DE19713688A1

DE19713688A1 - Wälzlager mit einer Wegmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE19713688A1
Application number: DE19713688A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Jochum
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: DE19713688B4

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einer Einrichtung zur Messung des von einem beweglichen Wälzlagerteil gegenüber einem festen Wälzlagerteil zurück gelegten Weges, welche einen an dem beweglichen Wälzlagerteil angeordneten Meßkopf oder Meßbereich mit mindestens einem Sensor aufweist, der für die berührende oder berührungslose Abtastung eines der Lagerbauteile vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein solches Wälzlager mit einer Wegmeßeinrichtung ist aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 91/16 594 bekannt. Dort ist das bewegliche, den Meßbereich mit dem Sensor enthaltende Wälz lagerbauteil als Rollenumlaufeinheit und das feste Wälzlagerteil als Führungs schiene eines Linearrollenlagers ausgebildet, an welcher die Rollenumlaufein heit über die als Rollen ausgebildeten tragenden Wälzkörper abgestützt ist. Dieses Lager benötigt eine Maßverkörperung an der Führungsschiene, die als optischer oder magnetischer Maßstab der Umwelt ausgesetzt, somit empfindlich gegen die Einwirkung von Schmutz ist und leicht beschädigt werden kann. Die erforderliche zusätzliche Bearbeitung der Führungsschiene zum Anbringen der Maßverkörperung ist teuer und macht die Schiene weicher, so daß bei Bela stung eine größere elastische Verformung auftritt. Der Meßkopf an der als Führungswagen wirkenden Rollenumlaufeinheit muß besonders abgedichtet sein und die Maßverkörperung muß im Meßkopfbereich so abgestreift werden, daß kein Schmutz wie Späne, Staub, Kühlmittel oder Schmierstoff die Messung beeinträchtigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einer Wegmeß einrichtung zu schaffen, welches einen einfachen technischen Aufbau aufweist und gegenüber der Einwirkung von Schmutz unempfindlicher als bekannte derartige Wälzlager ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor jeweils auf einen der tragenden Wälzkörper gerichtet ist, die sich zwischen dem festen Wälzlagerteil und dem beweglichen Wälzlagerteil befinden und während der Bewegung des beweglichen Wälzlagerteils an dem Sensor vorbeirollen.

Da die Wälzkörperbewegung in der Lastzone des Lagers in eindeutigem Zu sammenhang mit der Bewegung des als Tragkörper wirkenden beweglichen Wälzlagerteils steht, kann aus der Wälzkörperbewegung auf die Tragkörperbe wegung geschlossen werden. Wenn also die Wälzkörperbewegung erfaßt wird, können die Maßverkörperung und die zusätzliche Abdichtung entfallen.

Es ist auch möglich, bei einem Wälzlager mit einer Wegmeßeinrichtung den Meßbereich an dem festen Wälzlagerteil anzuordnen. Beispielsweise kann das bewegliche Wälzlagerteil als Innenring und das feste, den Meßbereich mit dem Sensor enthaltende Wälzlagerteil als Außenring eines Radialkugellagers ausge bildet sein, an welchem der Innenring über die als Kugeln ausgebildeten tragen den Wälzkörper abgestützt ist.

Mit geeigneten Sensoren wird die Stellung des jeweiligen Wälzkörpers erfaßt. Bei der Bewegung des Lagers läuft ein Wälzkörper an einem Sensor vorbei. Dieser gibt dabei ein sinusförmiges Signal ab, das durch eine Auswerteelek tronik in einen Wert für die Tragkörper- bzw. Lagerringbewegung umgewandelt werden kann.

Der Meßbereich kann mehrere, beispielsweise drei auf die tragenden Wälzkör per gerichtete Sensoren enthalten. Werden mehrere Wälzkörper eines Wälzkör perumlaufs, z. B. in einem einreihigen Rillenkugellager, oder mehrere ver schiedene Wälzkörperumläufe, z. B. in Profilschienenführungen, auf diese Weise erfaßt, so kann die Meßgenauigkeit wesentlich dadurch erhöht werden, daß mittels einer "intelligenten" Elektronik Fehler wie Teilkreisendspiel oder Schlupf erkannt und zusätzlich die verschiedenen Meßwerte interpoliert wer den. Zur Messung der Sensorstellung kann ein kapazitives, ein induktives, ein berührendes Meßprinzip oder es können andere Meßprinzipien gewählt wer den. Bei der Wahl geeigneter Miniatur-Sensoren können diese sogar in den Laufbahnen, z. B. im Einlaufbereich der Wälzkörper in Profilschienenführungen, untergebracht werden, ohne die Funktion und den Bauraum der Lager zu beeinflussen, die Serienlager sein können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darstellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Linearrollenlager mit Sensoren in der Seitenansicht;

Fig. 2 die Rollenumlaufeinheit des Lagers nach Fig. 1 in der Unter ansicht;

Fig. 3 den Verlauf der Signale über den Verfahrweg, die von den drei Sensoren des Lagers nach Fig. 1 geliefert werden;

Fig. 4 ein als Radialkugellager ausgebildetes Rotativlager mit Senso ren in axialer Ansicht;

Fig. 5 das Lager nach Fig. 4 in radialer Ansicht;

Fig. 6 ein vorbekanntes Linearlager mit einer Wegmeßeinrichtung in stirnseitiger Ansicht;

Fig. 7 das Lager nach Fig. 6 in der Seitenansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Bei einem Wälzlager mit einer Wegmeßeinrichtung nach dem Stand der Tech nik kann der zurückgelegte Weg bzw. Winkel des beweglichen Wälzlagerteils mit einem dort befestigten Meßkopf ermittelt werden, der an einer an dem festen Wälzlagerteil angeordneten Maßverkörperung entlangbewegt wird. Die Fig. 6 und 7 zeigen hierzu eine feste Führungsschiene 1 mit einem seitlich angebrachten Maßstab 2. An einem längs der Führungsschiene 1 verfahrbaren Führungswagen 3 ist ein Meßkopf 4 angebracht, der beim Verfahren des Füh rungswagens 3 längs der Führungsschiene 1 an dem Maßstab 2 entlangfährt. Der Maßstab 2 kann beispielsweise einen optischen Strichcode oder eine abschnittweise Magnetisierung tragen. Der Meßkopf 4 trägt eine Sensorik. Beim Überstreichen des Maßstabes 2 liefert der Meßkopf 4 ein Signal über den zurückgelegten Weg.

Derartige Meßverfahren sind relativ, d. h. die Maßverkörperung gibt keinen Aufschluß über die absolute Position sondern nur über den überfahrenen Weg bzw. bei einem Rotativlager über den Winkel. Will man eine absolute Position messen, so braucht man einen Referenzpunkt, der nach dem Einschalten einmal angefahren und als "Nullpunkt" definiert wird. Die Wegmessung erfolgt an schließend relativ zu diesem Punkt.

Das erfindungsgemäße wegmessende Wälzlager liefert ebenfalls relative Meß werte. Der Bezugspunkt muß auch hier extern angefahren werden. Der Unter schied zum Stand der Technik liegt darin, daß in dem neuen Lager auf eine Maßverkörperung verzichtet wird. . Die Information über den zurückgelegten Weg wird nämlich nicht aus der Relativbewegung Wagen-Schiene bzw. Innen ring-Außenring gewonnen, sondern aus der Relativbewegung Wagen-Wälzkör per bzw. Ring-Wälzkörper.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Linearrollenlager 5 mit einer Führungsschiene 6 und einer daran abgestützten Rollenumlaufeinheit 7. Diese enthält in einem Führungswagen 8 umlaufende Rollen 9 als Wälzkörper und drei in Verfahr richtung der Führungsschiene 6 hintereinander angeordnete Sensoren 10, die innerhalb des Führungswagens 8 auf tragende Rollen 9 gerichtet sind.

In der Lastzone der Rollen 9 bewegen sich diese relativ zum Führungswagen 8 mit der halben Geschwindigkeit des Führungswagens. Diese Bewegung ist durch die feste Einspannung zwischen den Laufbahnen definiert und enthält somit eine Information über die Bewegung des Führungswagens 8. Wenn nun durch eine geeignete Sensorik die Wälzkörperstellung in dieser Lastzone erfaßt wird, kann daraus der zurückgelegte Weg des beweglichen Wälzlagerteils berechnet werden.

Die Sensoren 10 in dem skizzierten Rollenumlauf gemäß den Fig. 1 und 2 erfassen die Wälzkörperstellung. Für diese Messung sind optische, magnetische, induktive, kapazitive oder ohmsche Meßwertaufnehmer denkbar. Die Sensoren 11 tasten jeweils berührungslos die Mantelflächen der Rollen 9 ab und liefern ein Signal, wie es z. B. in Fig. 3 gezeigt ist. Kapazitive, induktive oder opti sche Sensoren können auf den Abstand zur Mantelfläche der jeweiligen Rolle 9 reagieren, andere optische Sensoren können die Ablenkung eines Lichtstrahls durch den Rollenmantel erfassen, ohmsche oder Piezo-Sensoren können die Materialverformung in Abhängigkeit von der Rollenstellung messen. Aus den gewonnenen Meßwerten läßt sich der zurückgelegte Weg unmittelbar berech nen. Integriert man in einer Lastzone mehrere Sensoren, die jeweils den glei chen Wälzkörper erfassen, so wie es in den Fig. 1 und 2 skizziert ist, kann die Auflösung der Messung verbessert werden und man erhält zusätzlich eine Information über die Bewegungsrichtung.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Rotativlager, in welchem Sensoren 10 in ähn licher Weise integriert sind, wie bei dem Linearrollenlager 5 nach Fig. 1. Dieses Lager ist als Radialkugellager 11 mit einem Innenring 12, einem Außen ring 13 und dazwischen angeordneten Kugeln 14 als Wälzkörper ausgebildet. Drei Sensoren 10 sind in dem Außenring 13 befestigt und auf die vorbeirollen den Kugeln 14 gerichtet.

Enthält ein Lager mehrere Wälzkörperreihen, so kann man diese zusätzlich erfassen und die erhaltenen Werte miteinander verrechnen. Diese Vorgehens weise ermöglicht eine Erkennung und Eliminierung von Meßungenauigkeiten wie Schlupf oder Teilkreisendspiel. Auf diese Weise kann die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen wegmessenden Wälzlagers besteht zum einen aus dem Wegfall einer Maßverkörperung und zum anderen aus der Möglichkeit, alle möglichen Sensorarten einzusetzen, beispielsweise kapazitive, induktive, optische, magnetische oder ohmsche Sensoren. Da bekanntlich vor allem die Integration einer Maßverkörperung in einer Führungsschiene oder einem Lagerring Nachteile wie ein Steifigkeitsverlust und eine problematische und teuere Fertigung zur Folge haben, - mit integriertem Maßstab ist ein Be arbeiten der Führungsschiene durch Stoßen nicht möglich, - stellt das erfin dungsgemäße wegmessende Wälzlager eine günstige, flexible und technisch einfach zu realisierende Alternative zu den vorbekannten Wälzlagern dar.

Bezugszeichenliste

1

Führungsschiene

2

Maßstab

3

Führungswagen

4

Meßkopf

5

Linearrollenlager

6

Führungsschiene

7

Rollenumlaufeinheit

8

Führungswagen

9

Rolle

10

Sensor

11

Radialkugellager

12

Innenring

13

Außenring

14

Kugel

Claims

1. Wälzlager mit einer Einrichtung zur Messung des von einem beweglichen Wälzlagerteil gegen über einem festen Wälzlagerteil zu rückgelegten Weges, welche einen an dem beweglichen Wälzlagerteil angeordneten Meßkopf oder Meßbereich mit mindestens einem Sensor aufweist, der für die berührende oder berührungslose Abtastung eines der Lagerbauteile vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor jeweils auf einen der tragenden Wälzkörper gerichtet ist, die sich zwischen dem festen Wälzlagerteil und dem beweglichen Wälzlagerteil befinden und während der Bewegung des beweglichen Wälzlager teils an dem Sensor vorbeirollen.

2. Wälzlager mit einer Einrichtung zur Messung des von einem beweglichen Wälzlagerteil gegenüber einem festen Wälzlagerteil zurückgelegten Weges, welche einen Meßbereich mit mindestens einem Sensor aufweist, der für die berührende oder berührungslose Abtastung eines der Lagerbauteile vorgesehen und an einem der Wälzlagerteile angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich an dem festen Wälzlagerteil ausgebildet und der Sensor jeweils auf einen der tragenden Wälzkörper gerichtet ist, die sich zwischen dem festen Wälzlagerteil und dem beweglichen Wälzlagerteil befinden und während der Bewegung des beweglichen Wälzlagerteils an dem Sensor vorbei rollen.

3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche, den Meßbereich mit dem Sensor (10) enthaltende Wälzlagerteil als Rollen umlaufeinheit (7) und das feste Wälzlagerteil als Führungsschiene (6) eines Linearrollenlagers (5) ausgebildet ist, an welcher die Rollenumlaufeinheit (7) über die als Rollen (9) ausgebildeten tragenden Wälzkörper abgestützt ist.

4. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Wälzlagerteil als Innenring (12) und das feste, den Meßbereich mit dem Sensor (10) enthaltende Wälzlagerteil als Außenring (13) eines Radialkugellagers (11) ausgebildet ist, an welchem der Innenring (12) über die als Kugeln (14) ausge bildeten tragenden Wälzkörper abgestützt ist.

5. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) zur Auswertung seiner Signale an einem elektronischen Rechner ange schlossen ist.

6. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich mehrere, beispielsweise drei auf die tragenden Wälzkörper gerich tete Sensoren (9) enthält.