DE3520683A1

DE3520683A1 - Verfahren und vorrichtung zur schlagmessung an zusammengebauten kugellagern

Info

Publication number: DE3520683A1
Application number: DE19853520683
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Prof. Dr.-Ing. Haberland; Karl-Josef Dipl.-Ing. 6750 Kaiserslautern Schalz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1986-12-11

Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zur Laufgenauigkeitsmessung an Rillenkugellagern, wobei u eine Kugellagerring feststeht und der andere Kugellagerring umläuft und axial belastet ist, wobei der umlaufende Kugellagerring sich mit einem oder mehreren Wegaufnehmern in Berührung befindet. Zur Durchführung des Verfahrens wird der umlaufende Lagerring unter Rotation mehrmals in definierter Weise angetastet und aus den gemessenen Schlägen sein Radial- und Axialschlag berechnet. Die gerätemäßige Axialbelastung und der Antrieb des umlaufenden Kugellagerringes erfolgt durch ein aufgesetztes, freibewegliches, axiales Luftlager, welches den Lagerring über Druckkraft belastet und in Verbindung mit einer geeigneten Kupplung zum Antriebsmotor diesen reibschlüssig antreibt, derartig, daß die Drehung des belasteten Kugellagerringes weder durch Kippmoment- und Querkraftbelastungen noch durch Moment steifheiten nachteilig beeinflußt wird.
Neben dem Reibmoment und dessen Schwankungen sowie dem erzeugten Schwingungsspektrum im Betrieb sind die Lagerschläge (Radial-, Axial- und Rillenseitenschlag) ein wichtiges Qualitätskriterium für Kugellager. Insbesondere Präzisions-Kugellagerhersteller und -Anwender unterliegen aus Grund der Qualitätssicherung der großen Schwierigkeit kleinste Laufgenauigkeitsabweichungen, die heute in der Größenordnung 1 Mm liegen, möglichst genau und reproduzierbar meßtechnisch zu erfassen. Derzeitige Möglichkeiten, Schläge dieser Größenordnung an zusammengebauten Kugellagern zu messen, sowie die.nach dem derzeitigen Stand der Technik vorhandenen - intolerabel großen - Meßfehler sind in /1/ zusammenfassend beschrieben.
Wie in /i/ beschrieben, liefern die derzeitigen Schlagmessungen an zusammengebauten Kugellagern, insbesondere an Präzisions-Kugellagern, teilweise derart große Meßfehler (bis zu 100% und mehr), daß die Meßergebnisse völlig unzureichend sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels dieser an Kugellagern, insbesondere Präzisionskugellagern, der Radial- und Axialschlag des Innenrings und/oder Außenrings - d.h. Lage der Laufrille zur Innenring-Bohrung oder Laufrille zur Außenring-Kontur - quantitativ nach Betrag und Phase hochgenau gemessen werden kann, ohne das Prüflager zu demontieren bzw. zu beschädigen und somit ein absolutes Meßinstrument zu haben, welches eine direkte und hochgenaue Formgenaüigkeitsmessung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen 1 bis 6 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, daß die Laufgenauigkeit von Rillenkugellagern, speziell Präzisionskugellagern, in sehr einfacher Weise hochgenau und reproduzierbar gemessen werden können, ohne das Prüflager zu demontieren bzw.
zu beschädigen. Somit ist ein präzises Meßinstrument geschaffen, welches erstmalig in der Lage ist, Laufgenauigkeiten von Rillenkugellagern, und zwar für Innen- und Außenring getrennt, hochgenau zu messen und somit durch internationale Normen festgelegte und von Lagerherstellern angegebene Laufgenauigkeits-Toleranzen zu überprüfen.
Zur Durchführung des Meßverfahrens zur Radial- und Axialschlagmessung, bei dem der umlaufende Kugellagerring in zwei Meßebenen angetastet wird, gibt es drei Möglichkeiten: 1. Einseitige Antastung des umlaufenden Lagerringes mit zwei in verschiedenen Ebenen messenden Tastern gleichzeitig nach Bild 1.
2. Einseitige Antastung des umlaufenden Lagerringes mit einem Taster in zwei Meßebenen nacheinander nach Bild 2.
3. Zweiseitige Antastung des umlaufenden Lagerringes mit einem Taster in zwei Meßebenen nacheinander durch Umspannung des Kugellagers nach Bild 3.
Die Meßwerte, welche durch die Antastung des umlaufenden Lagerringes in zwei Ebenen, die beliebig liegen können, entstehen, sind in Bild 4 dargestellt.
Mit den gemessenen Werten X1 und X2 und unter Vernachlässigung von Fehlern höherer Ordnung wie Formfehler von Kugeln, Laufrillen und zylindrische Antastflächen, läßt sich bei weiterer Kenntnis der Meßebenenabstände zur axialen Andruckfläche Y1 und Y2 und der Lagerbreite B die Bohrungsexzentrizität e und die Schiefstellung der Bohrungsachse zur Laufrillenachse eindeutig berechnen, womit gleichzeitig der Radial- und Axialschlag der Laufrille zur Bohrungsachse angegeben werden kann.
Da in der Praxis die Laufrillenebene des feststehenden Lagerringes aufgrund seines Seitenschlages nicht wie gezeichnet parallel zur axialen Andrückfläche liegt, ist die Meßebene nicht genau rechtwinklig zur Drehachse.
Der daraus resultierende Meßfehler ist jedoch kleiner 0,5 %.
Bild 5 zeigt die erfindungsmäßige Meßapparatur mit elastischer Kupplung für den Fall, daß der Außenring stillsteht und der Innenring umläuft, belastet und vermessen wird.
Die Meßapparatur besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Grundkörper (1) und dem Meßkopf (2). Im oberen Teil der Apparatur, dem Meßkopf, der zur Lageraufnahme abgehoben wird, wird im Lagersitz in Höhe der Verbindungsfläche unter leichtem Haftsitz das zu prüfende Kugellager am stillstehenden Lagerring (hier Außenring) aufgenommen.
Im Meßkopf impliziert sind ein oder mehrere Meßtaster, die den umlaufenden Lagerring (hier Innenring) antasten. Im Grundkörper mit zylindrischer Druckkammerbohrung und Druckluftzuführung sind die Komponenten zur Belastung und Antrieb des Innenringes integriert. Das axiale Luftlager (3), welches am Innenring aufgesetzt und ausschließlich durch diesen geführt wird, belastet diesen aufgrund seiner speziellen Bauform (Druckplatte in Bohrung) kippmoment- und querkraftfrei. Der Luftspalt zwischen Luftlagerplatte und Druckkammerbohrung muß so dimensioniert sein, daß einerseits die freie Beweglichkeit des Innenringes gewährleistet ist und andererseits der Luftverbrauch nicht zu groß wird. Oberhalb des Luftlagers sind im Grundkörper mehrere radiale Bohrungen vorhanden, durch die die Abluft austreten kann. Damit bei vorhandenem Kammerdruck und abgenommenem Meßkopf das Luftlager nicht herausgeschleudert wird, sind mindestens zwei Anschläge (7) angebracht, an der sich die Luftlagerplatte unter diesen Bedingungen anlegen kann. In Verbindung mit einer kippmoment- und querkraftfreien elastischen Kupplung (4) und dem an der Druckkammererweiterung befindlichen Antriebsmotor (5) (Gleichstrom-Getriebemotor) wird das axiale Luftlager samt Innenring bei Inbetriebnahme des Motors in Rotation versetzt. Da der Motor mit Halteplatte nicht druckdicht ist, ist der Grundkörper mit einem zusätzlichen Dichtdeckel (6) nach unten hin abgedichtet.
Die Meßergebnisse, die diese Meßvorrichtung liefert, sind oberhalb eines kritischen Kammerdruckes unabhängig vom Druck. Lediglich größere Druckschwankungen während der Meßphase verursachen Meßfehler, die jedoch bei Verwendung von handelsüblichen Druckreglern verschwindend klein sind.
Hinsichtlich Weiterer Fehlerminimierung ist die realisierte Drehzahl so niedrig gewählt, daß praktisch keine Beschleunigungs-Effekte der rotierenden Teile (umlaufender Lagerring mit axialem Luftlager) die Messungen nachteilig beeinflussen.
Insbesondere jedoch die kippmoment- und querkraftfreie Belastungs- und Antriebseinheit ermöglichte die Realisierung des Meßverfahrens, dessen Reproduzierbarkeit der Meßwerte kleiner 0,1 beträgt.

Claims

Patentansprüche 1. verfahren zur Schlagmessung an Rillenkugellagern, wobei der eine Kugellagerring stillsteht und der andere Kugellagerring umläuft und axial belastet ist, und der umlaufende Kugellagerring von einem oder mehreren Wegaufnehmern angetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Lagerring an der zylindrischen Fläche (beim Innenring die Bohrung, beim Außenring die zylindrische Außenfläche) in zwei Meßebenen, welche beide parallel zur axialen Andruckfläche des stillstehenden Lagerringes sind, radial messend angetastet wird, entweder von einer Stirnseite her mit zwei Tastern gleichzeitig oder von einer Stirnseite her mit einem Taster nacheinander oder mit einem Taster von zwei Stirnseiten her und nacheinander durch Umspannen des Kugellagers, und mit den beiden gemessenen Schlägen die zu ermittelnden Schläge (Radial- und Axialschlag) bei Kenntnis der Abstände der Meßebenen zur axialen Andrückfläche berechnet werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich der umlaufende Lagerring während der Schlagmessung um seine raumfeste (taùmelfreie) Drehachse dreht, die rechtwinklig und zentrisch zur Laufrille sowohl des umlaufenden als auch des stillstehenden Kugellagerringes steht, wobei Rechtwinkligkeit und Zentrizität infolge kippmoment- und querkraftfreier Aufnahme, Belastung und Antriebseinheit erreicht wird.
3. Vorrichtung zur Schlagmessung an Rillenkugellagern nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 2; umfassend eine Einrichtung zum Spannen des festen Kugellagerringes und Einrichtung zum Antrieb und axialen Belasten des umlaufenden Kugellagerringes, sowie Halterung und Aufnehmer zum Messen der Schläge des umlaufenden Kugellagerringes, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Lagerring sich mit einem radial, axial und winklig freibeweglichen axialen Luftlager in Berührung befindet, welches die axiale Belastung kippmoment- und querkraftfrei aufbringt und das Drehmoment des Antriebsmotors über eine ebenfalls kippmoment- und querkraftfreie Kupplung an das Luftlager und somit an den umlaufenden Lagerring angekoppelt wird, womit die Drehung des umlaufenden Lagerringes um die raumfeste Achse gemäß Anspruch 2 erreicht wird.
4. Vorrichtung zur Schlagmessung an Rillenkugellagern gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Luftlager, welches sich mit dem umlaufenden Lagerring in Berührung befindet, im wesentlichen aus einer einseitig druckbeaufschlagten Platte in einem zylindrischen Rohr besteht mit einem Luftspalt, der die erforderlichen Radial-, Axial- und Taumelbewegungen des umlaufenden Kugellagerringes ermöglicht.
5. Vorrichtung zur Schlagmessung an Rillenkugellagern gemäß Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, daß die kippmoment- und querkraftfreie Kupplung derart realisiert ist, daß sowohl das axiale Luftlager als auch die Motoranschlußglocke jeweils eine ebene, elastische Struktur trägt, welche weich gegen Axial- und Kippwinkelbewegungen ist und diese beiden elastischen Strukturen über eine dünne Welle miteinander verbunden sind und somit das erforderliche Antriebsdrehmoment am umlaufenden Lagerring kippmoment- und querkraftfrei angekoppelt und die freie Beweglichkeit des Lagerringes samt axialem Luftlager nicht durch störende Kupplungssteifheiten beeinträchtigt wird.
6. Vorrichtung zur Schlagmessung an Rillenkugellagern gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kippmoment-und querkraftfreie Kupplung zwischen dem axialen Luftlager und der Motorwelle aus zwei Kardan- oder ähnlichen Gelenken mit ausreichendem Axialspiel und dazwischenliegender Welle besteht, womit der umlaufende Lagerring kippmoment- und querkraftfrei angetrieben und die freie Beweglichkeit des Lagerringes samt Luftlager nicht durch störende Kupplungssteifheiten beeinträchtigt wird.