WO2007006261A1 - Verfahren zum kalibrieren einer sensorik eines messlagers für eine lagerinstallation - Google Patents

Verfahren zum kalibrieren einer sensorik eines messlagers für eine lagerinstallation Download PDF

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Jens Heim
Peter Niebling
Gottfried Ruoff
Darius Dlugai
Christian Mock
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Schaeffler Kg
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a sensor system of at least one measuring bearing for a warehouse installation, with which individual measured values of an individual storage installation are compared with representative reference values of a reference installation.
  • Calibration is an activity for determining the relationship between the output values of a measuring device or a measuring device or the values represented by a material measure or a reference material and the associated values of a measured variable determined by standards under specified conditions.
  • DE 199 37 203 A1 provides for the calibration of a measuring bearing during installation.
  • a sensor system of strain gauges should determine load components of the bearing based on stresses from the rolling contact. The goal is to calibrate the bearing as realistically as possible. Therefore, it is also intended to perform the bearing calibration of the bearing with a preload in the installation.
  • the influencing variables to be measured on the bearing are, for example:
  • Such influencing variables are always superimposed by disturbance variables in real individual installation.
  • Disturbance variables are, for example, also the ones which can also be assigned to the group of the aforementioned influencing variables.
  • these disturbance variables have a disadvantageous effect on the result of the calibration process, that is also on the measured values, since these can falsify the measurement result.
  • Measured values are variables resulting from the influences, such as voltages from overlaps.
  • the reference values created for the measured values are standard values, which are determined on the basis of a representative group of individual values.
  • the reference values have the same physical unit as the concrete measured values.
  • the bearing defined in the installation is rotated and thus taken into account relatively accurately during the adjustment of the dead weight of the structure to be stored. For example, the influence of interference fits from the bearing seat is not included in the reference value.
  • the object of the invention is therefore to provide an easy-to-implement method for calibrating the sensor technology of a measuring bearing, in which the influencing variables on measured values of the bearing during calibration are taken into account as realistically as possible.
  • the invention provides a method for calibrating a sensor system of at least one measuring bearing for a storage installation, in which individual measured values of an individual storage installation are calibrated with representative reference values of a reference installation prior to the installation of the measuring bearing. It is essential that the installation conditions are simulated on the not yet built into the machine, the transmission or the like bearing and then the sensor is calibrated.
  • Rolling bearings where the measuring effect is influenced by the overlapping of the inner and / or outer ring with the corresponding bearing seat, are calibrated before installation in the bearing seat.
  • Overlaps are the intended differences in diameter with which an interference fit is produced on the bearing seat. These overlaps result in stresses in the bearing ring. These voltages are superimposed or distorted on the built-in bearing u. U. the voltages from the rolling contact. If, during operation of the bearing, for example with a sensor system made of strain gauges, the stresses from the rolling contact are to be determined, the influences of the interference fit during calibration are taken into account according to the characteristics of the method according to the invention.
  • the interference fit is simulated by means of a mandrel.
  • the interference fit is simulated, for example by means of a collet or a clamping ring.
  • the method according to the invention makes it possible to produce pre-calibrated measuring bearings, measuring bearing systems and bearing units, even at the bearing manufacturer.
  • the individual cost-intensive calibration and also checking the functionality of the bearing on the assembly line at the customer can be omitted. It is possible to have clear assignments of responsibilities e.g. with a view to possible warranties between customer and supplier.
  • the individual influencing variables are normally within a tolerance range.
  • the permissible tolerance field is determined on the basis of necessary production and assembly-related tolerances. For example, if the manufacturer of the measuring bearings does not have concrete bearing installation values, such as the inner diameter of the housing seat or the outer diameter of the shaft seat for the measuring bearing, then the manufacturer of the measuring bearing will deliberately produce classes of calibrated bearings. First of all, the tolerance field between the permissible maximum and minimum values is divided into a defined number of groups. Then the proportion of influencing variables that can be determined on the bearing to be calibrated is determined. Afterwards, an installation is simulated at the warehouse, taking into account one of the groups, and the bearing is calibrated. The bearing is sorted into a class of calibrated measuring bearings related to the respective group. Before installing the measuring warehouse into the concrete installation, the concrete value of the installation is determined, assigned to the corresponding group and then sorted out of the corresponding class by means of the group of measuring bearings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorik wenigstens eines Messlagers für eine Lagerinstallation, mit dem individuelle Messwerte einer individuellen Lagerinstallation mit repräsentativen Referenzwerten einer Referenzinstallation abgeglichen werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorik eines Messlagers für eine Lagerinstallation
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorik wenigs- tens eines Messlagers für eine Lagerinstallation, mit dem individuelle Messwerte einer individuellen Lagerinstallation mit repräsentativen Referenzwerten einer Referenzinstallation abgeglichen werden.
Hintergrund der Erfindung
Kalibrieren ist eine Tätigkeit zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen den ausgegebenen Werten eines Messgerätes oder einer Messeinrichtung oder den von einer Maßverkörperung oder von einem Referenzmaterial dar- gestellten Werten und den zugehörigen, durch Normale festgelegten Werten einer Messgröße unter vorgegebenen Bedingungen.
DE 199 37 203 A1 sieht das Kalibrieren eines Messlagers im Einbau vor. In dem konkreten Fall, soll eine Sensorik aus Dehnmessstreifen Lastkomponenten des Lagers anhand von Spannungen aus dem Wälzkontakt ermitteln. Es wird angestrebt, das Lager möglichst realitätsnah zu kalibrieren. Deshalb ist auch vorgesehen das Lager die Kalibrierung des Lagers mit einer Vorlast im Einbau vorzunehmen.
Zur Bestimmung der Referenzwerte wird eine Vergleichsinstallation/Referenzinstallation mit definierten einzelnen Einflussgrößen geschaffen. Die zu messenden Einflussgrößen auf das Lager sind beispielsweise:
- die Überdeckung in Presssitzen aus Durchmesserdifferenzen im Lagersitz,
- Temperaturen,
- Spannungen aus Belastungen,
- Spannungen aus Hertzscher Pressung im Wälzkontakt,
- Schwingungen,
- Maßabweichungen innerhalb der zulässigen Fertigungstoleranzen.
Derartige Einflussgrößen sind im realen individuellen Einbau immer von Störgrößen überlagert. Störgrößen sind zum Beispiel auch die, die auch der Gruppe der zuvor genannten Einflussgrößen zuzuordnen sind. Diese Störgrößen wirken sich beim Kalibrieren nachteilig auf das Resultat des Kalibriervorganges, das heißt auch auf die Messwerte aus, da diese das Messergebnis verfälschen können.
Messwerte sind aus den Einflüssen resultierende Größen, wie Spannungen aus Überdeckungen. Die zu den Messwerten geschaffenen Referenzwerte sind Normwerte, die anhand einer repräsentativen Gruppe von Einzelwerten ermittelt werden. Die Referenzwerte weisen die gleiche physikalische Einheit auf, wie die konkreten Messwerte.
Im Verfahren nach DE 199 37 203 A1 wird zwar eine Vorlast aufgebracht, das Lager definiert in der Installation gedreht und somit beim Abgleich das Eigengewicht der zu lagernden Konstruktion relativ genau berücksichtigt. Der Einfluss der Presspassungen aus dem Lagersitz beispielsweise ist im Referenzwert jedoch nicht erfasst.
Es gibt weitere Störgrößen auf eine Installation, die sich nicht oder nur mit viel Aufwand an einer Vergleichsinstallation nachvollziehen lassen. Dies sind insbesondere Einflüsse aus der Umgebungskonstruktion, die im Verhalten und in der Struktur Schwankungen unterliegen. Derartige Einflüsse sind zum Beispiel Schwankungen der Dicke von Material oder Fehler im Material. Derartige Einflüsse können zum Beispiel das Schwingungsverhalten oder die Übertragung von Schwingungen nachhaltig beeinflussen. Weitere Störeinflüsse sind Schwingungen aus Montage- und anderen Fertigungseinrichtungen in der Nähe des zu kalibrierenden Lagers. Die Einflüsse verfälschen die Ergebnisse u.U. stark. Das kann zur Fehlbewertung von Messergebnissen führen.
Das Kalibrieren jedes einzelnen Lagers in der Installation ist relativ aufwändig und wie schon erwähnt gegen Störeinflüsse anfällig. Teilweise ist das Kalibrieren aufgrund von Unzugänglichkeit des verbauten Lagers nur schwer oder gar nicht möglich. Hersteller von Fahrzeugen verzichten deshalb noch häufig auf die Verwendung von Messlagern beispielsweise in Fahrzeuggetrieben. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfach zu realisierendes Verfahren zum Kalibrieren der Sensorik eines Messlagers zu schaffen, bei dem die Einflussgrößen auf Messwerte des Lagers beim Kalibrieren möglichst realitätsnah berücksichtigt werden.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorik wenigstens eines Messlagers für eine Lagerinstallation vor, bei dem individuelle Mess- werte einer individuellen Lagerinstallation mit repräsentativen Referenzwerten einer Referenzinstallation vor der Installation des Messlagers kalibriert werden. Wesentlich dabei ist, dass die Einbauverhältnisse an dem noch nicht in die Maschine, das Getriebe oder ähnliches verbauten Lager simuliert werden und dann die Sensorik kalibriert wird.
So werden mit dem Verfahren Wälzlager, bei denen der Messeffekt durch die Überdeckung des Innen- und oder Außenringes mit dem entsprechenden Lagersitz beeinflusst wird, vor dem Einbau in den/auf den Lagersitz kalibriert.
Überdeckungen sind die beabsichtigten Durchmesserdifferenzen, mit denen am Lagersitz ein Presssitz erzeugt wird. Diese Überdeckungen resultieren in Spannungen im Lagerring. Diese Spannungen überlagern oder verfälschen am eingebauten Lager u. U. die Spannungen aus dem Wälzkontakt. Wenn bei Betrieb des Lagers, beispielsweise mit einer Sensorik aus Dehnmess- streifen, die Spannungen aus dem Wälzkontakt ermittelt werden sollen, werden nach den Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Einflüsse der Presspassung beim Kalibrieren berücksichtigt.
An Innenringen wird die Presspassung mittels eines Spanndornes simuliert. An Außenringen wird die Presspassung z.B. mittels einer Spannzange oder eines Spannringes simuliert. Zunächst wird dazu der individuelle also konkrete Durchmesser des Lagerringes gemessen. Weitere Einflüsse der Lager- installation, wie beispielsweise der Durchmesser der Gehäusebohrung oder des Wellensitzes, werden gemessen. Danach wird der Einbau außerhalb der tatsächlichen Lagerinstallation mit geeigneten Hilfsmitteln simuliert und die Sensorik kalibriert.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, vorkalibrierte Messlager, Messlagersysteme und Lagereinheiten, auch schon beim Lagerhersteller, herzustellen. Das individuelle kostenintensive Kalibrieren und auch das Prüfen der Funktionsfähigkeit des Lagers am Montageband beim Kunden kann entfallen. Es ist möglich klare Zuordnungen der Verantwortlichkeiten z.B. mit Sicht auf eventuelle Gewährleistungen zwischen Kunde und Lieferant zu definieren.
Die individuellen Einflussgrößen liegen im Normalfall innerhalb eines ToIe- ranzfeldes. Das zulässige Toleranzfeld wird anhand notwendiger fertigungs- und montagebedingter Toleranzen bestimmt. Fehlen zum Beispiel beim Hersteller der Messlager konkrete Werte der Lagerinstallation, wie der Innendurchmesser des Gehäusesitzes oder der Außendurchmesser des Wellensitzes für das Messlager, so werden vom Hersteller des Messlager gezielt Klassen von kalibrierten Lagern hergestellt. Zunächst wird das zwischen zulässigem Größt- und Kleinstwert gelegene Toleranzfeld eine definierte Anzahl von Gruppen aufgeteilt. Dann wird der Anteil der Einflussgrößen, die an dem zu kalibrierenden Lager ermittelt werden können, ermittelt. Im An- schuss wird dann an dem Lager unter Berücksichtigung einer der Gruppen eine Installation simuliert und das Lager kalibriert. Das Lager wird so einer auf die jeweilige Gruppe bezogenen Klasse kalibrierter Messlager zusortiert. Vor der Montage des Messlagers in die konkrete Installation wird dann der konkrete Wert der Installation ermittelt, der entsprechenden Gruppe zugeordnet und dann anhand der Gruppe Messlager aus der entsprechenden Klasse zusortiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorik wenigstens eines Messlagers für eine Lagerinstallation, mit dem individuelle Messwerte einer individuellen Lagerinstallation mit repräsentativen Referenzwerten einer Referenzinstallation abgeglichen werden, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Messlager vor der Installation kalibriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass vor dem Einbau des Messlagers zunächst die Einflüsse der konkreten individuellen Lagerinstallation ermittelt werden, in die das Messlager nach dem Kalibrieren installiert wird,
- dass dann die zuvor ermittelten Einflüsse am nicht installierten Lager simuliert und dabei der Messwert ermittelt wird,
dass schließlich die Sensorik mittels des zuvor ermittelten Messwertes und des Referenzwertes kalibriert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einflüsse Durchmesserdifferenzen in der Lagerinstallation sind, die in einer Presspassung resultieren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserdifferenzen innerhalb eines Toleranzfeldes liegen, welches durch zulässige größte und zulässige kleinste Durchmesserdifferenzen innerhalb der Lagerinstallation festgelegt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu- nächst die konkreten und den Presssitz beeinflussenden Durchmesser der Lagerinstallation ermittelt werden, dann anhand der ermittelten Durchmesser der Lagerinstallation und des Lagers die Durchmesserdifferenzen berechnet werden und dass dann an dem Messlager vor dem Einbau der aus den Durchmesserdifferenzen ermittelte Presssitz simuliert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messwerte Spannungen gemessen werden, wobei die Spannungen aus den Durchmesserdifferenzen resultierende mechanische Spannungen sind und dass die Spannungen mit Referenzspannungen abgeglichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungen aus einer Referenzpresspassung resultieren und wobei die Referenzpresspassung die größtmögliche Menge
Presspassungen aus innerhalb des Toleranzfeldes liegender Durchmesserdifferenzen repräsentiert.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik wenigstens eine Dehnmesssensorik aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Merkmale: das Toleranzfeld wird in mindestens zwei Gruppen von Teiltoleranzfeldern unterteilt,
- für jede der Gruppen wird ein Gruppenreferenzwert festgelegt, wobei der jeweilige Gruppenreferenzwert die messbaren Einflüsse auf eine Lagerinstallation repräsentiert, welche der jeweiligen Gruppe zugeordnet ist,
- vor dem Einbau des Messlagers werden zunächst die Einflüsse aus der konkreten individuellen Lagerinstallation ermittelt, in die das Messlager nach dem Kalibrieren installiert werden soll,
- anhand des zuvor ermittelten konkreten Einflüsse aus der individuellen Lagerinstallation des Messlagers wird dann das Messlager einer der Gruppen zugeordnet,
vor Installation des Messlagers werden die konkreten Ein- flüsse am Messlager simuliert und der Messwert ermittelt, welcher die individuelle Lagerinstallation des Messlagers betrifft,
schließlich wird die Sensorik mit dem Gruppenreferenzwert der Gruppe abgeglichen, dem die individuelle Lagerinstallation des Messlagers zugeordnet ist.
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