DE2612911C3 - Vorrichtung zur Prüfung von Wälzlagern - Google Patents

Description

50

Die Erfindung befaßt sich mit der Prüfung von Wälzlagern insbesondere Miniaturkugellagern gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Die Laufeigenschaften von Wälzlagern hängen, abgesehen von ihrem konstruktiven Aufbau von verschiedenen Betriebsfaktoren ab, welche insbesondere bei der Verwendung von Wälzlagern in Präzisionsgeräten deren Tauglichkeit für den bestimmten Anwendungsfall bestimmen. Hierzu gehört die Schmiermittelqualität, die Oberflächengüte eo der Wälzkörper sowie der Laufflächen, die Geometrie des Lagers und damit sein Rundlauf und eine etwaige Exzentrizität der sich umeinander drehenden Lagerteile und insbesondere der Lauffläche gegenüber der Mittellinie des den im Betrieb sich drehenden Teil es aufnehmenden Lagerringes. Beim Zusammenbau sowie bei der Wartung und ggf. Reparatur von Präzisionsgeräten wie beispielsweise Kreiselmotoren und anderen schnell laufenden Maschinenteilen ist es von Vorteil, wenn die Güte der verwendeten Wälzlager vor dem Zusammenbau des Gerätes zuverlässig daraufhin überprüft werden kann, ob das Wälzlager den gestellten Anforderungen entspricht oder nicht Hierzu empfiehlt es sich, die Güte des Wälzlagers möglichst unter Betriebsbedingungen, d. h. mit den gleichen Drehzahlen und bei den gleichen Belastungen und Umgebungsbedingungen zu prüfen, welche beim Betrieb des die Wälzlager aufweisenden Gerätes auftreten.

Die Erfindung geht aus von einer Prüfvorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Bei einer aus US-PS 33 32 277 bekannten Prüfvorrichtung dieser Art steht dem inneren Lagerring der zentrale Zapfen eines Schwungrades gegenüber, welches über eine Kegelkupplung mit vertikaler Antriebswelle und ein Vorgelege von einem Elektromotor angetrieben wird. Der äußere Lagerring ruht auf einem vertikal verschiebbaren Teller der Haltevorrichtung. Sobald dieser Teller in Richtung auf den Zapfen des Schwungrades angehoben wird und der Zapfen in den inneren Lagerring eingreift, wird letzterer vom Schwungrad mitgenommen. Bei einem weiteren Anheben des Tellers samt Wälzlager und Zapfen hebt dieser auch das starr mit ihm verbundene Schwungrad an und bringt auf diese Weise die Kegelkupplung zwischen Schwungrad und Zapfen außer Eingriff. Schwungrad und innerer Lagerring laufen somit antriebsfrei um, so daß während der Messung der Lagervibrationen durch den Körperschallaufnehmer keine Kräfte oder Vibrationen vom Antrieb auf das Lager übertragen werden. Zur Messung des Bremsmoments des Lagers ist das Schwungrad auf seiner Außenseite mit optisch oder magnetisch abtastbaren Marken versehen, mit deren Hilfe die Drehzahl des Schwungrads gemessen werden kann. Die verstärkten Ausgangssignale des Körperschallaufnehmers gelangen zu einer Schwellwertschaltung, welche über Signallampen anzeigt, ob das geprüfte Lager eine vorgegebene Qualitätsanforderung erfülli oder nicht

Ausgehend von diesem Stand der Technik soll durch die Erfindung eine Prüfvorrichtung geschaffen werden, mit deren Hilfe im Betrieb besonders hochtourig laufende Wälzlager unter Betriebsbedingungen einer Tauglichkeitsprüfung unterzogen werden können, die eine zuverlässige Aussage über die Verwendbarkeit oder NichtVerwendbarkeit des geprüften Lagers liefert Die Prüfvorrichtung soll möglichst einfach aufgebaut und zu betreiben sein. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Prüfvorrichtung. Die Verwendung eines Druckluftantriebes ermöglicht wesentlich höhere und damit im Bereich der späteren Betriebsdrehzahl liegende Prüfdrehzahl als herkömmliche Prüfvorrichtungen, bei denen das Lager über einen Elektromotor angetrieben wird. Das Ausgangssignal des Körperschallaufnehmers läßt sich in einfacher Weise registrieren und mit den Prüfergebnissen anderer Lager vergleichen bzw. zur Steuerung einer die Tauglichkeit oder Untauglichkeit des Lagers anzeigenden Signaleinrichtung verwenden. Der Aufbau der Prüfvorrichtung ist denkbar einfach, sie kann leicht bestückt und bedient werden.

Um zu verhindern, daß das Meßergebnis durch vom Antrieb herrührende Schwingungen beeinflußt wird, empfiehlt es sich, während der Schwingungsmessung den Antrieb abzuschalten und somit die Schwingungsmessung während des freien Lagerauslaufs durchzuführen. Um hierbei gleichwohl die Messung jeweils in einem bestimmten Drehzahlbereich durchzuführen,

sollte die Prüfvorrichtung vorzugsweise in der im Anspruch 6 gekennzeichneten Weise angewandt werden. Einerseits vermeidet man hierdurch vom Antrieb her das Meßergebnis beeinflussende Schwingungen und zum anderen wird eine Drehzahlregelung für das Lager überflüssig gemacht. Auch wird das La^er nicht durch symmetrisch auf die Lagerachse einwirkende Antriebskräfte belastet

Aus AT-PS 1 65 836 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung des Schmierverhaltens von Schmierstoffen bekannt bei der in einem nach oben offenen, mit dem Schmierstoff gefüllten Topf am Boden drei Kugeln liegen, die in punktförmiger Berührung mit einer vierten darüberliegenden Kugel stehen. Letztere ist an einer vertikalen Antriebsachse befestigt, die mit Hilfe eines Windrades und zweier oder mehrerer axialsymmetrisch angeordneter Düsen in langsame Umdrehungen versetzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Prüfvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend auf ein in den Zeichnungen wiedergegebenes Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Darin zeigt

F i g. 1 schematisch den Aufbau einer zur Prüfung eines Lagerpaares dienenden Prüfvorrichtung und

Fig.2 das Blockschaltbild einer zur Durchführung des Prüfverfahrens geeigneten Meßanordnung.

In F i g. 1 stehen auf einer schwingungsdämpfenden Unterlage 1 zwei Halteblöcke 2 und 3, welche über zwei parallele Bolzen 4 mechanisch miteinander verbunden sind. Auf diesen beiden Bolzen 4 geführt ist ein mit entsprechenden Durchgangsbohrungen 5 versehenes Querjoch 6, welches ebenso wie der Halteblock 2 der Aufnahme des Außenringes 7 eines von zwei zu prüfenden Wälzlagern 8 dient In den Innenring S jedes der beiden Wälzlager sind die Achszapfen einer Welle 10 eingesetzt, welche ein einerseits als Drehzahlgeber und andererseits als Antriebsrad dienendes Flügelrad 11 trägt. Zwei die beiden Bolzen 4 umschlingende Schraubenfedern 12 drücken das Joch 6 mit vorgegebener Kraft von beispielsweise 0,5 bis 1,0 N in Richtung auf den Halteblock 2. An letzterem ist ein Beschleunigungsaufnehmer 13 vorzugsweise mit eingebauten Vorverstärker angebracht. Ein optischer oder magnetischer Drehzahlaufnehmer 14 steht mit dem Zahnkranz des Flügelrades 11 gegenüber. Letzteres wird durch den aus einer Preßluftdüse 15 austretenden Luftstrom berührungsfrei in Umdrehung versetzt. Größe und Gewicht der aus Achse 10 und Laufrad 11 bestehenden Antriebsanordnung für den Innenring 9 der beiden Lager 8 sind vorzugsweise so gewählt, daß sie den Gegebenheiten, welchen die Lager im Betrieb ausgesetzt sind, entsprechen. Hierzu gehören Länge und Steifigkeit der Welle 10 sowie Gewicht und Trägheitsmoment von Welle und Flügelrad. Im Falle der Prüfung von Kugellagern für Kreiselmotoren sollten diese zumindest angenähert mit den entsprechenden Kennwerten des Kreiselrotors übereinstimmen.

Zur Erläuterung des Prüfverfahrens wird auf F i g. 2 Bezug genommen. An die Drehzahlmeßsonde 14 ist ein Drehzahlmesser 16 angeschlossen, dessen Ausgangssignal einer Torschaltung 17 als Steuersignal zugeleitet wird. Der Beschleunigungsaufnehmer 13 ist über ein Stromversorgungsgerät 18 an den Signaleingang der Torschaltung 17 angeschlossen. Die durch den Drehzahlmesser 16 gesteuerte Torschaltung 17 bewirkt, daß das verstärkte Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 13 nur dann zum Pegelmesser 19 gelangt wenn das Flügelrad 11 und somit der Innenring der beiden Kugellager 8 mit in einem vorgegebenen Drehzahlbereich liegender Drehzahl umläuft Die Breite dieses Drehzahlbereiches und der Betrag der Drehzahl selbst richten sich in erster linie nach den späteren Einsatzbedingungen der zu prüfenden Wälzlager.

Überschreiten die am Pegelmesser 19 angezeigten mechanischen Schwingungen des Halteblocks 2 einen vorgegebenen und zuvor experimentell oder durch Erfahrungswerte ermittelten Schwellwert, so ist wenigstens eines der Lager 8 schadhaft Reihenuntersuchungen haben gezeigt, daß der Betrag der gemessenen Störschwingungen kaum davon abhängt, ob das linke oder das rechte der beiden Lager schadhaft ist Durch Vergleich mit einem weiteren Lager, vorzugsweise mit einem nachgewiesenermaßen einwandfreien Lager, läßt sich leicht feststellen, welches der beiden vorgeprüften Lager schadhaft war. Die Prüfung kann auch von vornherein derart durchgeführt werden, daß immer ein bekanntermaßen einwandfreies und ein zu prüfendes Lager eingesetzt werden.

Bei der Bewertung des vom Beschleunigungsaufnehmer gelieferten Frequenzspektrums der Störschwingungen hat sich gezeigt daß eine Bewertung gemäß Kurve A nach DIN 45 633 zu einer zuverlässigen Aussage über die Lagerqualität führt Schallpegelmesser mit einer derartigen Bewertungskennlinie sind bekannt. Da der i^rciiZäuiuicSSci IS ein beispielsweise hinsichuich seiner Amplitude drehzahlabhängiges Signal liefert, weist die Torschaltung vorzugsweise zwei auf bestimmte Drehzahlsignalamplituden einstellbare und auf diese Weise den Durchlaßbereich bestimmende Schwellwertschalter auf. Die Durchschaltung des Ausgangssignals des Beschleinigungsaufnehmers 13 zum Schallpegelmesser 19 kann mit Hilfe eines durch die genannten Schwellwertschalter gesteuerten Relaiskontakts erfolgen. Es ist von Vorteil, die Schwingungsmessung nach Abschalten des Druckluftantriebes während des Nachlaufs des Flügelrades vorzunehmen, weil dann keine die Lager parallel zum Antriebsluftstrahl belastenden Kräfte vorhanden sind. Für die Anzeige der Störschwingungen eignet sich besonders ein Instrument mit Anzeige des Impulsschallpegels, einer Maximalwertspeicherung sowie einer Rücksetztaste. Zur Unterdrükkung der Anzeige während des Hochlaufs wird die Rücksetztaste betätigt Je nach Qualitätsanforderung an die zu prüfenden Lager wird durch Messung bekanntermaßen einwandfreier Lager eine Schallpegelgrenze festgelegt Einwandfreie und mangelhafte Lager unterscheiden sich durch Geräuschpegel in der Größe 10 dB (A). Dies wurde beispielsweise bei der Messung von Kugellagern für Kreiselmotoren in Drehzahlbereich zwischen 23 500 und 24 500 U/min ermittelt. Das Meßsignal des Pegelmessers kann selbst als Gütemaß und/oder zur Steuerung einer Freigabeanzeige (tauglich/untauglich) dienen.

Anstelle eines Impulsschallpegelmessers 19 kann man auch einen Echtzeit-Frequenzanalysator mit nachgeschaltetem ΛΎ-Schreiber an den Beschleunigungsaufnehmer anschließen; jedoch ist dieses Meßverfahren aufwendiger als das zuvor beschriebene und liefert kein sofort ablesbares Entscheidungskriterium für die Tauglichkeit des geprüften Lagers.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Prüfung von Wälzlagern, insbesondere Miniaturkugellagern, bei der der innere Laufring des Wälzlagers durch ein Antriebsrad in Drehung versetzt wird und der äußere Lagerring in eine Haltevorrichtung eingespannt und an diese ein die mechanischen Schwingungen der Haltevorrichtung messender Körperschallaufnehmer angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Antriebsrad (11) tragende Welle (10) beidseitig in den inneren Lagerring (9) je eines von zwei zu prüfenden Kugellagern (8) eingesetzt ist, die äußeren Lagerringe (7) in zwei sich gegenüberstehenden parallelen Jochen (2,6) der Haltevorrichtung (2—6) is eingespannt sind und das Antriebsrad ein Flügelrad (U) ist, dem eine Preßluftdüse (15) gegenübersteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Joch (6) auf zwei parallelen, von den beiden Jochen (2, 6) getragenen Haltebolzen (4) gegen die vorzugsweise einstellbare Kraft wenigstens einer Feder (12) verschiebbar angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschallaufnehmer (13) an einem der Joche (2) befestigt ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschallaufnehmer (13) über eine durch die Drehzahlmeßeinrichtung (14,16) gesteuerte Torschaltung (17) an ei- nen Schallpegelmesser (19) angeschlossen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallpegelmesser (19) eine Einrichtung zur Speicherung der Impulsschallpegel, insbesondere des maximalen Schallpegels, aufweist

6. Anwendung einer Prüfvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Antrieb den inneren Lagerring auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt, der Antrieb dann abgeschaltet und die Schwingungsmessung im freien Lagerauslauf gemessen wird, zur Prüfung im Betrieb hochtourig laufender Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl, bei der abgeschaltet wird, oberhalb der Betriebsdrehzahl liegt, und die Schwingungsmessung erfolgt, sobald die Drehzahl einen vorgegebenen, die Betriebsdrehzahl einschließenden Drehzahlbereich durchläuft.