DE3607654C1 - Vorrichtung zum Ermitteln des Beruehrungswinkels bei Kugellagern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des Berührungswinkels bei Kugellagern nach dem Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Der Berührungswinkel oder auch Druckwinkel ist ein spe­ zifisches Merkmal insbesondere bei Schrägkugellagern und gibt unter anderem die Belastungsrichtung innerhalb des Lagers, d. h. unter axialer Belastung die Übertra­ gungsrichtung der Kraft, beispielsweise vom Innenring ausgehend über die Kugeln auf den Außenring, an. Be­ zogen auf eine Kugel des gesamten Kugelsatzes wird der Berührungswinkel durch die Verbindungslinie durch die Berührungspunkte Innenring-Kugel-Außenring und der Ra­ dialrichtung des Lagers gebildet. Da die genannten Be­ rührungspunkte bei zusammengebautem Lager aus räumlichen Gründen nicht zu ermitteln sind, werden in der einschlä­ gigen Industrie Meßverfahren angewendet, bei denen Dreh­ zahl des Kugelsatzes bzw. des damit verbundenen Käfigs relativ zur Antriebsdrehzahl, beispielsweise des Innen­ ringes bei stillstehendem Außenring, ermittelt wird. Diese ist ausgehend von den geometrisch bedingten Über­ setzungsverhältnissen durch Abrollen der Kugeln auf den Rollbahnen der Lagerringe ein präzises Maß für den Be­ rührungswinkel. Dazu wird beispielsweise der Innenring um eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen gedreht mit möglichst genauer Messung in Winkelschritten im Bereich beispielsweise eines Winkelgrades. Ebenso hoch auflösend wird die Anzahl der Umdrehungen des Kugelsatzes gemessen. Aus dem Verhältnis dieser Werte läßt sich bei bekannten Abmessungen der Laufbahnen der Lagerringe und der Kugeln der Berührungswinkel des gemessenen Lagers berechnen. Entsprechende Berechnungsgrundlagen sind in Palmgren, Grundlagen der Wälzlagertechnik, Seiten 67 ff veröffent­ licht.

Die nach diesem Verfahren arbeitenden Geräte werden we­ gen des hohen Aufwandes während der Messung nur für Stichprobenmessungen eingesetzt. Insbesondere das indi­ viduell bei jedem Lager erforderliche Aufsetzen, An­ bringen bzw. Anstellen eines Aufnehmers oder Meßwerk­ zeuges auf den Käfig erfordert viel Feingefühl und ge­ wissenhaftes Arbeiten. Es werden bereits topfförmige Meßwerkzeuge verwendet, die auf den Käfig aufgesetzt und justiert werden, an die ein entsprechender Aufneh­ mer zur Erfassung der Umdrehungsinformation angestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, mit der sehr kurze Zykluszeiten erzielbar sind und die einen automatisch gesteuerten Ablauf gestattet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Meßwerkzeug bei axial auseinander bewegten Werkzeugen an einem von diesen zentriert angeordnet ist, während in Meßstellung bei zu­ einander bewegten Werkzeugen und auf dem Käfig aufliegen­ dem Meßwerkzeug ein dieses völlig vom entsprechenden Werk­ zeug trennender Spalt vorgesehen ist.

Zum Beispiel kann das Innenringwerkzeug vertikal über dem Außenringwerk­ zeug angeordnet sein und eine sich nach oben verjüngende Kegelfläche und das Meßwerkzeug eine entsprechende kege­ lige Bohrung aufweisen.

Wenn sich das Innenringwerkzeug in Ruhelage befindet, d. h. vom Lager abgehoben und vertikal nach oben bewegt ist, ruht das Meßwerkzeug mit seiner kegeligen Bohrung auf der entsprechenden Kegelfläche des Innenringwerk­ zeuges. Durch sein Eigengewicht hängt es auf dieser Kegelfläche und zentriert sich dadurch selbst. Während des Absenkens des Innenringwerkzeuges bzw. des Meßwerk­ zeuges kommt zunächst dessen Rand mit dem Käfig in Be­ rührung. Dieser Rand ist der Käfigseitenfläche angepaßt, so daß dadurch eine eindeutige und sichere Auflage ge­ währleistet ist. Beim weiteren Absenken des Innenring­ werkzeuges verbleibt nunmehr das Meßwerkzeug in seiner Lage auf dem Käfig. Lediglich das Innenringwerkzeug mit beispielsweise einer in die Bohrung des Innenringes eingreifenden Kegelfläche wird nach unten abgesenkt, bis dieses mit der vorbestimmten axialen Belastung ge­ gen den Innenring gepreßt wird. Durch die relative axiale Bewegung zwischen Innenringwerkzeug und Meßwerk­ zeug entsteht zwischen deren gegenüberliegenden Kegel­ flächen ein Ringspalt. In diesem Zustand ist das Meß­ werkzeug völlig vom Innenringwerkzeug und damit vom Antrieb getrennt, so daß es sich völlig frei zusammen mit dem Käfig und von diesem allein angetrieben drehen kann. In dieser Lage kann die Messung in bekannter Weise durchgeführt werden, wobei auf eine völlig reak­ tionsfreie Aufnahme der Umdrehungsinformation durch be­ rührungslose Aufnehmer geachtet werden muß. Nach der Messung wird das Innenringwerkzeug wieder abgehoben, wodurch auch das Meßwerkzeug über die Kegelflächen mit­ genommen und erneut zentriert wird. Neben der geometri­ schen Anpassung der Randfläche des Meßwerkzeuges an den Käfig kann diese auch mit den Reibschluß verbessernden Materialien, wie Gummi etc. beschichtet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind das Au­ ßenringwerkzeug durch einen Arbeitszylinder vertikal und das Innenringwerkzeug relativ zu einer diesen an­ treibenden Spindel gegen die Kraft einer Feder axial bzw. vertikal bewegbar. Diese Maßnahme ist ein weiterer vorteilhafter Schritt zur Automatisierbarkeit der Vor­ richtung. Das Außenringwerkzeug ist dabei mit dem Kol­ ben eines beispielsweise hydraulisch arbeitenden Zylin­ ders verbunden und um eine einstellbare Strecke verti­ kal bewegbar. Das Innenringwerkzeug ist weiterhin über eine Feder, deren Kraft der gewünschten Belastung für das zu messende Lager entspricht, ebenfalls vertikal bewegbar. Auf diese Weise ist es möglich, das Lager mit nach weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen gekennzeichne­ ten Zuführeinrichtungen automatisch auf das Außenring­ werkzeug zu legen, danach den Meßzyklus zu starten und schließlich nach Absenken des Außenringwerkzeugs das Lager wieder abzuführen.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist am Meßwerkzeug eine gegenüber dem Lagerdurch­ messer große Scheibe mit, wie an sich bekannt einer, Viel­ zahl am Umfang verteilter Markierungen für das reaktions­ freie Zählen von Winkelschritten mittels berührungsloser Aufnehmer vorgesehen, wobei die in bekannter Weise zur Gewinnung der Winkelschrittimpulse an der Spindel bzw. am Innenringwerkzeug und am Meßwerkzeug bzw. an der Scheibe angeordneten Aufnehmer und an einem daraus den Be­ rührungswinkel berechnenden und anzeigenden oder wei­ terverarbeitenden Kleinrechner angeschlossen sein kön­ nen. Die genannte große Scheibe ist beispielsweise an ihrem Rand mit einer Vielzahl von Radialschlitzen ver­ sehen, die bei einer entsprechenden Durchlichtschranke jeweils einen Impuls erzeugen. Durch den großen Durch­ messer der Scheibe können am Umfang extrem viele Schlitze verteilt werden, so daß bei entsprechend klei­ nen Winkelschritten bereits ein Impuls erzeugt wird. Dadurch wird die Auflösung stark gesteigert und ein genaues Meßergebnis erzielt. In gleicher Weise kann die Umdrehungsinformation vom Innenringwerkzeug aufgenom­ men werden. Die Signale dieser beiden Aufnehmer werden einem elektronischen Gerät, beispielsweise einem Klein­ rechner eingegeben, der aufgrund eines eingespeicherten Programmes zusammen mit den diversen Laufbahnabmessungen des Lagers einschließlich der Kugel einen Wert für den Berührungswinkel des betreffenden Lagers berechnet und danach anzeigt, abspeichert, ausdruckt oder dgl. Dieser Kleinrechner kann auch in bekannter Weise die Arbeits­ schritte der erfindungsgemäßen mechanischen Vorrichtung zyklusgemäß steuern.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist es möglich, eine vorteilhafterweise schnell arbeitende und vor allem automatisch ablaufende Vorrichtung zu schaffen, die ohne manuellen Eingriff zuverlässig und störungsfrei arbeitet.

Die Erfindung wird im folgenden an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben.

Die einzige Figur zeigt den teilweisen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Messung des Berührungswinkels bei einem Schrägkugellager in der Meßphase. Die Darstellung ist stark vereinfacht. Ein dazu noch erforderlicher Kleinrechner, der die Drehzahlinformation weiterverar­ beitet oder dgl. ist nicht dargestellt.

Der mechanische Teil der Vorrichtung besteht aus einer wälzgelagerten Antriebsspindel 1 mit einem Innenringwerk­ zeug 2, einem Arbeitszylinder 3 mit einem Außenringwerk­ zeug 4 für das Schrägkugellager 5 und zwei Schlitzschei­ ben 6, 7 für jeweils eine Durchlichtschranke 8. Alle ge­ nannten Bestandteile einschließlich eines nicht darge­ stellten Motors für die Antriebsspindel 1 sind auf einem nur angedeuteten Gestellrahmen 9 befestigt. Während die Antriebsspindel 1 axial fixiert ist, kann das Innenring­ werkzeug 2 relativ zu dieser gegen die Kraft einer Feder 10 axial bzw. insgesamt vertikal verschoben werden. Die Verschiebestrecke ist durch einen Bolzen 11 in der einen Richtung begrenzt, der auch eine Arretierung in Umfangs­ richtung bewirkt. In der anderen Richtung übernimmt diese Funktion der Kopf einer Befestigungsschraube 12, über die das Innenringwerkzeug 2 und die Feder 10 gewech­ selt werden können, wenn andere Lagertypen bzw. -größen gemessen werden sollen. Das Innenringwerkzeug 2 ist an seinem unteren freien Ende mit einer Kegelfläche 13 ver­ sehen, die in der dargestellten Position in die Bohrung des Innenringes 14 des Schrägkugellagers 5 eingreift. Dadurch wird dieses auf dem Außenringwerkzeug 4 liegend einerseits durch Radialverschiebung zentriert und ande­ rerseits entsteht für das Drehen des Innenringes 14 ein Reibschluß im Randbereich der Bohrung. Unmittelbar daran schließt sich eine weitere Kegelfläche 15 des Innenring­ werkzeuges 2 an, die sich vertikal nach oben verjüngt und in eine zylinderische Führungsfläche 16 übergeht.

Ein topfförmiges Meßwerkzeug weist eine gleichermaßen geneigte, kegelige Bohrung 17 auf und ruht mit einer unteren Randfläche 19 auf dem Käfig 20 des Schräg­ kugellagers 5. Die dargestellte Lage entspricht der Meßphase, wobei zwischen der Kegelfläche 15 des Innen­ ringwerkzeuges 2 und der kegeligen Bohrung 17 des Meß­ werkzeuges 18 ein Ringspalt 21 vorgesehen ist, durch den das Meßwerkzeug 18 völlig reaktionsfrei getrennt ist und ausschließlich der Umdrehung des Käfigs 20 folgt, wenn der Innenring 14 durch den nicht darge­ stellten Motor über die Antriebsspindel 1 und das In­ nenringwerkzeug 2 in Drehung versetzt wird.

Auf dem Meßwerkzeug 18 ist die genannte Schlitzscheibe 6 befestigt mit einer Vielzahl von Schlitzen bzw. Zun­ gen 22, die in die Durchlichtschranke 8 reichen. Diese liefert an den nicht dargestellten Kleinrechner pro Umdrehung des Meßwerkzeuges 18 beispielsweise 36 Im­ pulse. Wie bereits beschrieben, liegt das Schrägkugel­ lager 5 mit seinem Außenring 23 auf dem Außenringwerk­ zeug 4, das zur Vorzentrierung einen ringförmigen Vor­ sprung 24 mit gegenüber dem Außendurchmesser des Außen­ ringes 23 größerem Bohrungsdurchmesser aufweist. Das Außenringwerkzeug 4 ist auswechselbar mit dem Kolben 25 des Arbeitszylinders 3 verbunden, der zwei vorbestimmte Endpositionen durch zwei Einlaßöffnungen 26 für Hydrau­ liköl einnehmen kann. Das erforderliche Hydraulikaggre­ gat mit entsprechender Steuerung des Kolbens 25 ist nicht dargestellt. Zur Erfassung der Antriebsdrehzahl dient die an der Antriebsspindel 1 angebrachte weitere Schlitzscheibe 7 mit Durchlichtschranke 8, die eben­ falls an den Kleinrechner angeschlossen ist.

Nach der in bekannter Weise durchgeführten Ermittlung des Meßwertes für den Berührungswinkel wird der Kolben 25 des Arbeitszylinders 3 und damit das Außenringwerk­ zeug 4 mit dem Schrägkugellager 5 abgesenkt. Dabei legt sich, wie nicht dargestellt ist, das topfförmige Meß­ werkzeug 18 mit seiner kegeligen Bohrung 17 auf die entsprechende Kegelfläche 15 des Innenringwerkzeuges 2, wobei der Ringspalt 21 verschwindet und automatisch eine erneute Zentrierung erfolgt. Das Schrägkugellager 5 wird danach entnommen und ein neues eingelegt, wo­ durch ein weiterer Meßzyklus beginnen kann.

Die dargestellte Ausführung ist nur ein Beispiel. Ins­ besondere die Anordnung der Spindel, die Bewegungsvor­ gänge hinsichtlich der Lageraufnahme und die Art und Anbringung der Meßaufnehmer kann in weiten Grenzen variieren.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Berührungswinkels bei Kugellagern, insbesondere Schrägkugellagern (5), wobei einer der Winkelschenkel in der Radial­ ebene des Lagers (5) und der andere durch die bei­ den Berührungspunkte einer der Kugeln mit den bei­ den Lagerringen (14, 23) verlaufen, durch Messung der relativen Drehzahl des Kugelsatzes bzw. des Käfigs (20) gegenüber der des angetriebenen Lager­ ringes (14) bei axial belastetem Lager (5), be­ stehend aus einem das Lager (5) an dessen Außen­ ring (23) abstützenden Außenringwerkzeug (4), ei­ nem das Lager (5) an dessen Innenring (14) abstüt­ zenden Innenringwerkzeug (2), wobei die in vertika­ ler Achse angeordneten Werkzeuge (2, 4) relativ zueinander drehbar und axial bewegbar sind, aus einem durch sein Eigengewicht frei auf dem Käfig (20) des Lagers (5) aufliegenden Meßwerkzeug (18) und aus Einrichtungen (6, 8; 7, 8) zum hochauflö­ senden Erfassen der Anzahl von Umdrehungen einer­ seits des angetriebenen Lagerringes (14) und ande­ rerseits über das Meßwerkzeug (18) des Käfigs (20), dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerkzeug (18) bei axial auseinander bewegten Werkzeugen (2, 4) an einem von diesen zentriert angeordnet ist, während in Meßstellung bei zueinander bewegten Werkzeugen (2, 4) und auf dem Käfig (20) auf­ liegendem Meßwerkzeug (18) ein dieses völlig vom entsprechenden Werkzeug (2) trennender Spalt (21) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Innenringwerkzeug (2) vertikal über dem Außenringwerkzeug (4) angeordnet ist und eine sich nach oben verjüngende Kegelfläche (15) und das Meßwerkzeug (18) eine entsprechende kegelige Bohrung (17) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Außenringwerkzeug (4) durch einen Arbeitszylinder (3) vertikal und das Innenringwerk­ zeug (2) relativ zu einer diesen antreibenden Spin­ del (1) gegen die Kraft einer Feder (10) axial bzw. vertikal bewegbar sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Außenringwerk­ zeuges (4) zyklusgesteuerte Zu- und Abführeinrich­ tungen für das Lager (5) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßwerkzeug (18) eine ge­ genüber dem Lagerdurchmesser große Scheibe (6) mit, wie an sich bekannt, einer Vielzahl am Umfang ver­ teilter Markierungen (22) für das reaktionsfreie Zählen von Winkelschritten mittels berührungsloser Aufnehmer (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise zur Ge­ winnung der Winkelschrittimpulse der Spindel (1) bzw. des Innenringwerkzeugs (2) und des Meßwerk­ zeugs (18) vorgesehenen Aufnehmer (8) an einem daraus den Berührungswinkel berechnenden und an­ zeigenden oder weiterverarbeitenden Kleinrechner angeschlossen sind.