einer ortsfesten Kamera aufgenommen wird. Die Kamera ist
gegenüber
dem Meßobjekt
feststellbar verschieblich, um eine optimale Einstellung zu erhalten.
Es ist dann günstig,
nachdem diese optimale Einstellung erhalten wurde, die Abstandsposition
der Kamera gegenüber
dem Meßobjekt
nicht mehr zu verändern.
Wenn um einen Umfang des Lagerspalts gemessen wird, dann wird vorteilhafterweise
das Fluidlager während
Nichtmeßzeiten
gegenüber
der Kamera in entsprechenden Winkelschritten gedreht.
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Das
räumliche
Intensitätsprofil
läßt sich
auf einfache Weise aufnehmen, wenn eine CCD-Kamera das rückreflektierte
Licht registriert. Mit einer solchen Kamera läßt sich auf einfache Weise
die räumliche Intensitätsverteilung
bestimmen.
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Das
Intensitätsprofil
wird bezüglich
der Erkennung von (relativen) Reflexionsmaxima ausgewertet. Aus
dem Abstand von (Haupt-)Reflexionsmaxima läßt sich der Befüllungsgrad
ermitteln. Falls solche (Haupt-)Reflexionsmaxima nicht vorliegen,
dann kann wiederum zumindest qualitativ auf das Befüllungsbild
des Lagerspalts geschlossen werden.
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Es
wird der Abstand von relativen Reflexionsmaxima ermittelt, um so
ein Maß für den Befüllungsgrad
zu erhalten.
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Es
ist dabei besonders vorteilhaft, wenn eine Auswertung in einem vordefinierten
räumlichen
Meßfenster
erfolgt. Über
ein solches Meßfenster
läßt sich eine
Optimierung insbesondere bezüglich
der Kontrastbildung erreichen, um so wiederum eine einfache Auswertbarkeit
mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswertung automatisch und
insbesondere rechnergestützt
erfolgt. Es lassen sich so Meßergebnisse
mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten. Weiterhin lassen sich hohe
Taktraten bezüglich
der Bestimmung, des Schmiermittel-Befüllungsgrads erreichen.
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Wenn
das Intensitätsprofil
mittels einer Kamera bestimmt wird, dann wird dieses vorteilhafterweise
mittels Bildverarbeitungstechniken ausgewertet.
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Insbesondere
kann ein digitaler Filter zur Auswertung eingesetzt werden, um so
beispielsweise aus dem gemessenen Intensitätsprofi ein nichtlineares Profil
zu erzeugen, welches der Auswertbarkeit leichter zugänglich ist.
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Eine
Einstellung des optischen Systems, welches Lichtquelle und Kamera
umfaßt,
erfolgt vorzugsweise derart, daß eine
Mitte eines räumlichen Meßfensters
in der Mitte zwischen zwei Reflexionslinien liegt. Dadurch läßt sich
für ein
Fluidlager und einen bestimmten Typ von Fluidlager eine Positionierung
erreichen, die bezüglich
Fokussierung und Kontrastbildung optimiert ist. Insbesondere läßt sich
eine Selbstkalibrierung bezüglich
der Kontrastbildung erreichen.
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Vorzugsweise
erfolgt eine automatische Kontrastverstellung bezüglich des
positionierten Meßfensters,
um so eine Meßauswertung
zu erhalten, die keinen Bedienereingriff notwendig macht.
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Um über den
gesamtem Umfang des Lagerspalts den Befüllungsgrad zu ermitteln, wird
zwischen Messungen vorzugsweise das Lager gedreht und die Kamera
dabei in einem festen Abstand zu dem Lager gehalten.
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Es
kann vorgesehen sein, daß ein
Fluidlager unter Normaldruck mit Schmiermittel befüllt wird.
Es besteht dabei die grundsätzliche
Gefahr, daß in
dem Schmiermittel im Lagerspalt Lufteinschlüsse vorliegen. Solche Lufteinschlüsse sind
nicht erwünscht,
da sie sich negativ auf die Laufeigenschaften des Fluidlagers auswirken.
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Es
ist günstig,
wenn unter Normaldruck gemessen wird, um so ein Maß für den Befüllungsgrad zu
erhalten.
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Ferner
ist dann günstig,
wenn das Lager in einem Evakuierungsraum angeordnet ist und eine (anschließende) Messung
bei und/oder während
Unterdruckbeaufschlagung durchgeführt wird. Wenn Lufteinschlüsse in dem
Schmiermittel vorhanden sind, dann führt dies zu einem Herausspritzen
des Schmiermittels aus dem Lagerspalt oder dem Hochlaufen des Schmiermittels
an Wänden
des Lagespalts während
der Evakuierung (sogenanntes "Blow
out"). Durch das
erfindungsgemäße Verfahren läßt sich
ein solcher "Blow
out" erkennen, da
das Intensitätsprofil
beeinflußt
wird und insbesondere Reflexionsmaxima verschwinden oder ihre Lage
verändern.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
ist es möglich,
zeitaufgelöst
zu messen; es kann also während
der Evakuierung geprüft
werden, ob sich das Intensitätsprofil
an einer bestimmten Meßebene
zeitlich verändert.
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Günstig ist
es auch, wenn insbesondere eine weitere Messung bei und/oder nach
einem Übergang von
Unterdruckbeaufschlagung auf Normaldruckbeaufschlagung durchgeführt wird.
Es läßt sich
dann das Intensitätsprofil
ermitteln und entsprechend läßt sich
ein Vergleich durchführen
zu der Unterdruckbeaufschlagungssituation beziehungsweise zu der
Ausgangssituation bei Normaldruckbeaufschlagung. Wenn sich bei der
Normaldruckbeaufschlagung nach dem Übergang aus einem Unterdruckbeaufschlagungszustand Änderungen
gegenüber
dem ursprünglichen
Normaldruckbeaufschlagungszustand insbesondere bezüglich des
Abstands von Reflexionsmaxima ergeben, dann deutet dies auf einen Schmiermittelverlust
aufgrund der Unterdruckbeaufschlagung hin.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß die
Meßebene
in einem spitzen Winkel bezogen auf eine Ebene senkrecht zu einer
Längsachse
einer Welle des Fluidlagers geneigt ist und insbesondere im gleichen
spitzen Winkel geneigt ist, wie Licht in Relation zu einer Längsachse
der Welle in den Lagerspalt eingestrahlt wird. Dadurch liegt dann
die Meßebene
im wesentlichen senkrecht zum eingestrahlten Licht; dem gemessenen
Intensitätsprofil
läßt sich
dann auf einfache Weise ein Befüllungsgrad
zuordnen.
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Günstig ist
es, wenn der spitze Winkel kleiner ist als ein halber Öffnungswinkel
eines konischen Bereichs des Lagerspalts. Dadurch lassen sich bei Ölreflexion
gut ausgebildete (relative) Reflexionsmaxima erreichen.
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Die
nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit
der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Fluidlagers, an welchem
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Befüllungsgrad
von Schmiermittel ermittelt wird;
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2 eine
Draufsicht auf das Lager gemäß 1 mit
einem Meßbereich
A;
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3 eine
Reflexionslichtaufnahme für
den Meßbereich
A gemäß 2 ;
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4 ein
erstes Beispiel für
ein räumliches Intensitätsprofil;
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5 ein
zweites Beispiel für
ein räumliches Intensitätsprofil
und
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6 eine
schematische Darstellung einer Schmiermittelverteilung in dem Lagerspalt
eines Fluidlagers, welche zu dem Intensitätsprofil gemäß 5 führt.
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Ein
Fluidlager, welches in 1 ausschnittsweise in einer
Teilschnittdarstellung schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet
ist, umfaßt
eine Welle 12, welche in einer an einer Lagerhülse 13 (sleeve)
ausgebildeten Wellenaufnahme 14 drehbar gelagert ist. Die
Welle 12 erstreckt sich in einer Längsachse 16 und ist
um diese Achse 16 außerhalb
einer eventuellen Verwirbelungseinrichtung rotationssymmetrisch
ausgebildet. Die Wellenaufnahme 14 erstreckt sich auch
in dieser Längsachse 16 und
ist außerhalb
einer eventuellen Verwirbelungseinrichtung ebenfalls rotationssymmetrisch
um diese Achse 16 ausgebildet.
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Zwischen
der Welle 12 und der Wellenaufnahme 14 ist ein
Spalt 18, nämlich
der Lagerspalt gebildet. Bei einem Fluidlager ist dieser Lagerspalt 18 mit
einem Schmiermittel 20 und insbesondere Schmieröl befüllt.
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Das
Schmiermittel 20 weist dabei einen Befüllungspegel 22 auf,
der mit engen Toleranzen bei der Herstellung des Fluidlagers 10 eingestellt
werden muß,
um die Funktionsfähigkeit
des Fluidlagers sicherzustellen.
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Der
Lagerspalt 18 weist zu einem Ende 24 der Wellenaufnahme 14 hin
einen sich konisch von der Achse 16 weg erweiternden Bereich 26 auf.
Der Innendurchmesser der Wellenaufnahme 14 ist an dem Ende
des Bereiches 26, welcher am Ende 24 der Wellenaufnahme 14 liegt,
größer als
an einem gegenüberliegenden
Ende 28 des konischen Bereiches 26. Der Bereich 26 hat
bezüglich
der Wellenaufnahme 14 die räumliche Gestalt eines Hohlkegels
mit einem Öffnungswinkel
2β. Eine
typische Größenordnung
für β ist 10°. Von dem
Ende 28 abwärts
hat die Wellenaufnahme 14 die Gestalt eines Hohlzylinders.
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Zur
Messung des Befüllungsgrads
wird der Lagerspalt 18 beleuchtet, wobei eine oder mehrere Lichtquellen 30 in
einem Abstand zu dem Fluidlager 10 angeordnet ist. Die
Lichtquelle 30 ist dabei so angeordnet und ausgebildet,
daß sich
der Lagerspalt 18 gleichmäßig und insbesondere mit weitgehend
parallelem Licht ausleuchten läßt.
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Licht
von der Lichtquelle 30 wird an dem Schmiermittelpegel 22 zurückreflektiert.
Dies ist in 1 schematisch anhand von Lichtstrahlen 32a, 32b gezeigt,
welche an dem meniskusartig ausgebildeten Schmiermittelpegel 22 zurückreflektiert
werden. Das rückreflektierte
Licht ist charakteristisch für den
Schmiermittelpegel: Es ergeben sich bei geeigneter Beleuchtung des
Lagerspalts 18 und geeigneter Beobachtung zwei beabstandete
Reflexionsmaxima 34, 36. Der Abstand dieser Reflexionsmaxima 34, 36 ist
charakteristisch für
den Befüllungspegel.
Liegt der Befüllungspegel
niedriger, dann ergeben sich relative Reflexionsmaxima 34, 36,
welche einen kleineren Abstand aufweisen.
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Durch
den Abstand der Reflexionsmaxima läßt sich insbesondere bei entsprechender
Kalibrierung somit der Befüllungsgrad
des Lagerspalts 18 qualitativ und/oder quantitativ ermitteln.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, das räumliche
Intensitätsprofil
des rückreflektierten
Lichts in einer definierten Meßebene 44 zu
registrieren. Die Meßebene 44 ist
dabei vorzugsweise gegenüber
einem Referenzpunkt der Fluidlagers 10 definiert. Beispielsweise
ist ein solcher Referenzpunkt 46 durch eine ringförmige Ausnehmung 48 mit
einer Vorderkante 49 in der Welle 12 vorgegeben,
wobei die Ausnehmung 48 oberhalb des Lagerspalts 18 angeordnet
ist.
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Das
Linienprofil wird in der Meßebene 44 räumlich aufgelöst aufgenommen,
wobei hierzu eine vorzugsweise ortsfeste Kamera 50 und
insbesondere CCD-Kamera vorgesehen ist.
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Die
Auswertung erfolgt automatisch und insbesondere rechnergestützt über eine
Auswertungseinrichtung 52.
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Die
Registrierung des rückreflektierten
Lichts erfolgt in einem Meßbereich
A als Meßebene,
welcher einen Teilausschnitt eines Meßebenenbereichs um den Lagerspalt 18 darstellt
(2). Um den gesamten Umfang des Lagerspaltes 18 erfassen
zu können,
wird vorzugsweise die Kamera 50 ortsfest gehalten und zwischen
Messungen das Fluidlager 10 um eine Achse, welche mit der
Längsachse 16 zusammenfällt, in
Teilschritten gedreht.
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In 3 ist
ein typisches Meßergebnis
(bei ortsfestem Fluidlager 10) gezeigt: Die Kamera registriert
eine deutlich sichtbare erste Reflexionslinie 54 und eine
beabstandete zweite Reflexionslinie 56. Das Intensitätsprofil
wird räumlich
in einem definierten Meßfenster 58 bestimmt.
Das Meßfenster 58 wird dabei
so eingestellt, daß auf
eine Hauptreflexionslinie, beispielsweise die Reflexionslinie 54 fokussiert wird
und dabei das optische System, welches die Lichtquelle 30 und
die Kamera 50 umfaßt,
entsprechend eingestellt wird. Insbesondere wird der Abstand zwischen
der Kamera 50 und dem Fluidlager 10 eingestellt
und die Lichtquelle 30 so positioniert, daß sich ein
gutes Bild (entsprechend der 3) ergibt.
Die Kameraposition wird dann weiter so in X- und Y-Richtung eingestellt,
daß eine
Mitte 60 des Meßfensters
in der Mitte zwischen den Reflexionslinien 54 und 56 liegt.
Für einen
bestimmten Typ von Fluidlager 10 wird dann diese Einstellung
festgehalten. (In der 3 ist eine Zwischenstellung
gezeigt, bei welcher die Mitte 60 des Meßfensters 58 noch nicht
genau zwischen den Reflexionslinien 54 und 56 liegt.)
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Durch
diese Vorgehensweise wird erreicht, daß eine korrekte Einstellung
zwischen Lichtquelle 30, Kamera 50 und Meßgegenstand 10 erreicht
wird, um eine optimale Auswertbarkeit zu erhalten. Es läßt sich
auf diese Weise eine Kontrastverstellung in dem Meßfenster 58 durchführen und
insbesondere automatisch durchführen,
das heißt
es wird eine Art von Selbstkalibrierung erreicht.
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Die
Fokussierung auf die Reflexionslinie 54 wird dabei, wenn
zur Auswertung des räumlichen
Intensitätsprofils
digitale Filter vorgesehen sind, bei ausgeschaltetem Filter vorgenommen.
Die Anpassung der Position der Kamera 50, um die Mitte 60 des Meßfensters 58 zwischen
die beiden Reflexionslinien 54 und 56 zu legen,
wird bei aktiviertem Filter durchgeführt.
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Die
Kamera 50 ermittelt das räumliche Intensitätsprofil
in der Meßebene 44.
Dieses Intensitätsprofil
wird in dem Meßfenster 58 insbesondere
längs Meßlinien 62 (welche
innerhalb des Meßfensters 58 liegen)
ausgewertet. Vorzugsweise liegt dabei eine solche Meßlinie 62 radial
bezogen auf die Längsachse 16.
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In 4 ist
ein Beispiel eines registrierten räumlichen Intensitätsprofils 64 in
Abhängigkeit
des Abstands a gezeigt, welches sich bei einer Schmiermittelverteilung
ergibt, welche in 1 gezeigt ist. Die Abszissenrichtung
ist eine Abstandsrichtung in der Meßebene 44. Der Nullpunkt
für diesen
Abstand a ist willkürlich
gesetzt. Ein solches Intensitätsprofil wird über Bildverarbeitungstechniken
ausgewertet, wobei auch digitale Filter insbesondere zur Nichtlinearisierung
des Profils eingesetzt werden können. Man
erkennt aus der 4 ein erstes relatives Maximum 66 und
ein zweites relatives Maximum 68. Das erste relative Maximum 66 entspricht
der Reflexionslinie 54 und das zweite relative Maximum 68 entspricht
der Reflexionslinie 56.
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Das
erste relative Maximum 66 ist auf die Reflexion in einem
Scheitelbereich 70 des meniskusartig ausgebildeten Befüllungspegels
zurückzuführen. Es
entspricht dem in 1 gezeigten Reflexionsmaximum 34.
Die Lage des ersten Maximums ist abhängig von dem Schmiermittelstand,
d.h. der Lage des Meniskus des Befüllungspegels 22.
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Das
zweite relative Maximum 68 entspricht dem in 1 gezeigten
Reflexionsmaximum 36. Es ist auf eine Reflexion an der
Ausnehmung 48 und insbesondere am Bereich ihrer (Vorder-)Kante 49 zurückzuführen. Dieses
zweite relative Maximum 68 ist fest, d.h. seine Lage in
der Meßebene 44 ist
unabhängig
vom Schmiermittelstand. Der Abstand der beiden relativen Maxima 66 und 68 charakterisiert somit
den Schmiermittelstand.
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Das
Licht, mit welchem der Spalt 18 beaufschlagt wird, ist
vorzugsweise in einem kleinen spitzen Winkel α zu der Längsachse 16 ausgerichtet.
Der Winkel α liegt
beispielsweise in der Größenordnung 4°. Lichtstrahlen
treffen in dem spitzen Winkel α auf eine
zur Längsachse 16 parallelen
Wand 74 der Welle 12. Vorzugsweise ist dieser
Winkel α kleiner
als der Winkel β des
konischen Bereichs 26 zwischen der Welle 12 und
der Wellenaufnahme 14.
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In 1 ist
ein Reflexionslichtstrahl 76 gezeigt, welcher an der Ausnehmung 48 und
insbesondere deren Vorderkante 49 reflektiert wird.
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Die
Peaks 66 und 68 liegen zwischen Intensitätsbereichen 78 und 80 ( 1, 3 und 4), die
auf Reflexion des Lichts am Ende 24 der Wellenaufnahme 14 (Intensitätsbereich 78)
und auf die Reflexion an der Welle 12 insbesondere oberhalb
der Ausnehmung 48 (Intensitätsbereich 80) zurückzuführen sind.
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Die
Meßebene 44 ist
vorzugsweise entsprechend dem oben genannten spitzen Winkel α gegen eine
zur Längsachse 16 senkrechten
Ebene geneigt, so daß die
Meßebene 44 senkrecht
zu den Lichtstrahlen ist.
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Die
Auswertungseinrichtung 52 wertet nun das Intensitätsprofil 64 aus,
um den Abstand der beiden Maxima 66 und 68 zu
ermitteln, wodurch wiederum ein Maß für den Befüllungsgrad des Lagerspalts 18 erhalten
wird. Dazu werden beispielsweise mittels Bildverarbeitungstechniken
die Intensitätsprofildaten in
numerische Daten umgesetzt und es wird dann ein Mittelungsverfahren
durchgeführt.
Weiterhin können Halbwertsbreiten
ermittelt werden. Über
die Auswertungseinrichtung 52 läßt sich so automatisch und
insbesondere rechnergestützt
mit hoher Reproduzierbarkeit der Abstand der beiden relativen Maxima 66, 68 bestimmen.
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Das
in der 4 gezeigte Intensitätsprofil 64 hat den
typischen Verlauf, wenn Ölreflexion
vorliegt. In 5 ist ein Intensitätsprofil 82 gezeigt,
dessen Verlauf typisch ist für
Wandreflexion. Ein auf Schmiermittelreflexion zurückzuführendes
erstes Maximum kann sich nicht mehr ausbilden. Das rückreflektierte
Licht wird nicht überwiegend
am Schmiermittel reflektiert, sondern an Wänden, welche den Lagerspalt 18 begrenzen,
das heißt
es wird überwiegend
durch die Welle 12 und die Wellenaufnahme 14 rückreflektiert.
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Ein
Befüllungsbeispiel,
welches das Intensitätsprofil
gemäß 5 ergibt,
ist in 6 gezeigt: Das Schmiermittel 20 im Lagerspalt 18 hat
einen Befüllungspegel 84,
welcher unterhalb des konischen Bereichs 26 liegt. Das
Schmiermittel ist dabei an Begrenzungswänden des Bereiches 26 im
Vergleich zu dem in 1 gezeigten Fall hochgewandert.
Der zugrundeliegende Vorgang, welcher zu einem solchen Befüllungsbild
führt,
wie es in 6 gezeigt ist, wird auch als "Blow out" bezeichnet und unten
noch näher beschrieben.
Es ergeben sich keine zwei beabstandeten relativen Reflexionsmaxima.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich die Intensitätsprofile 64 und 82 voneinander qualitativ
(und quantitativ) unterscheiden. Dadurch können insbesondere auch "Blow out"-Fälle erkannt werden.
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Es
ist auch vorgesehen, daß die
Auswertungseinrichtung 52 eine Plausibilitätsprüfung bezüglich der
ermittelten Abstandswerte durchführt.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich die Abstände
reproduzierbar mit hoher Genauigkeit ermitteln.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, daß zur
Ermittlung des Befüllungsgrads
des Lagerspalts 18 eines Fluidlagers 10 zuerst
eine Messung wie oben beschrieben unter Normaldruck durchgeführt wird
und dann eine Unterdruckbeaufschlagung des Fluidlagers 10 durchgeführt wird.
Dazu wird das Fluidlager 10 in einem Evakuierungsraum positioniert,
so daß eben
durch Evakuierung ein Unterdruck erzeugbar ist. Wenn Luft in dem
Schmiermittel 20 im Lagerspalt 18 gelöst ist,
dann wird diese Luft bei Unterdruckbeaufschlagung ausgetrieben ("Blow out"). Dies führt dazu,
daß Schmiermittel
aus dem Lagerspalt 18 wegspritzt oder, wie in 6 gezeigt,
an den den Lagerspalt 18 begrenzenden Wänden hochläuft. Über das erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich
ein solcher "Blow
out" erkennen, da
sich ein modifiziertes Intensitätsprofil,
wie beispielhaft in 5 gezeigt, ergibt.
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Es
kann vorgesehen sein, daß während der Evakuierung
des Evakuierungsraums ständig
eine Intensitätsprofilmessung
durchgeführt
wird, um eben einen "Blow
out" auch zeitlich
aufgelöst
zu erkennen.
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Nach
der Unterdruckbeaufschlagung wird der Evakuierungsraum wieder belüftet, um
Normaldruckbedingungen herzustellen. Es kann dann noch einmal eine
Messung vorgesehen werden. Es läßt sich
beispielsweise so ermitteln, ob der Meßwert für den Ölstand der gleiche ist wie
vor der Evakuierung.
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- 10
- Fluidlager
- 12
- Welle
- 13
- Lagerhülse
- 14
- Wellenaufnahme
- 16
- Längsachse
- 18
- Spalt
(Lagerspalt)
- 20
- Schmiermittel
- 22
- Befüllungspegel
- 24
- Ende
der Lagerhülse
- 26
- konischer
Bereich
- 28
- Ende
des konischen Bereichs
- 30
- Lichtquelle
- 32a
- Lichtstrahlen
- 32b
- Lichtstrahlen
- 34
- relatives
Reflexionsmaximum
- 36
- relatives
Reflexionsmaximum
- 44
- Meßebene
- 46
- Referenzpunkt
- 48
- Ausnehmung
- 49
- (Vorder-)Kante
der Ausnehmung 48
- 50
- Kamera
- 52
- Auswertungseinrichtung
- 54
- erste
Reflexionslinie
- 56
- zweite
Reflexionslinie
- 58
- Meßfenster
- 60
- Mitte
des Meßfensters
- 62
- Meßlinie
- 64
- Intensitätsprofil
- 66
- erstes
relatives Maximum
- 68
- zweites
relatives Maximum
- 70
- Scheitelbereich
- 72
- Randbereich
Befüllungspegel
- 74
- Wand
Welle
- 76
- Reflexionslichtstrahl
- 78
- Intensitätsbereich
- 80
- Intensitätsbereich
- 82
- Intensitätsprofil
- 84
- Befüllungspegel
- α
- Neigungswinkel
der Meßebene
gegenüber Querebene
-
- zur
Welle
- β
- halber Öffnungswinkel
des konischen Bereichs
- a
- Abstand
- I
- Intensität
- A
- Meßbereich