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Programmierbare Kugellagerprüfanlage Die Erfindung bezieht sich auf
eine programmierbare Kugellagerprüfanlage für Lebensdauerprüfungen, bei der das
zu prüfende Kugellager auf einer z.B. mittels Hydraulikzylinder schwenkbaren Welle
angeordnet ist.
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Kugellagerprüfanlagen sind in vielfältiger Form schon bekanntgeworden.
So offenbart beispielsweise die DT-AS 1 917 172 eine Anordnung zur Prüfung von Kugeloberflächen,
bei der eine der Rotationsachsen gegenüber der anderen Achse um Winkelbeträge bis
90° hin- und herschwenkbar ist. Hierbei geht die Schwenkachse durch den Kugelmittelpunkt,
wobei ein Exzenter die Schwenkwalze bewegt. Diese Anordnung dient ausschließlich
der maschinellen Auslese von Kugeln, die mit einem sichtbaren Oberflächenfehler
behaftet sind. Es findet keinerlei Belastungs- und Lebensdauerprüfung statt, d.h.
es werden auf den Prüfling keine variablen Kräfte ausgibt. Mit dieser bekannten
Anordnung ist es nicht möglich, die nachfolgend beschriebene Aufgabe, die der Erfindung
zugrundeliegt, zu erfüllen.
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Aus der Dt-OS 2 059 504 ist ein Verfahren zum Messen zylindrischer
Flächen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekanntgeworden,
wo dem stillstehenden Wälzlagerring eine rotierende und bei der Messung der Fläche
zwischen zwei Radialebenen zusätzlich eine translatorische Bewegung mitgeteilt wird.
Auch hier findet keine Belastungsprüfung statt, sondern lediglich eine Prüfung auf
Maßhaltigkeit und Konizität.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kugellagerprüfanlage
zu schaffen, bei der einmal die Last und der Drehwinkel in gegenseitiger Zuordnung
beliebig programmierbar ist, so daß ein automatischer Ablauf der Lebensdauerprüfungen'möglich
ist und andererseits der Schwenkbewegung des Lagers eine beliebig große Schwingamplitude
überlagert werden kann.
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Ihre Lösung findet diese Aufgabe darin, daß bei einer Prüfanlage der
eingangs genannten Art, der äußere Lagerring des Prüflings in einem Metallring angeordnet
ist, dem über einen Bolzen die oszillierende Bewegung eines elektromechanischen
Antriebs und über eine Metallschale die effektive Lagerbelastung eines Hydropulszylinders
von einem Programmsteuergerät übertragen wird, wobei der Drehbewegung eines weiteren
Hydropulszylinders dem Lager die oszillierende Bewegung des E-Antriebs überlagert
wird.
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Durch diese Maßnahmen ist es nun möglich, Kugellager, vor allem diejenigen,
die in Rudern und Klappen von Luft- und Raumfahrzeugen eingebaut werden, unter extrem
kleinen Schwenkwinkeln bei zusStzlicher Flatterbewegung des angeschlossenen Bauteils
zu prüfen.
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Bisher war es nicht möglich solche Kugellager unter den in der Praxis
effektiv auftretenden Belastungen programmierbar zu prüfen und mit einer zweiten
Amplitude zu überlagern. Es versteht sich von selbst, daß die erfindungsgemäße Anordnung
einen beachtlich hohen Prozentsatz zur Zuverlässigkeit eines Luft- und Raumfahrzeugs
beiträgt, denn gerade die nachgewiesene Kenntnis der Lebensdauer der einzelnen Kugellager
bestimmt den Zyklus der Uberholungs-und Kontrollzeiten.
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Die weiteren Merkmale, Vorteile und Maßnahmen der Erfindung sind in
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und in den Ansprüchen
niedergelegt und erläutert. Die Zeichnung gibt dieses Ausführungsbeispiel wieder
und zwar stellt dar: Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 2,
Fig. 2 eine Frontansicht in vereinfachter Darstellung.
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Auf einer Grundplatte 30 befinden sich zwei Stützträger 31, in deren
Bohrungen 32 zwei Lagerbüchsen 33 eingelassen sind, die die Welle 21 aufnehmen,
welche von einem Hydropulsdrehzylinder 18 in einem Bereich von + 500 verschwenkt
bzw. gedreht wird. Auf dieser Welle 21 ist der Prüfling 10 - das Kugellager - fixiert.
Die Anordnung kann selbstverständlich so ausgebildet werden, daß jeweils auch zwei
oder noch mehr Kugellager gleichzeitig der Prüfung unterworfen werden können. Der
äußere Lagerring 11 des Kugellagers 10 sitzt in einem Metallring 13, in dem ein
Bolzen 14 lagert, der seinerseits die Gabelenden 22 einer Schubstange 23 aufnimmt.
Dieser Bolzen überträgt nun die oszillierende Bewegung eines elektromechanischen
Antriebs 15 auf den Prüfling 10. Der Metallring 13 wird von einem Nadellager 24
umschlossen. Dies ist erforderlich, damit die oszillierende Bewegung bei gleichzeitiger
Beaufschlagung des Prüflings mit einer variabel einstellbaren Lagerbelastung möglich
ist. Hierzu wird diese Lagerbelastung auf den Außenring des Nadellagers 24 über
eine Metallschale 16 übertragen. Die Kraftbeaufschlagung erfolgt über einenHydropulszylinder
17 mit einem elektrohydraulischen Servoventil (letzteres ist nicht gezeichnet).
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Die Drehbewegung für den Prüfling 10 wird ebenfalls mittels eines
Hydropulszyiinders 18, der im vorliegenden Falle ein Hydropulsdrehzylinder ist,
übertragen. Um nun gleichzeitig mit der Drehbewegung dem Prüfling 10 eine oszillierende
Bewegung zu überlagern, ist ein elektromechanischer Antrieb 15, der aus einem Elektromotor
mit angelenktem, stufenlos regulierbaren Getriebe besteht, angeordnet. Auf der Getriebeantriebswelle
20'sitzt eine Exzenterscheibe 19, die über die Schubstange 23 die rotatorische Bewegung
in eine tranilatorische Bewegung umsetzt. Wie bereits erwähnt, greift hierzu die
Gabel 22 der Schubstange 23 in den Bolzen 14 des Metallringes 13 und verschwenkt
diesen entsprechend der vorgegebenen Exzentrizität der Scheibe 19. Diese ist leicht
auswechselbar angeordnet, so daß auch die oszillierende Bewegung variabel gestaltet
werden kann.
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Es versteht sich von selbst, daß die Prüflinge 10 sowohl mit ihren
Innen- als auch mit ihren Außenringen formschlüssig mit der
Welle
21 einerseits und dem Metallring 13 andererseits verbunden sein müssen, wenn ein
exaktes Versuchs- und Meßergebnis erhalten werden soll.
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Durch die Austauschbarkeit der Exzenterscheiben sowie die Regelung
der Drehzahlen des E-Motors 15 ist es möglich, ein breites Spektrum von Kombinationen
zwischen Amplitude und Frequenz des Prdfungen zuzuordnen.
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Die Steuerung der beiden Hydropulszylinder 17, 18 für die Krafteingabe
und die Drehbewegung erfolgt über ein nicht gezeichnetes Programmsteuergerät, das
ein programmierbarer Funktionsgenerator sein kann. Damit wird ein phasengleiches
Auslesen der analogen Signale auf zwei getrennten Kanälen ermöglicht, d.h. die Signale,
die den physikalischen Einzelwerten entsprechen, werden analog für die Steuerung
des Regelkreises ausgegeben.
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Selbstverständlich kann die Steuerung der Regelkreise der PrUfanlage
auch mit einem elektronischen Rechner oder einem Magnetbandgerät vorgenommen werden.
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Für die Lebensdauer eines Wälzlagers ist die 360°-Drehung der einzelnen
Wälzkörper wesentlich, weil sie eine ausreichende Beständigkeit des Schmierfilms
gewährleistet. Bei Schwenkbewegungen mit einem kleineren Drehwinkel ist dies nicht
mehr gegeben. Nur solche Drehwinkel aber kommen in der Praxis beispielsweise eines
Plugzeugruderlagers vor, die außerdem noch einer Beanspruchung durch Rüttelbewegungen
ausgesetzt sind, die aus den Luftkräften resultieren. Da die genannten Lager nur
einem Schwenkbereich von +300 und -15° ausgesetzt sind und mit zunehmendem Ruderausschiag
die Lagerbelastung zunimmt, muß jeder einzelnen Winkelstellung des Ruders bzw. in
der Prüfanlage dem Prüfling eine bestimmte Last zugeordnet werden. Dies geschieht
gemäß der Erfindung durch das Programm des Steuergeräts, das die phasengleichen
Punkte ausgibt. Damit kann nun während der Schwenkphase die variable Berastung aufgegeben
und dieser gleichzeitig die Rüttelbewegung überlagert werden.
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Somit ist eine Prüfanlage für Kugellagerlebensdauerprüfungen, vor
allem für Lager von Luft- und Raumfahrzeugen geschaffen, die nahezu alle Belastungsfälle
simuliert, so daß während der Schwenkunq zu jeder Winkelstellung, die in dieser
Stellung in der Praxis auftretende Lastgröße eingegeben werden kann. Die variabel
erzeugte und überlagerte Schwingamplitude bewirkt eine ständig wechselnde Beschleunigung
oder Verzögerung der Kugeldrehung oder ein Schleifen der Lagerringe an den Kugeln,
so daß die in der Praxis effektiv auftretenden Belastungsfälle einwandfrei wiedergegeben
werden.
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Patentansprische