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Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenztrennungs-
Drehmomentprüfer zur Bestimmung der Qualität eines
Lagers, insbesondere einen
Frequenztrennungs-Drehmomentprüfer, der die Fähigkeit hat, die Hauptursache für die
Änderung eines gemessenen Drehmoments zu beurteilen.
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Bislang wurde die Drehmomentmessung als eine mögliche
Maßnahme zur Ermittlung der Qualität eines Lagers
durchgeführt. Bei diesem bekannten Verfahren wird, da
ein äußerer Laufring und ein innerer Laufring eines
Lagers relativ zu einander gedreht werden, ein von dem
einen Laufring auf den anderen übertragenes Drehmoment
als Belastung mittels eines Belastungsmeßgebers
gemessen. Dann werden die auf diese Weise gemessenen Werte
in einem Diagramm aufgetragen, wobei die Meßwerte in
zeitlicher Reihenfolge angeordnet werden, und
schließlich wird die Qualität des Lagers anhand von Maximal-,
Minimal-, und Mittelwerten der in dem Diagramm
aufgetragenen Meßwerte bewertet.
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Nachstehend werden Einzelheiten des bei diesem
bekannten Verfahren zur Ermittlung der Qualität eines Lagers
benutzten Mittels beschrieben. Fig. 6 ist eine
Explosionsdarstellung eines Teils des bekannten Mittels, bei
dem Lager in dieses Mittel als Prüflinge eingesetzt
werden. Fig. 7 stellt einen Querschnitt des Zustands
dar, in dem das Lager eingesetzt ist und ein Drehmoment
mittels eines Belastungsmeßgebers gemessen wird. Nach
Fig. 6 sind äußere Laufringe von Lagern 100 als
Prüflinge in einem zylindrischem Halterungsgehäuse 101
passend eingesetzt und darin gesichert, während ein mit
einem Gewinde versehener Paßzylinder 102, der dem
Innendurchmesser des Drehlagers angepaßt ist, in inneren
Lagerringen der Lager 100 passend eingesetzt ist. In
eine zentrale Bohrung 103 des mit einem Gewinde
versehenen Paßzylinders 102 wird eine Montageschraube 104
eingesetzt, wobei ein Gewindeabschnitt 105 der
Montageschraube 104 mit einem Gewindeloch 107 in der Mitte
eines Dreharms 106 in Eingriff gebracht wird, so daß der
Dreharm am Drehlager angebracht ist.
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Auf dem Drehlager mit, dem daran angebrachten Dreharm
106 ist eine an den Außendurchmesser des Drehlagers
angepaßte Klemmhülse 108 (siehe Fig. 7)im Paßsitz
angebracht und mit einem drehbaren Teil eines Motors 109
verbunden. In diesem Zustand wird der Motor 109 in
Drehung versetzt und eine von dem Dreharm 106 auf den
Belastungsmeßgeber 110 übertragene Last gemessen, wie es
in Fig. 7 dargestellt ist, wobei der Meßwert als das
Drehmoment des inneren Laufrings benutzt wird. Wie aus
dem in Fig. 8 dargestellten Blockschaltbild ersichtlich
ist, enthält ein Drehmomentprüfer zur Ermittlung der
Qualität der Lager in Abhängigkeit von dem auf diese
Weise gemessenen Drehmoment hauptsächlich einen
Motorregler 111 zur Regelung der Drehung des Motors 109,
einen Verstärker 112 zur Verstärkung eines
Drehmomentsignals, das vom Belastungsmeßgeber 110 abgegeben wird,
und einen Recorder 113 zur Aufzeichnung des
Drehmomentsignals zur Beurteilung des Drehlagers.
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Wenn bei dem so ausgebildeten System das Drehlager ein
ideales Drehlager ist, bei dem keine Reibung zwischen
dem äußeren Lagerring und Kugeln und keine Reibung
zwischen den Kugeln und dem inneren Lagerring auftritt,
dann ist das Drehmoment des inneren Laufrings 0, selbst
wenn der äußere Lagerring gedreht wird. In der Praxis
tritt jedoch eine solche Reibung auf, so daß der
Belastungsmeßgeber 110 die Belastung mißt und der
Drehmomentprüfer den Meßwert des Drehmoments an den Recorder
113 in Übereinstimmung mit der Drehzahl des äußeren
Lagerrings ausgibt. Fig. 9 stellt ein Beispiel von
Ausgangssignalen dar, die beim bekannten Stand der Technik
vom Drehmomentprüfer zum Recorder übertragen werden.
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung
des in Fig. 9 dargestellten Phänomens. Nach Fig. 10
sind die zeitlichen Änderungen des Drehmoments gewellte
Änderungen und Änderungen mit spitzem Verlauf,
beispielsweise aufgrund einer Abweichung von der Rundheit,
Drehzahlschwankung und
Oberflächenbearbeitungsgenauigkeit der Laufbahnoberflächen der Lager. Änderungen
aufgrund einer Abweichung von der Rundheit und einer
Drehzahlschwankung sind leichte wellenförmige Änderungen in
Abhängigkeit von der Zeit. Dagegen sind Änderungen
aufgrund einer Oberflächenbearbeitungsungenauigkeit der
Laufbahnen der Lager oder einer Delle oder von Staub,
der in das Lager eingedrungen ist, kurze spitze
Änderungen in Abhängigkeit von der Zeit. Natürlich sollte
im Hinblick auf die Qualität das Ausmaß solcher
Änderungen so klein wie möglich sein.
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Bei diesem herkömmlichen Drehmomentprüfer werden der
Maximalwert, der Minimalwert, der Maximalwert minus dem
Minimalwert und ein mittlerer Wert aus dem im Recorder
113 aufgezeichneten Drehmomentdiagramm ermittelt, und
die Qualität
des als Prüfling verwendeten Lagers wird
auf der Basis der so ermittelten Werte bewertet.
Genauer gesagt, wird bei dem in Fig. 10 dargestellten
herkömmlichen Verfahren ein oberer Grenzwert 1 und ein
unterer Grenzwert 1 für alle Daten eingestellt, und wenn
das gemessene Drehmoment diese Grenzwerte
überschreitet, wird der betreffende Prüfling als defekt
betrachtet. Obwohl bei diesem Verfahren ein Prüfling, bei dem
eine solche Spitze 1 in Fig. 10 auftritt, als defekt
beurteilt werden kann, kann ein Prüfling, bei dem eine
Spitze in dem zeitlichen Verlauf auftritt, die die
Grenzwerte nicht überschreitet, zum Beispiel die Spitze
2, nicht eindeutig anhand des fraglichen
Drehmomentdiagramms als defekt beurteilt werden, obwohl er defekt
ist.
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Die Erfindung ist gemacht worden, um die erwähnten
Nachteile des bekannten Standes der Technik zu
vermeiden, und es ist ein Ziel der Erfindung, einen
Frequenztrennungs-Drehmomentprüfer anzugeben, der
Drehmomentänderungen zwischen äußeren und inneren Laufringen eines
Lagers in eine spitze Änderungskomponente und eine
gewellte Änderungskomponente aufteilt, um eine genauere
Bewertung des Lagers durchzuführen.
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Um das erwähnte Ziel zu erreichen, werden bei dem
erfindungsgemäßen Drehmomentprüfer Ausgangssignale eines
Belastungsmeßgebers nach Frequenzbändern in ein
Drehmomentdiagramm, in dem nur gewellte Änderungen, die auf
einer Abweichung von der Rundheit oder einer
Drehzahlschwankung beruhen und in Abhängigkeit von der Zeit
gering sind, und in ein Drehmomentdiagramm aufgeteilt, in
dem nur spitze Änderungen aufgezeichnet sind, die auf
einer Bearbeitungsungenauigkeit der Laufringoberflächen
des Lagers oder einer Delle oder Staub im Lager beruhen
und zeitlich kurz sind.
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Genauer gesagt, enthält ein erfindungsgemäßer
Frequenztrennungs-Drehmomentprüfer, bei dem ein äußerer
Laufring und ein innerer Laufring eines Kugellagers
relativ zueinander gedreht und die Qualität des
Kugellagers anhand des Maßes der Übertragung eines auf den
einen Laufring ausgeübten Drehmoments auf den anderen
Laufring bewertet wird, eine Antriebsquelle zur
Ausübung eines Drehmoments auf den äußeren oder den
inneren Laufring des als Prüfling dienenden Kugellagers, so
daß der Laufring gedreht wird; einen Drehmomentfühler
zum Messen eines durch die Ausübung des Drehmoments auf
den einen Laufring auf den anderen Laufring
übertragenen Drehmoments; Filter zum Aufteilen des
Frequenzbandes eines Ausgangssignals des Drehmomentfühlers in
mehrere gewünschte Bänder und Bewertungsmittel zum
Bewerten der Qualität des Kugellagers anhand der
Drehmomentfühlerausgangssignale in den so aufgeteilten
Frequenzbändern. Der Drehmomentprüfer zeichnet sich ferner
dadurch aus, daß der Drehmomentfühler ein
Belastungsmeßgeber ist. Ferner wird die Frequenzkomponente des
Drehmomentfühlerausgangssignals in zwei Komponenten
aufgeteilt, und zwar mittels eines Hochpaßfilters zur
Abtrennung einer spitzen Änderungskomponente, die auf
einer Bearbeitungsungenauigkeit der Laufringoberflächen
des Kugellagers oder einer Delle oder Staub im Lager
beruht und die zeitlich kurz ist, und eines
Tiefpaßfilters zur Abtrennung einer leicht gewellten
Änderungskomponente, die auf einer Abweichung von der Rundheit
der Laufringoberflächen des Kugellagers oder einer
Drehzahlschwankung beruht, und bei dem die Qualität des
Kugellagers anhand der Ausgangssignale beider Filter
bewertet wird. Ein weiteres Merkmal der Erfindung
besteht
darin, daß der gesamte Frequenzkomponentenbereich
des Drehmomentfühlerausgangssignals aufgeteilt wird,
und zwar mittels eines Hochpaßfilters, eines
Bandpaßfilters und eines Tiefpaßfilters zur Bewertung der
Qualität des Kugellagers anhand der
Drehmomentfühlerausgangssignale, die die Filter durchlaufen haben, die
jeweils nur einen Frequenzbereich, der eine gewünschte
Eigenschaft des Kugellagers darstellt, aus dem gesamten
Frequenzkomponentenbereich abtrennen, ohne von der
erwähnten Einschränkung auf jene Zweiteilung durch die
Tief- und Hochpaßfilter Gebrauch zu machen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der
Drehmomentprüfer mit einem Datenprozessor zur
Ermittlung der Maximal- und Minimalwerte der gemessenen
Drehmomentwerte, der Differenz von beiden und eines
Mittelwertes versehen, wobei der Datenprozessor diese
Werte dann mit voreingestellten Werten vergleicht und
Mittel zum Feststellen, daß die gemessenen
Drehmomentewerte Schwellwerte überschritten haben, aufweist und
den Prüfling dann als defekt beurteilt.
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In den Zeichnungen stellen dar:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Niederfrequenz-
Kennliniendiagramm,
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Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-
Kennliniendiagramm,
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Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Kennliniendiagramm eines
gemessenen Drehmoments,
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Fig. 5 ein weiteres erfindungsgemäßes
Kennliniendiagramm eines gemessenen Drehmoments,
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Fig. 6 eine Explosionsdarstellung eines Teils eines
herkömmlichen bekannten Bewertungsmittels,
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Fig. 7 eine Schnittansicht eines Zustands, in dem das
Lager eingesetzt ist und ein Drehmoment durch
einen Belastungsmeßgeber gemessen wird,
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Fig. 8 ein Blockschaltbild des Standes der Technik,
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Fig. 9 ein Kennliniendiagramm eines gemessenen
Drehmoments des Standes der Technik und
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Fig. 10 ein weiteres Kennliniendiagramm eines
gemessenen Drehmoments des Standes der Technik.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlicher
beschrieben. Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild eines
erfindungsgemäßen Frequenztrennungs-Drehmomentprüfers
dar. Wie Fig. 1 zeigt, sind bei diesem Drehmomentprüfer
ein Tiefpaßfilter (nachstehend einfach als "TPF"
bezeichnet) 1 und ein Hochpaßfilter (nachstehend als
"HPF" bezeichnet) 2 parallel an einem Ausgangsanschluß
eines Belastungsmeßgebers 110 angeschlossen, um ein
Drehmomentausgangssignal in Nieder- und
Hochfrequenzkomponenten aufzuteilen, die dann jeweils durch einen
Verstärker 3 und 4 verstärkt werden, wobei die
Ausgangssignale der Verstärker jeweils in Recordern 5 und
6 aufgezeichnet oder die Ausgangssignale der Recorder 5
und 6 auf einer (nicht dargestellten) Anzeigeeinheit
angezeigt werden. Die Bedienungsperson bewertet die Lager
nach dem Auslesen der im Recorder aufgezeichneten
Daten oder durch Betrachtung der auf der Anzeigeeinheit
dargestellten Kurven. In Fig. 1 sind diejenigen
Bauteile, die den bekannten gleichen, mit den gleichen
Bezugszahlen versehen. Sie werden daher nicht erläutert.
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Zur Ermittlung von Maximal- und Minimalwerten der
Drehmomentausgangswerte sowie des Maximalwertes minus
dem Minimalwert und des Mittelwertes werden
Datenprozessoren 7 und 8 mit einer numerischen
Datenverarbeitungsfunktion verwendet. Die Datenprozessoren 7 und 8
erhalten jeweils die Ausgangssignale der Verstärker 3
und 4 und verarbeiten diese und bewirken dann, daß das
Ergebnis der Gut-Schlecht-Beurteilung der Testprobe
(des Prüflings) automatisch auf der Basis des
Vergleichs mit einem voreingestellten Maximalwert minus
Minimalwert aufgezeichnet oder angezeigt wird. Durch
diese Aufzeichnung des Ausgangssignals des
Belastungsmeßgebers 110 nach der Frequenztrennung bei
entsprechend ausgewählten Grenzfrequenzen des TPF 1 und des
HPF 2 hinsichtlich des Ausgangssignals des
herkömmlichen Drehmomentprüfers, das in Fig. 9 dargestellt ist,
wird das das TPF 1 durchlaufende Ausgangssignal nur
bezüglich einer gewellten oder wellenförmigen Änderung
aufgezeichnet, die durch eine Abweichung von der
Rundheit oder eine Drehzahlschwankung bewirkt wird und
geringfügig in Abhängigkeit von der Zeit ist, wie es in
Fig. 2 dargestellt ist, und das das HPF 2 durchlaufende
Ausgangssignal bezüglich einer spitzen Änderung
aufgezeichnet, das auf einer Bearbeitungsungenauigkeit der
Laufringoberflächen des betreffenden Lagers oder einer
Delle oder Staub im Lager beruht und zeitlich kurz ist,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
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Mithin ist es nicht nur möglich, die Faktoren der
Ursache von Drehmomentänderungen zu klassifizieren und
separat zu bewerten, sondern es kann auch die Spitze 2
nach Fig. 9, bei der der herkömmliche zuvor erwähnte
Drehmomentprüfer eine falsche Beurteilung abgeben kann,
anhand von Fig. 3 eindeutig als defekt beurteilt
werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die Filter 1 und 2 am Ausgangsanschluß des
Belastungsmeßgebers 110 angeschlossen, auf den dann
eine Verstärkung der Ausgangssignale dieser Filter folgt.
Alternativ kann das Ausgangssignal des
Belastungsmeßgebers 110 jedoch zuerst verstärkt und dann durch die
Filter 1 und 2 in die gewünschten Frequenzkomponenten
getrennt werden.
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Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel das
Ausgangssignal des Belastungsmeßgebers durch das Tief- und das
Hochpaßfilter in zwei Frequenzbänder getrennt wird, ist
es auch möglich, das Hochpaßfilter durch eine Vielzahl
von Bandpaßfilter zu ersetzen, um eine weitere Trennung
vorzunehmen und detailliertere Daten dahingehend
aufzuzeichnen, ob spitze Änderungen, die zeitlich kurz sind,
auf einer Bearbeitungsungenauigkeit der
Laufringoberflächen des Lagers als Prüfling basieren oder einer
Delle oder Staub im Lager zuzuschreiben sind. In
ähnlicher Weise kann auch das Niederfrequenzband mittels
mehrerer Bandpaßfilter, soweit erforderlich, getrennt
und aufgezeichnet werden.
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Die Fig. 4 und 5 stellen Beispiele von Messungen an
Drehlagern als Prüflinge dar. Das in Fig. 4
dargestellte Beispiel betrifft ein Drehlager, bei dem relativ
kleine Drehmomentänderungen auftreten, während das in
Fig. 5 dargestellte Beispiel ein Drehlager betrifft,
das Laufringoberflächen mit rauher oder, grober Bearbeitungsgenauigkeit
aufweist. Die Drehzahl des Motors im
Drehmomentprüfers ist auf 30 Umdrehungen pro Minute
eingestellt, und auf der Ordinatenachse sind 100 mv pro
Koordinatenlinie und auf der Absissenachse 500 ms pro
Koordinatenlinie bei allen Drehmomentdiagrammen
aufgetragen, wobei 100 mV einem Drehmoment von 0,1 cmg
entsprechen.
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In beiden Fig. 4 und 5 stellt (a) mit dem
herkömmlichen Drehmomentprüfer ermittelte Meßwerte, (b) Daten,
die ermittelt wurden, nachdem das Ausgangssignal des
Belastungsmeßgebers durch ein TPF mit einer
Grenzfrequenz von 5 Hz durchlaufen hatte und anschließend
verstärkt wurde, und (c) Daten dar, die ermittelt wurden,
nachdem das Ausgangssignal des Belastungsmeßgebers ein
HPF mit einer Grenzfrequenz von 7,23 Hz durchlaufen
hatte und anschließend verstärkt wurde. Wie sich aus
diesen Figuren ergibt, können die mittels des
erfindungsgemäßen Drehmomentprüfers ermittelten Meßdaten in
klassifizierter Weise als solche bewertet werden, bei
denen die Drehmomentänderung auf einer Abweichung von
der Rundheit oder einer Drehzahlschwankung und solche,
die auf einer Bearbeitungsungenauigkeit der
Laufringflächen und so weiter beruhen. Der erfindungsgemäße
Drehmomentprüfer ermöglicht daher eine genauere
Bewertung oder Beurteilung der Qualität des Lagers als der
herkömmliche Drehmomentprüfer. Wie bereits erwähnt
wurde, dient der erfindungsgemäße Frequenztrennungs-
Drehmomentsprüfer zur Bewertung der Qualität eines
Kugellagers durch Drehung äußerer und innerer Laufringe
des Lagers relativ zueinander und Bewertung der
Qualität des Kugellagers anhand des Maßes der Übertragung
eines auf den einen Laufring ausgeübten Drehmoments auf
den anderen Laufring, und er enthält eine
Antriebsquelle zur Ausübung eines Drehmoments auf den äußeren oder
den inneren Laufring des als Prüfling dienenden
Kugellagers, so daß der Laufring gedreht wird, einen
Drehmomentfühler zu messen eines durch die Ausübung des
Drehmoments auf den einen Laufring auf den anderen
Laufring übertragenen Drehmoments, Filter zum Aufteilen
oder Trennen des Frequenzbandes eines Ausgangssignals
des Drehmomentfühlers in mehrere gewünschte Bänder und
Bewertungsmittel zum Bewerten der Qualität des
Kugellagers anhand der Drehmomentfühler-Ausgangssignale in den
so aufgeteilten Frequenzbändern. Bei diesem Aufbau kann
die Qualität des Lagers für jeden Faktor, der eine
Drehmomentänderung bewirkt, anhand eines
Drehmomentdiagramms bewertet werden, das durch die Messung ermittelt
wird. Daher ist die Untersuchung der Fehlerursache
einfach, und es ist möglich, die Qualität eines Lagers im
Vergleich zu herkömmlichen Drehmomentprüfern dieser Art
genauer zu bewerten.