DE4221035C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Vorspannung eines Rollenlageraufbaus - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Vorspannung eines RollenlageraufbausInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 5, jeweils ausgehend von der JP-PS 2-61 700.
Fig. 5 und 6 zeigen jeweils bekannte Rollenlager, wobei Fig. 5
ein Doppelreihenkugellager 1 mit einem äußeren Laufring 3 und
einem inneren Laufring 5 wiedergibt, wobei die dazwischen
angeordneten Kugeln 12 in den Laufbahnen 2 und 4 der Laufringe
abrollen. Das Duplex-Kugellager 6 nach Fig. 6 ist aus zwei
Kugellagern 11 zusammengesetzt, von denen jedes einen äußeren
Laufring 8 und einen inneren Laufring 10 aufweist. Die Kugeln 12
rollen auf den Laufbahnen 7 und 9 ab. Eine Linie a verläuft durch
die Berührungspunkte der Kugel 12 an der äußeren Laufbahn und der
inneren Laufbahn, wobei diese Linie a in einem Winkel α zu einer
Linie b geneigt ist, die senkrecht zur Lagerachse verläuft.
Hierbei liegt eine Vorspannung an dem Rollenlager an, die für die
Betriebseigenschaften wesentlich ist. Es ist deshalb notwendig,
die Vorspannung auf einem bestimmten Wert zu halten. Insbesondere
Hochleistungskugellager verlangen eine strenge Einhaltung der
Vorspannung.
Verfahren zum Messen der Vorspannung sind aus der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 58-196 318 und der JP-PS 2-61 700
bekannt. Nach der erstgenannten Druckschrift wird an einem Teil
eines Kugellagers eine axiale Belastung angelegt und es werden
Verschiebungen gemessen,
die Änderungen in der Belastung entsprechen, wobei
eine Vorspannung aus dem Wert der Belastung geschätzt wird, an
der eine plötzliche Verschiebung eintritt. Ein ähnliches
Verfahren ist auch in der offengelegten japanischen Patentan
meldung (Kokai) Nr. SHO 62-100 633 offenbart. Bei dem in der
JP-PS 2-61 700
offenbarten Verfahren, werden Schwingungen am Kugellager durch
einen Vibrator angelegt, um die Resonanzfrequenz des Kugel
lagers wahrzunehmen, wobei die Vorspannung dann aus der Reso
nanzfrequenz bestimmt wird. Zusätzlich ist es auch üblich,
eine Vorspannung abzuschätzen, die auf ein Kugellager ausgeübt
wird, durch Anlegen einer Drehkraft an den äußeren Laufring
oder inneren Laufring, um dann ein
Startdrehmoment nach dem Drehbeginn des Elementes zu messen,
an das die Drehkraft angelegt ist.
Ferner offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung
(Kokai) Nr. HEI 1-112 019 ein Verfahren zum Abschätzen einer
Vorspannung durch Verwendung einer akustischen Ausstrah
lung. Die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr.
HEI 2-159 536 offenbart eine Abschätzung einer Vorspannung
durch Anlegen von Schwingungen auf den äußeren Laufring und den
inneren Laufring und durch Messen der Amplitude der an den
äußeren Ring übertragenen Schwingungen. Die offengelegte
japanische Gebrauchsmusteranmeldung (Kokai) Nr. SHO 63-41 737
offenbart die Messung einer Vorspannung durch einen Dehnungs
meßstreifen bzw. einem Längenmeßgerät, das in einen vorge
spannten Raum eingefügt ist.
Im Fall des Verfahrens nach
SHO 58-196 318
wird eine axiale Belastung an einem Teil eines
Kugellagers angelegt. Deshalb kann auf der Oberfläche der
Laufbahnen eine Verformung durch Eindrücke oder eine Beschä
digung auftreten, so daß eine exakte Drehung und die Lebens
dauer des Kugellagers beeinträchtigt sein kann. Deshalb ist
der Bereich, in dem dieses Verfahren verwendet werden kann,
begrenzt. Da die Vorspannung aus dem Wert der Belastung ge
schätzt wird, der zu dem Zeitpunkt angelegt ist, an dem eine
plötzliche Verschiebung stattfindet, ist es schwierig, die
Vorspannung präzise zu bestimmen. Es ist jedoch ausgeführt
worden, die Festigkeit eines Lagers durch Anlegen einer Span
nung in einem Bereich zu bestimmen, der keine Verformung durch
Eindrücke und Beschädigung auf der Oberfläche einer Laufbahn
bewirkt, wobei dann die sich ergebende Verschiebung gemessen
wird.
Bei dem Verfahren nach der
JP-PS 2-61 700 wird die Meßvorrichtung komplex und
aufwendig. Z. B. wird ein Vibrator benötigt, weil Schwingungen
an ein Kugellager angelegt werden müssen. Da die Messung durch
Anlegen von Schwingungen ausgeführt wird, währenddessen sich
das Kugellager nicht dreht, ist es unmöglich, eine
Auswertung bei einer Drehzahl
nahe der Betriebsdrehzahl
auszuführen.
Ferner kann bei dem Verfahren, bei dem eine Vorspannung durch
Anlegen eines Startdrehmomentes gemessen wird, die Vorspannung
nicht genau bestimmt werden. Das Startdrehmoment neigt dazu,
daß es nicht nur von der Vorspannung, sondern auch von anderen
Faktoren, wie z. B. der Menge und der Viskosität eines
Schmierstoffes, wie z. B. Schmierfett, dem Berührungszustand
der Dichtungen, usw. abhängt. Da es schwierig ist, den Einfluß
dieser anderen Faktoren auf das Startdrehmoment zu bestimmen,
kann die Vorspannung nicht genau aus dem Startdrehmoment
bestimmt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine
einfache, schnelle und genaue Bestimmung der angelegten Vorspannung
möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst.
Da die Schwingungen während der Drehbewegung des Rollenlagers
gemessen werden, kann die Vorspannung während der Betriebsdrehzahl
des Rollenlagers durch eine einfache Vorrichtung
ermittelt werden. Eine Beschädigung des Rollenlagers tritt
hierbei nicht auf. Die Ausgestaltung des Verfahrens und der
Vorrichtung erleichtert das Automatisieren des Meßvorganges, so
daß eine entsprechende Meßvorrichtung in eine Herstellungslinie
für Rollenlager eingesetzt werden kann, um die Vorspannung an
jedem hergestellten Rollenlager zu überwachen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
2 bis 4 und 6 bis 8 wiedergegeben.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher
erläutert, in der
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles
darstellt,
Fig. 2 ein Diagramm ist, das geeignete Be
reiche von Vorspannungen und Berüh
rungswinkel zeigt,
Fig. 3 ein schematischer Teilquerschnitt
eines zweiten Ausführungsbeispieles
ist,
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines
dritten Ausführungsbeispieles,
Fig. 5 ein Teilquerschnitt eines Beispieles
eines Kugellagers ist, und
Fig. 6 ein Teilquerschnitt eines anderen
Beispieles eines Kugellagers ist.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
Ein Doppelreihenkugellager 13, dessen Vorspannung gemessen
werden soll, ist aus einem äußeren Ring 3 mit Doppelreihen
laufbahnen 2,2 auf einer inneren Umfangswand davon, einer
Welle 14 mit Doppelreihen inneren Laufbahnen 4,4 auf einer
äußeren Umfangswand davon und einer Anzahl von Kugeln 12
aufgebaut, die drehbar zwischen den äußeren Laufbahnen 2,2 und
den inneren Laufbahnen 4,4 angeordnet sind. Beim Messen der
Vorspannung wird der äußere Ring 3 des Doppelreihen-Kugel
lagers 13 von außen angepaßt und auf einer Welle 17 gehalten,
die in Verbindung mit einer Spindel 15, einem Elektromotor 16
und dgl., das nachfolgend beschrieben wird, eine Antriebsein
heit darstellt.
Die Welle 17 ist fest in eine kegelförmige Bohrung 18 einge
paßt, die mittig in einem Endabschnitt der Spindel 15
ausgebildet ist (auf der rechten Seite der Wellenspindel in
Fig. 1). Die Spindel 15 ist in
einem Radiallager 19 gelagert. Da als Radiallager 19 vorzugs
weise ein Lager verwenden sollte, das keine
Schwingungen beim Drehen der Spindel 15 erzeugt, wird z. B.
ein statisches Druckgaslager, Magnetlager oder supraleitendes
Lager verwendet.
Die Spindel 15 wird durch den Elektromotor 16
angetrieben. In dem dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel führt ein Riemen 23 um eine Abtriebsscheibe 21,
die auf dem gegenüberliegenden Endabschnitt der Spindel 15
befestigt ist, wobei auch eine Antriebsscheibe 22 an einer
Antriebswelle des Elektromotors 16 befestigt ist. Nach dem
Einschalten des Elektromotors 16 wird die Spindel 15 mit
einer konstanten Drehzahl von z. B. etwa 1800 U/min
angetrieben.
Durch Setzen der Spannung des Riemens 23 auf einen geeigneten
Wert und Wählen eines geeigneten Materials für den Riemen 23
kann die Spindel 15 abgehalten werden, Schwingungen während
des Drehens der Spindel 15 durch den Elektromotor 16 zu erzeu
gen. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
es möglich, die Spindel 15 und die Antriebswelle des Elek
tromotors 16 konzentrisch anzuordnen und die Spindel 15
mittels einer Magnetkupplung oder dgl. anzutreiben.
Ein Druckelement 24 ist gegenüber einer Endoberfläche der
Welle 14 des Doppelreihen-Kugellagers 13 angeordnet, das von
der Welle 17 gehalten ist. Dieses Druckelement 24 hat einen
Druckzylinder 25, eine Schwenkkupplung 26 und eine Druckplatte
27. Ein Basisendabschnitt einer Stange 29 ist an einem Druck
kolben 28 befestigt, der in den Druckzylinder 25 eingepaßt
ist. Die Schwenkkupplung 26 ist mit einem freien Endabschnitt
der Stange 29 verbunden. Die Schwenkkupplung 26 ist aus zwei
Platten 30a, 30b und einer Kugel 31 ausgebildet, die zwischen
den Platten 30a, 30b gehalten wird, so daß die Platten 30a,
30b schwenkbar gegeneinander beweglich sind.
Die Druckplatte 27 wird an einer Seitenwand von der Platte 30a
gehalten, die die Platte ist, die dem Doppelreihen-Kugellager
13 gegenüberliegt (d. h. die linke Platte der Schwenkkupplung
28 in Fig. 1), wobei ein Dämpfer 32 dazwischen angeordnet ist.
Wenn Arbeitsfluid in ein Zylinderabteil 33 des Druckzylinders
25 eingeführt wird, bewegt sich die Druckplatte 27 in Fig. 1
nach links und drückt gegen die Endfläche der Welle 14 des
Doppelreihen-Kugellagers 13, so daß die Druckplatte 27 die
Welle 14 in axiale Richtung drückt, d. h. in die linke Rich
tung in Fig. 1. Durch diesen Druckvorgang wird ein Drehen des
äußeren Rings 3 verhindert, selbst wenn der innere Ring 5
durch die Inbetriebnahme des Elektromotors 16 gedreht wird.
Die Schwenkkupplung 26 dient zum Drücken der Druckplatte 27
unter gleichbleibender Kraft über den gesamten Umfang gegen
die Endoberfläche der Welle 14 während des oben genannten
Druckvorganges. Der Dämpfer 32 verhindert die Übertragung von
Schwingungen an die Welle 14, die in dem Druckzylinder 24
oder der Schwenkkupplung 26 erzeugt werden. Als Einrichtung
zum Drücken der Druckplatte 27 in axiale Richtung kann auch
ein anderer Mechanismus, wie z. B. eine Spule anstatt des
Druckzylinders 25 verwendet werden.
Ein Schwingungsaufnehmer 34 ist als Schwingungsmeßelement an
eine Seite der Druckplatte 27 angebracht, an eine Stelle, die
von dem Dämpfer 32 umgeben ist. Der Schwingungsaufnehmer 34
mißt axiale (in der waagrechten Richtung in Fig. 1) Schwingun
gen, die von der Welle 14 an die Druckplatte 27 übertragen
werden und sendet ein Signal A, das die Meßwerte darstellt, an
eine Verstärkereinheit 35. Als Schwingungsmeßelement kann
irgendeine Vorrichtung oder irgendein Element verwendet wer
den, solange es solche axialen Schwingungen wahrnehmen kann.
Beispiele für andere Vorrichtungen umfassen ein Verschiebungs
bzw. Dehnungsmeßgerät, einen Geschwindigkeits- und einen
Beschleunigungsmesser.
Eine Sonde 37 eines zweiten Schwingungsaufnehmers 36 wird als
zweites Schwingungsmeßelement in Berührung mit einer äußeren
Umfangswand der Welle 14 gehalten. Der zweite Schwingungsauf
nehmer 36 mißt radiale Schwingungen der Welle 14 und gibt ein
Signal B an eine zweite Verstärkereinheit 38 ab, das die
Meßwerte darstellt. Als zweites Schwingungsmeßelement kann
irgendeine andere Vorrichtung oder ein anderes Element ver
wendet werden, solange es solche radialen Schwingungen wahr
nehmen kann. Beispiele für andere Vorrichtungen umfassen ein
Verschiebungs- bzw. Dehnungsmeßgerät, einen Geschwindigkeits-
und einen Beschleunigungsmesser.
Verstärkte Signale C, D werden von den ersten und zweiten
Verstärkereinheiten 35, 38 jeweils an einen Frequenzwandler 39
gesandt. Dieser Frequenzwandler 39, der einen Fourier-Trans
formator umfaßt, bestimmt die Resonanzfrequenz fa des Doppel
reihen-Kugellagers 13, die Drehfrequenz fr des äußeren Rings 3
und die Drehzahlfrequenz fc Anzahl von Kugeln 12 durch die
Verwendung eines schnellen Fourier-Transformators (FFT - Fast
Fourier Transformation).
Die Lagersteifigkeit Ka, die in Beziehung mit der Vorspannung Fa
des Doppelreihen-Kugellagers 13 steht, wobei die Vorspannung
gemäß der Erfindung bestimmt wird, kann als eine Funktion der
oben genannten Resonanzfrequenz fa und des Berührungswinkels α
[Ka=f(fa,α)] ausgedrückt werden, wobei der Berührungswinkel α
durch eine Funktion der oben genannten Drehfrequenz fr und
Drehzahlfrequenz fc [α=f(fr,fc)] und die Vorspannung Fa durch
eine Funktion der oben genannten Lagersteifigkeit Ka und des
Berührungswinkels α [Fa=f(Ka,α)] dargestellt werden, und es
deshalb möglich ist, die Vorspannung Fa des Doppelreihen-Kugel
lagers 13 zu bestimmen, sobald die Resonanzfrequenz fa des
Doppelreihen-Kugellagers 13, die Drehfrequenz fr des äußeren
Rings 3 und die Drehzahlfrequenz fc der Anzahl von Kugeln 12
bestimmt sind.
Der Berührungswinkel α kann durch die folgenden Formeln (1)
und (2) aus der Drehfrequenz fr und Drehzahlfrequenz fc die
beide durch die Frequenzwandler 39 bestimmt werden, wie es
oben beschrieben ist, dem äußeren Durchmesser Da der Kugeln 12
und dem Abstandsdurchmesser dm der Kugeln 12 bestimmt werden.
Der Abstandsdurchmesser dm ist der Abstand zwischen den Mittel
punkten zweier diametral gegenüberliegenden Kugeln. Der äußere
Durchmesser Da und der Abstandsdurchmesser dm der Kugeln 12
sind herstellungsbedingte Abmessungen.
fc = fr(dm + Dacos α)/2dm (1)
Die Formel (1) kann in die folgende Formel (2) umgeschrieben
werden:
α = cos-1 [dm {(2fc/fr) - 1}/Da] (2)
Die Drehfrequenz fr des äußeren Rings 3 und die Drehzahlfre
quenz fc der Anzahl von Kugeln 12 kann aus radialen Schwingun
gen der Welle 14 gemäß den folgenden Erkenntnissen bestimmt
werden.
Zuerst werden die Gründe für die erfolgreiche Bestimmung der
Drehfrequenz fr beschrieben. Obwohl die einzelnen Elemente, die
das Doppelreihen-Kugellager 13 ausbilden, mit äußerster Genau
igkeit gefertigt werden, gibt es tatsächlich keinen Fall, wo
kein Fehler bzw. keine Toleranz besteht, sowohl in ihren Ober
flächengestaltungen als auch den Abmessungen. Z. B. sind die
äußeren Laufbahnen und die inneren Laufbahnen jeweils exzen
trisch zueinander bzgl. des Mittelpunkts der Drehung des
Lagers, obwohl der Grad ihrer Exzentrizität sehr klein ist.
Wegen dieser Exzentrizität wird eine Drehfrequenzkomponente
erzeugt. Die Drehfrequenz fr kann deshalb durch Messen irgend
einer der radialen Schwingungen, Winkelschwingungen und axia
len Schwingungen des Drehrings oder der anderen Ringeinrich
tung oder des befestigten Rings oder der anderen Ringeinrich
tung bestimmt werden.
Nachfolgend werden die Gründe für die erfolgreiche Bestimmung
der Drehzahlfrequenz fc beschrieben. Obwohl von einer Anzahl
von Kugeln, die in ein einziges Kugellager eingebaut sind,
angenommen wird, daß sie denselben äußeren Durchmesser haben,
unterscheidet sich der äußere Durchmesser ein wenig von einer
Kugel zu einer anderen Kugel durch die unvermeidlichen Her
stellungstoleranzen und Herstellungsfehler. Wegen der Drehung
der Anzahl von Kugeln, deren äußerer Durchmesser ein wenig
voneinander abweicht, wie es oben aufgeführt ist, schwingt die
eine Ringeinrichtung oder die andere Ringeinrichtung in radia
le Richtung, Winkelrichtung oder axiale Richtung. Die Frequenz
dieser Schwingungen stimmt mit der Drehzahlfrequenz der Anzahl
von Kugeln oder mit einem ganzzahligen Vielfachen der Dreh
zahlfrequenz der Kugeln überein. Ferner unterliegen die äuße
ren Laufbahnen und inneren Laufbahnen einer kleinen Mäande
rung. Während des Drehens der äußeren Ringeinrichtung schwingt
die eine Ringeinrichtung oder die andere Ringeinrichtung in
radiale Richtung, Winkelrichtung oder axiale Richtung durch
die Mäanderung. Die Frequenz dieser Schwingungen enthält des
halb die Drehzahl- bzw. Drehfrequenzkomponente der Kugeln. Die
Drehzahl- bzw. Drehfrequenz der Kugeln kann bestimmt werden,
sobald die Frequenz der radialen, Winkel- oder axialen Schwin
gungen der einen Ringeinrichtung oder der anderen Ringeinrich
tung bestimmt ist.
Wie es oben beschrieben ist, bestimmt der Frequenzwandler 39
auf Grundlage der Schwingungen der Welle 14 die Drehfrequenz fr
des äußeren Rings 3 und der Drehzahlfrequenz fc der Kugeln 12
als auch die Resonanzfrequenz fa des Doppelreihenkugellagers
13. Signale E, die die jeweiligen Frequenzen fr, fc und fa
anzeigen, werden an eine erste Computereinrichtung 40 gesandt.
Die erste Computereinrichtung 40 bestimmt den Berührungswinkel
α durch die Verwendung der Formeln (1) und (2) und bestimmt
dann die Lagersteifigkeit Ka des Doppelreihen-Kugellagers 13 in
Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Funktion
Ka = f(fa, α).
Signale F, die den Berührungswinkel α und die Kugellagerstei
figkeit Ka darstellen, die durch die erste Computereinrichtung
40 bestimmt sind, werden anschließend an eine zweite Computer
einrichtung 41 abgegeben. Die zweite Computereinrichtung 41
bestimmt dann die Vorspannung Fa des Doppelreihen-Kugellagers
13 auf Grundlage der Signale F. Das Verfahren zum Bestimmen
der Kugellagersteifigkeit Ka aus dem Berührungswinkel α und der
Resonanzfrequenz fa und ferner zur Bestimmung der Vorspannung
Fa kann ein Fachmann einfach verwenden durch Anwenden bekannter
Theorien zu den Formeln, die z. B. in "NSK Report" 59-66,
November 1989 durch die bezeichnete Firma veröffentlicht oder
"Korogari Jukuuke Kogaku (Rolling Bearing Engineering - Rol
lenlagertechnik)" 248-252 übersetzt durch das "Rolling Bea
ring Engineering Edition Committee", das durch Kabushiki
Kaisha Yokendo veröffentlicht ist. Eine genaue Beschreibung
dieses Verfahrens wird deshalb weggelassen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Signal G,
das die Vorspannung Fa anzeigt und das durch die zweite Compu
tereinrichtung 41 bestimmt ist, an einen Diskriminator 42
abgegeben. Durch den Diskriminator 42 wird daher entschieden,
ob die Vorlast Fa, die an das Doppelreihen-Kugellager 13
angelegt ist, innerhalb des geeigneten Bereichsfeldes liegt,
oder ob sie nicht darin liegt. In den Diskriminator 42 sind
ein maximal zulässiger Wert Famax und ein minimal zulässiger
Wert Famin der Vorspannung Fa als auch ein maximal zulässiger
Wert αmax und ein minimal zulässiger Wert αmin des Berührungs
winkels α gespeichert, wobei die Werte in Fig. 2 dargestellt
sind. Wenn die Vorspannung Fa des Doppelreihen-Kugellagers 13
zwischen dem maximal zulässigen Wert Famax und dem minimal
zulässigen Wert Famin und dem Berührungswinkel α zwischen dem
maximal zulässigen Wert αmax und dem minimal zulässigen Wert αmin
sind, in anderen Worten, wenn die Vorspannung Fa und der
Berührungswinkel α in dem kreuzweise schraffierten Bereich in
Fig. 2 liegen, entscheidet der Diskriminator 42, daß das
Doppelreihen-Kugellager 13 nicht defekt ist, aber wenn die
Vorspannung Fa und der Berührungswinkel α außerhalb des kreuz
weise schraffierten Bereichs in Fig. 2 liegen, entscheidet der
Diskriminator 42, daß das Doppelreihen-Kugellager 13 defekt
ist.
Gemäß der Vorrichtung, die gemäß obiger Beschreibung aufgebaut
ist und betrieben wird und die geeignet ist, eine Vorspannung
eines Rollen- bzw. Wälzlagers zu messen, werden die Frequenzen
der Schwingungen in der Stoß- und radialen Richtung der Welle
14 während des Drehens des äußeren Ringes 3 des Doppelreihen-
Kugellagers 13 gemessen, wobei dann die Vorspannung Fa aus
diesen Schwingungsfrequenzen bestimmt wird. Die Vorspannung Fa
kann deshalb leicht und genau bestimmt werden, und außerdem
wird das Doppelreihen-Kugellager 13 nicht durch die Meßarbeit
bzw. den Meßvorgang beschädigt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Lagerstei
figkeit Ka aus Schwingungen der Welle 14 in der Stoßrichtung
bestimmt. Die Lagersteifigkeit Ka kann jedoch auch aus Schwin
gungen der Welle 14 in radiale Richtung oder aus Schwingungen
der Welle 14 in Winkelrichtung erhalten werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 dargestellt
ist, werden Schwingungen der Welle 14 gemessen, während die
Welle 14 fixiert ist und sich der äußere Ring 3 dreht. In Fig.
3 ist es umgekehrt dargestellt. Die Vorspannung Fa des Doppel
reihen-Kugellagers 13 kann auch durch Messen von Schwingungen
des äußeren Ringes 3 bestimmt werden, während der äußere Ring
3 fixiert ist und sich die Welle 14 dreht.
Wenn die Drehfrequenz der Welle 14 und die Drehzahlfrequenz
der Kugeln 12 auf Grundlage von radialen Schwingungen des
äußeren Rings 3 bestimmt werden, sollten die folgenden For
meln (3) und (4) anstatt den Formeln (1) und (2) verwendet
werden.
fc = fr(dm - Dacos α)/2dm (3)
α = cos-1 [dm (1 - (2fc/fr)}/Da] (4)
Wenn der Berührungswinkel α der Kugeln 12, die das Doppelrei
hen-Kugellager 13 ausbilden, dessen Vorspannung Fa gemessen
werden soll, im vornherein bekannt ist, wird ein Signal H, das
den Berührungswinkel α anzeigt, von einem Berührungswinkelset
zer 43 an eine zweite Computereinrichtung 41 abgegeben und auf
Grundlage des Signals I, das die Lagersteifigkeit Ka anzeigt,
die durch die von dem Schwingungsaufnehmer 34 gemessenen Werte
und dem oben genannten Signal H bestimmt ist, kann die Vor
spannung Fa bestimmt werden (siehe Fig. 4).
Die vorliegende Erfindung zum Messen einer Vorspannung eines
Doppelreihen-Kugellagers ist oben beschrieben worden. Es wird
festgestellt, daß das Verfahren und die Vorrichtung der Erfin
dung zum Messen einer Vorspannung eines Rollenlagers, als auch
zum Messen einer Vorspannung eines Duplex-Kugellagers, Doppel
rollenlager und Duplex-Rollenlager verwendet werden kann.
Claims (8)
1. Verfahren zum Messen einer Vorspannung, die an ein Rol
lenlager (13), der eine äußere Ringanordnung
(3) mit einer äußeren Laufbahn (2), eine innere
Ringanordnung (14) mit einer inneren Laufbahn (4)
und eine Anzahl von Rollelementen (12) zwischen den
beiden Laufbahnen umfaßt, wobei die eine Ringanordnung
sich relativ zur anderen dreht, Schwingungen
der einen oder anderen Ringanordnung gemessen
werden, die Resonanzfrequenz des Rollenlageraufbaus
aus den gemessenen Schwingungen bestimmt wird sowie
die Lagersteifigkeit aus der Resonanzfrequenz und
die Vorspannung aus der Lagersteifigkeit bestimmt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungen während der Drehbewegung gemessen
werden und die Vorspannung aus der Lagersteifigkeit
sowie dem Berührungswinkel der Rollelemente bestimmt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Drehens der einen Ringanordnung die
andere Ringanordnung nicht drehbar festgehalten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Ringanordnungen relativ zueinander
gedreht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz der Drehungen der Rollelemente aus
den Schwingungen bestimmt wird, und daß der Kontaktwinkel
aus der Frequenz der Drehungen der Rollelemente
und der Frequenz der Drehungen der Ringanordnung
bzw. der sich drehenden Ringanordnung bestimmt
wird.
5. Vorrichtung zum Messen einer Vorspannung eines Rollenlageraufbaus
mit einer äußeren Ringanordnung mit
einer äußeren Laufbahn, einer inneren Ringanordnung
mit einer inneren Laufbahn und einer Anzahl von Rollelementen
zwischen den beiden Laufbahnen, wobei ein
Schwingungsmeßelement (34) und ein Frequenzwandler
(39) zum Bestimmen der Resonanzfrequenz des Rollenlageraufbaus
aus einem Meßsignal des
Schwingungsmeßelementes sowie eine Computereinrichtung
(40, 41) zum Bestimmen der Vorspannung des Rollenlageraufbaus
vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Computereinrichtung (40, 41) die Lagersteifigkeit
aus der Resonanzfrequenz und die Vorspannung
aus der Lagersteifigkeit und dem Berührungswinkel
der Rollelemente bestimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (24; 17) zum Festhalten der einen
Ringanordnung und eine Einrichtung (15, 16, 17;
26, 29, 32) zum Antreiben der anderen Ringanordnung
vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (15, 16, 17, 24; 19, 26, 27,
29, 32) zum Verdrehen der beiden Ringanordnungen
relativ zueinander vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Frequenzwandler (39) mit einer Einrichtung
zum Bestimmen der Drehfrequenz des Rollenlageraufbaus
bzw. der sich drehenden Ringanordnung, der Frequenz
der Drehungen der Rollelemente und der Resonanzfrequenz
des Rollenlageraufbaus aus den gemessenen
Schwingungen versehen ist, und daß die Computereinrichtung
(40, 41) mit einer Einrichtung zum
Bestimmen des Kontaktwinkels aus der Drehfrequenz
des Rollenlageraufbaus und der Frequenz der Drehungen
der Rollelemente, zum Bestimmen der Lagersteifigkeit
aus der Resonanzfrequenz und zum Bestimmen
der Vorspannung aus der Lagersteifigkeit und dem
Kontaktwinkel versehen ist.
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