DE102008018777A1

DE102008018777A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Kippsteifigkeit eines Lagers und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102008018777A1
Application number: DE200810018777
Authority: DE
Inventors: Hermann Reichelt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur besonders präzisen Bestimmung der Kippsteifigkeit (K) eines mit zwei gegeneinander verdrehbaren Lagerteilen (10, 11) versehenen Lagers (2), insbesondere Wälzlager, wird angegeben. Danach umfasst die Vorrichtung (1) eine Einspanneinrichtung (4) zur Fixierung eines Lagerteils (10). Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Hebeleinrichtung (6), die zum Aufbringen eines Kippmoments (M) an dem anderen Lagerteil (11) befestigbar ist. Dabei ist die Hebeleinrichtung (6) derart ausgebildet, dass sie bei eingespanntem Lager (2) auf dieses durch ihr Eigengewicht kein Kippmoment (M) ausübt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kippsteifigkeit eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung und das Verfahren sind insbesondere zur Bestimmung der Kippsteifigkeit von Radlagereinheiten für Kraftfahrzeuge bestimmt.
Hintergrund der Erfindung
Ein Lager umfasst allgemein zwei um eine Lagerachse gegeneinander verdrehbare Lagerteile. Bei einem Wälzlager sind diese Lagerteile meist durch einen Innenring und einen Außenring gebildet, zwischen denen Wälzkörper in Form von Kugeln, Rollen oder dergleichen umlaufen.
Ein in einer Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeug eingesetztes Wälzlager wird im Betrieb durch vielfältige Belastungen beansprucht. Beispielsweise übt eine an einem Fahrzeugreifen angreifende Querkraft auf das Wälzlager ein Kippmoment aus, wodurch dessen Innen- und Außenring gegeneinander um einen gewissen Winkel verkippt werden.
Gegen eine solche Verkippung leistet das Wälzlager einen Widerstand, welcher im Folgenden als Kippsteifigkeit des Wälzlagers bezeichnet wird. Die Kippsteifigkeit kann alternativ wie folgt definiert werden:

1. Momentensteifigkeit im Lastpunkt (Tangentensteifigkeit): Kippsteifigkeit C_M = Delta Moment dM/Delta Verkippungswinkel dφ
2. Linearisierte Momentensteifigkeit (Sekantensteifigkeit): Linearisierte Kippsteifigkeit C_ML = Moment M/Verkippungswinkel φ

Die Kippsteifigkeit eines Wälzlagers wird regelmäßig bei der Herstellung im Rahmen einer Qualitätskontrolle bestimmt. Herkömmlicherweise erfolgt diese Bestimmung mittels einer Vorrichtung, in welcher das Wälzlager durch eine Kraft mit einem definierten Kippmoment beaufschlagt wird. Die resultierende Verkippung des Wälzlagers wird dabei häufig über ein Achsenpotentiometer bestimmt.
Bei einer üblichen Vorrichtung zur Bestimmung der Kippsteifigkeit ist eine Grundplatte zur Fixierung eines Lagerteils, insbesondere des Innenrings, vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen an dem anderen Lagerteil befestigbaren Hebel, über den eine das Kippmoment bewirkende Kraft eingeleitet wird. Üblicherweise ist dieser Hebel als einseitiger Hebelarm ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche für eine besonders präzise Bestimmung der Kippsteifigkeit eines Lagers, insbesondere Wälzlagers, geeignet ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein zum Betrieb einer solchen Vorrichtung besonders geeignetes Verfahren anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Vorrichtung umfasst danach eine Einspanneinrichtung zur Fixierung eines Lagerteils. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Hebeleinrichtung, die zum Aufbringen eines Kippmoments an dem anderen Lagerteil befestigbar ist. Dabei ist die Hebeleinrichtung derart ausgebildet, dass bei eingespanntem Lager – insbesondere in einem Ausgangszustand, in dem keine zusätzliche Kraft auf die Hebeleinrichtung ausgeübt wird – durch das Eigengewicht der Hebeleinrichtung – zumindest näherungsweise – kein Kippmoment auf das Lager wirkt.
Bezüglich des mittels der Vorrichtung durchzuführenden Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 14. Danach wird ein Lagerteil des zu prüfenden Lagers in der Einspanneinrichtung fixiert und die Hebeleinrichtung an dem anderen Lagerteil befestigt. Über eine auf die Hebeleinrichtung angreifende Kraft wird das Lager zu Prüfzwecken mit einem Kippmoment beaufschlagt. Die Kraft oder – äquivalenterweise – das Kippmoment sowie eine aufgrund dieses Kippmoments resultierende Verkippung des Lagers werden gemessen. Anhand der Verkippung und des Kippmoments wird schließlich die Kippsteifigkeit des Lagers bestimmt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei herkömmlichen Prüfvorrichtungen das Lager oft bereits durch das bloße Einspannen in die Vorrichtung schon in gewissem Umfang belastet wird. Insbesondere wird oft schon durch das Eigengewicht von Bestandteilen der Prüfvorrichtung ein gewisses Kippmoment auf das Lager ausgeübt. Erkanntermaßen führt dieser Effekt zu Messfehlern bei der Bestimmung der Kippsteifigkeit.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird das zu Prüfzwecken angelegte Kippmoment dagegen nicht durch ein verfälschendes Eigenmoment der Hebeleinrichtung überlagert. Hierdurch wird eine besonders präzise Bestimmung der Kippsteifigkeit erreicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Kompensation des Eigenmomentes der Hebeleinrichtung dadurch erreicht, dass ein als Bestandteil der Hebeleinrichtung vorgesehener Hebel derart auf dem Lager befestigbar ist, dass er von dem Lager radial symmetrisch absteht. Der Hebel ist dabei in besonders einfacher Ausführung nach Art eines zweiarmigen Hebels ausgebildet. Auch eine drei- oder mehrzählige Radialsymmetrie des Hebels, insbesondere eine stern- oder scheibenförmige Hebelgeometrie, sind möglich. Alternativ hierzu ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich aber auch denkbar, ein Eigenmoment der Hebeleinrichtung durch Entlastungsmittel wie Federn oder Gegengewichte zu kompensieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Hebeleinrichtung nicht nur momentfrei auf dem Lager fixierbar, sondern darüber hinaus auch in axialer Kraftrichtung entlastet, so dass die Hebeleinrichtung im Ausgangszustand aufgrund ihres Eigengewichts zumindest näherungsweise keine Kraft auf das Lager ausübt. Die Hebeleinrichtung korrespondiert hierzu bevorzugt mit einer Entlastungseinrichtung. Die Entlastungseinrichtung umfasst in zweckmäßiger Ausführung eine Gegenmasse, die kraftmäßig derart mit der Hebeleinrichtung gekoppelt ist, dass sie deren Gewicht kompensiert.
Alternativ oder zusätzlich kann die Entlastungseinrichtung auch durch Federn oder einen (insbesondere geregelten) Hubantrieb gebildet sein. Durch die axiale Entlastung der Hebeleinrichtung wird zum Einen die Messgenauigkeit der Vorrichtung weiter verbessert. Zum Anderen erleichtert die Entlastung der Hebeleinrichtung aber auch das Einspannen des Lagers, insbesondere die Montage der Hebeleinrichtung am Lager.
Bevorzugt ist die Einspannvorrichtung derart ausgebildet, dass das Lager im Ausgangszustand mit seiner Lagerachse im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Durch diese Anordnung wird das Lager auch aufgrund seines Eigengewichts im eingespannten Zustand keinem Moment ausgesetzt.
Zweckmäßigerweise umfasst die Hebeleinrichtung neben einem Hebel eine Adapterplatte zur Befestigung des Hebels an dem zugeordneten Lagerteil, insbesondere dem Außenring des Lagers. In bevorzugter Ausbildung ist die Hebeleinrichtung derart ausgebildet, dass der Hebel im Ausgangszustand mit seiner Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur Lagerachse – insbesondere waagrecht – ausgerichtet ist.
Bevorzugt ist ein Hebel der Hebeleinrichtung mit mindestens einem Kugelgelenk zur punktuellen Einleitung einer Kraft versehen. Durch die Krafteinleitung über ein Kugelgelenk wird zum Einen eine punktuelle, und damit bezüglich ihrer Position sehr exakte, Krafteinleitung erreicht. Zum Anderen wird durch die Krafteinleitung über das Kugelgelenk erreicht, dass unter Auslenkung des Hebels der wirksame Hebelarm stets gleich lang bleibt. Bevorzugt ist dieses Kugelgelenk in radialer Richtung entlang des Hebels verschiebbar, sodass der wirksame Hebelarm beliebig wählbar ist.
Zweckmäßigerweise ist hierbei ein Hebel der Hebeleinrichtung mit zwei bezüglich seiner Mittelachse symmetrisch angeordneten Kugelgelenken versehen. Hierdurch ist der Hebel wiederum, insbesondere bezüglich seiner Masse, symmetrisch ausgebildet. Außerdem kann hierdurch die Kraft vorteilhaft erweise auf zwei gegenüberliegenden Seiten in den Hebel eingeleitet werden.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung mit einem Laseraufnehmer zur Bestimmung einer Verkippung des Lagers versehen, wodurch eine vergleichsweise exakte Messung der Verkippung realisiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst hierbei die Hebeleinrichtung neben einem Hebel einen starr mit diesem gekoppelten Ausleger, an welchem ein für den Laseraufnehmer erfassbarer Sensorpunkt gebildet ist. Insbesondere ragt der Sensorpunkt in den Aufnahmebereich des Laseraufnehmers, sodass der Laseraufnehmer die Position des Sensorpunktes bzw. des Auslegers erfasst. Dabei ist aus der Position des Sensorpunktes die Verkippung des Lagers bestimmbar. Insbesondere ist der Sensorpunkt hierbei als ein Reflektor oder dergleichen gebildet. Optional ist der Sensorpunkt auch durch die Oberfläche des Auslegers selbst gebildet.
Bevorzugt ist der Laseraufnehmer als Abstandssensor ausgebildet, welcher den Abstand zu dem Sensorpunkt bestimmt. Aus der Änderung dieses Abstands wird dabei die Verkippung des Wälzlagers bestimmt.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Stempel, welcher zur Krafteinleitung gegen den Hebel vorschiebbar ist.
Zur automatischen Bestimmung der Kippsteifigkeit umfasst die Vorrichtung zweckmäßigerweise eine Auswerteeinheit. Diese Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, die auf die Hebeleinrichtung aufgebrachte Kraft (oder äquivalenterweise das hierdurch verursachte Kippmoment) sowie die Verkippung der Hebeleinrichtung aufzuzeichnen und daraus die Kippsteifigkeit des Lagers zu bestimmen. In bevorzugter Ausbildung ist die Auswerteeinheit gleichzeitig als Steuereinheit zur Steuerung der Krafteinleitung in die Hebeleinrichtung ausgebildet. Die Steuer- und Auswerteeinheit steuert in dieser Ausführung au tomatisch einen Antrieb an, welcher den Stempel zur Krafteinleitung gegen den Hebel bewegt. Die Auswerteeinheit bzw. Steuer- und Auswerteeinheit ist insbesondere durch einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Auswertungssoftware bzw. Steuer- und Auswertungssoftware gebildet.
In vorteilhafter Ausführung des Verfahrens werden mehrere Messpunkte in Form einer Messreihe aufgezeichnet. Jeder Messpunkt ist hierbei durch einen Kraftwert und einen zugeordneten Verkippungswert gekennzeichnet. Die Messreihe enthält eine vorgegebene Anzahl solcher Messpunkte, wobei diese Messpunkte einen sukzessiven steigenden Kraftwert aufweisen. Anstelle des Kraftwerts können die Messpunkte äquivalenterweise auch einen Momentwert enthalten. Anstelle eines Verkippungswerts kann jeder Messpunkt äquivalenterweise auch einen Wert für den Abstand zum Sensorpunkt, oder für den von dem Sensorpunkt bei der Verkippung der Hebeleinrichtung zurückgelegten Weg enthalten. Eine solche Messreihe wird in diesem Sinne nachfolgend auch als Kraft-Weg-Kurve bezeichnet.
Anhand der Kraft-Weg-Kurve wird verfahrensgemäß die Kippsteifigkeit bestimmt. Durch Betrachtung der Kraft-Weg-Kurve wird optional auch das Verhalten des Lagers bei steigender Belastung aufgezeigt. Beispielsweise kann gegebenenfalls ein anomales „Abknicken” der Kurve festgestellt werden.
Bevorzugt wird hierbei die zur Erzeugung des Kippmoments aufgebrachte Kraft kontinuierlich stetig steigend – also nicht sprungweise in den Hebel eingeleitet. Hierdurch werden unerwünschte Einflüsse, wie sie beispielsweise durch das Lagerspiel oder eine Neuausrichtung der Wälzkörper im Laufe der Messreihe entstehen, weitestgehend eliminiert. Insbesondere wird zur Krafteinleitung ein Stempel mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit, vorzugsweise von < 10 mm/min, kontinuierlich gegen den Hebel vorgeschoben. Durch den langsamen, konstanten Vorschub wird vorteilhafterweise eine quasi-statische Belastung des Lagers erreicht.
Zweckmäßigerweise wird die Aufnahme der Messpunkte durch den Kraftwert getriggert. Es wird also die Aufzeichnung eines Messpunktes jeweils dann ausgelöst, wenn die auf die Hebeleinrichtung wirkende Kraft (bzw. das auf die Hebeleinrichtung wirkende Moment) einen vorgegebenen Kraftsollwert (bzw. Momentsollwert) erreicht. Bei der Aufnahme einer Messreihe wird eine hinterlegte Liste solcher Kraftsollwerte (bzw. Momentsollwerte) abgearbeitet. Aufgrund der festgelegten Kraftsollwerte wird eine besonders hohe Vergleichbarkeit von verschiedenen Messreihen erzielt, da jede Messreihe Messpunkte zu den gleichen Kraftwerten aufweist. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, die Schrittweite der Messungen an einen jeweiligen Messbereich anzupassen. Beispielsweise werden bei Kraftwerten kleiner 0,5 kN die Messpunkte mit einer Schrittweite von 0,05 kN aufgezeichnet, wohingegen sie bei Kraftwerten größer 0,5 kN mit einer größeren Schrittweite aufgezeichnet werden.
Bevorzugt werden hierbei mehrere Messreihen mit Messpunkten zu identischen Kraftwerten aufgezeichnet, wobei die einzelnen Messreihen messpunktweise arithmetisch gemittelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden mehrere Messreihen aufgezeichnet, wobei das Wälzlager zwischen je zwei Messreihen um 180° in einer identischen Drehrichtung verdreht wird. Bei einer solchen Drehung des Wälzlagers werden Wälzkörper des Wälzlagers, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring laufen, auch, insbesondere um maximal 90°, verschoben. Durch die Neuausrichtung der Wälzkörper werden Einflüsse, die sich durch die Orientierung der Wälzkörper ergeben, bei unterschiedlichen Messungen jeweils verändert. Insbesondere bei einer Mittelung mehrerer, insbesondere vier, solcher Messungen wird ein vergleichsweise verlässlicher Wert für die Kippsteifigkeit bestimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in teilweise geschnittener Darstellung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kippsteifigkeit eines Wälzlagers,
2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit zur automatischen Bestimmung der Kippsteifigkeit.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Kippsteifigkeit K (2) eines Wälzlagers 2 einer Radlagereinheit 3, welche hier zu Prüfzwecken in die Vorrichtung 1 eingebracht ist. Das Wälzlager 2 befindet sich somit in einem Prüfzustand. In der Vorrichtung 1 wird das Wälzlager 2 mit einem Kippmoment M beaufschlagt. Eine daraus resultierende Verkippung α des Wälzlagers 2 wird bestimmt, und schließlich anhand des Kippmoments M und der Verkippung α die Kippsteifigkeit K des Wälzlagers 2 ermittelt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine im Wesentlichen ringförmige Grundplatte 4, welche auf einer horizontal ausgerichteten – nur schematisch angedeuteten – Bodenplatte 5 starr fixiert ist. Die Grundplatte 4 dient als Einspanneinrichtung für das Wälzlager 2, bzw. die Radlagereinheit 3. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Hebeleinrichtung 6. Diese Hebeleinrichtung 6 umfasst einen im Wesentlichen stabförmigen Hebel 7, an welchem auf seiner im Prüfzustand dem Wälzlager 2 zugewandten, länglichen Unterseite 8, in etwa mittig eine im Wesentlichen ringförmige Adapterplatte 9 angebracht ist. Die Adapterplatte 9 dient zur Befestigung der Hebeleinrichtung 6 an dem Wälzlager 2.
Das Wälzlager 2 umfasst als Lagerteile einen Innenring 10 und einen Außenring 11, zwischen welchen in zwei Reihen mehrere Wälzkörper 12 laufen. Die Radlagereinheit 3 wiederum umfasst ein Achsstück 13, auf welchem das Wälzlager 2 mit seinem Innenring 10 sitzt.
Zu Prüfzwecken wird das Achsstück 13 an der Grundplatte 4 verschraubt, sodass die Wälzlagerachse 14 gegenüber der Bodenplatte 5 senkrecht ausgerichtet ist. Die Adapterplatte 9 wird an dem Außenring 11 des Wälzlagers 2 starr befestigt, sodass das Wälzlager 2 über den Hebel 7 mit dem Kippmoment M beaufschlagt werden kann.
Um das Kippmoment M zu erzeugen, wird der Hebel 7 durch einen Stempel 15 (2) einseitig mit einer senkrecht nach unten ausgerichteten Kraft F beaufschlagt. Diese Kraft F wird über einen an dem Stempel 15 befindlichen Kraftsensor 16 (2) erfasst. Zur Krafteinleitung presst der Stempel 15 auf eine an dem Hebel 7 angebrachte Kugel 17 eines aus der Kugel 17 und einer korrespondierenden Kugelschale 18 gebildeten Kugelgelenks 19. Die Position des Kugelgelenks 19 ist auf dem Hebel 7 in Radialrichtung frei wählbar. Dadurch kann die Kraft F in einem beliebigen Abstand R_dyn zur Wälzlagerachse 14 in den Hebel 7 eingeleitet werden. Der eingestellte Abstand R_dyn ist dabei insbesondere derart gewählt, dass er dem Radaufstand eines an der geprüften Radlagereinheit 3 anzubringenden Rades entspricht. Der Radaufstand beschreibt den Abstand vom Boden zur Wälzlagerachse beim am Fahrzeug angebrachten Rad. Durch das Kugelgelenk 19 wird die Kraft F punktuell in den Hebel 7 eingeleitet, sodass der Abstand R_dyn, und folglich auch das Kippmoment M, besonders exakt einstellbar sind. Insbe sondere ist hierdurch der Ort der Krafteinleitung unabhängig von der Kippstellung des Hebels 7.
Die Verkippung α, d. h. der Winkel, in welchem sich der Außenring 11 gegenüber dem Innenring 10, bzw. der Wälzlagerachse 14 aufgrund des angreifenden Kippmoments M neigt, wird anhand einer Wegmessung bestimmt. Hierzu umfasst die Hebeleinrichtung 6 einen an der Adapterplatte 9 befestigten, im Prüfzustand im Wesentlichen parallel zur Bodenplatte 5 ausgerichteten, ringförmigen Ausleger 20, an dessen der Bodenplatte 5 zugewandten Unterseite 21 ein Sensorpunkt P in Form eines Reflektors angebracht ist. Der Sensorpunkt P befindet sich im Prüfzustand in einer Entfernung R zur Wälzlagerachse 14 im Erfassungsbereich eines auf der Bodenplatte 5 befindlichen Laseraufnehmers 22. Mit diesem wird eine vertikale Verschiebung des Sensorpunkts P erfasst. Hierzu ist der Laser-Wegaufnehmer 22 als Abstandssensor ausgebildet, welcher den Abstand A des Sensorpunktes P zur Bodenplatte 5 misst. Aus zwei Abstandsmessungen wird dabei eine Abstandsänderung und hierüber der zurückgelegte Weg s des Sensorpunktes P bestimmt. Unter Berücksichtigung der Entfernung R des Sensorpunktes P zur Wälzlagerachse 14 wird anhand des Weges s die Verkippung α ermittelt.
Anhand des angelegten Kippmoments M und der ermittelten Verkippung α wird schließlich die Kippsteifigkeit K des Wälzlagers 2 bestimmt.
Durch die Ausgestaltung der Vorrichtung 1 wird erreicht, dass das Wälzlager 2 im Ausgangszustand – wenn das Wälzlager 2 bereits auf der Grundplatte 4 fixiert und die Hebeleinrichtung 6 an dem Außenring 11 angebracht ist, die externe Kraft F aber noch nicht angelegt ist – zumindest weitestgehend lastfrei ist.
Hierzu ist zum Einen der Hebel 7 bezüglich seiner Mittelachse 23 symmetrisch ausgebildet. Im Prüfzustand ragt der Hebel 7 somit beidseitig symmet risch radial über das Wälzlager 2 hinaus. Hierdurch wird zumindest näherungsweise unterbunden, dass bereits der Hebel 7 aufgrund seines Eigengewichts ein Kippmoment M auf das Wälzlager 2 ausübt. Insbesondere ist die gesamte Hebeleinrichtung 6 bezüglich der Mittelachse 23 symmetrisch ausgebildet.
Zum Anderen umfasst die Vorrichtung 1 eine Entlastungseinrichtung 24. Die Entlastungseinrichtung 24 umfasst ein Gegengewicht der Masse M1, die der Masse M2 der Hebeleinrichtung 6 entspricht. Das Gegengewicht ist dabei über einen Seilzug 25 derart mit dem Hebel 7 verknüpft, dass die Gewichtskraft der Masse M1 die Gewichtskraft der Masse M2 gerade aufhebt. Hierdurch wird erreicht, dass das Wälzlager 2 zumindest im Ausgangszustand keiner nennenswerten Axialbelastung durch die Vorrichtung 1 ausgesetzt ist. Eine Radialbelastung des Wälzlagers 2 wird durch die vertikale Anordnung der Wälzlagerachse 14 ausgeschlossen.
In 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit zur automatischen Bestimmung der Kippsteifigkeit K schematisch dargestellt.
Die Ansteuer- und Auswerteeinheit ist hier als PC 26 (Personal Computer) ausgebildet, welcher eine Schnittstellenkarte 27 als Ein- und Ausgangsschnittstelle für analoge bzw. digitale Signale umfasst. Außerdem ist der PC 26 mit einer Software-Applikation SW versehen, welche zur automatischen Bestimmung der Kippsteifigkeit K ausgebildet ist.
Die Schnittstellenkarte 27 ist einerseits mit einem Antrieb 28 zum Vorschub des Stempels 15 gegen den Hebel 7 signaltechnisch gekoppelt. Dabei steuert die Software-Applikation SW über ein Ausgangssignal den Antrieb 28 derart an, dass sich der Stempel 15 mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit v auf das Kugelgelenk 19 des Hebels 7 zubewegt. Hierdurch resultiert eine stetig steigende Kraft F auf den Hebel 7. Die Vorschubge schwindigkeit v ist dabei insbesondere < 100 mm/min, wodurch das Wälzlager 2 einer quasi-statischen Belastung ausgesetzt wird. Die resultierende Kraft F wird von dem Kraftsensor 16 erfasst und als Eingangssignal über die Schnittstellenkarte 27 der Software-Applikation SW zu Auswertungszwecken zugeführt.
Als weiteres Eingangssignal wird über die Schnittstellenkarte 27 auch das Signal des Laseraufnehmers 22, nämlich der zurückgelegte Weg s des Sensorpunkts P, der Software-Applikation SW zugeführt. Hieraus wird die Verkippung α bestimmt.
Die Software-Applikation SW ist derart ausgebildet, dass bei Erreichen eines bestimmten Kraftsollwerts der Kraft F ein Messpunkt getriggert wird, d. h. ein Messpunkt in einem Kraft-Weg-Diagramm 29 aufgezeichnet wird. Dabei werden die Messpunkte innerhalb einer Messreihe 30 – in welcher einmal die Kraft F von 0 kN bis 5 kN gesteigert wird – bei einer Kraft F unterhalb von 0,5 kN mit einer Schrittweite von 0,05 kN aufgezeichnet, wohingegen sie bei einer Kraft F oberhalb von 0,5 kN mit einer größeren Schrittweite aufgezeichnet werden. Aus dem resultierenden Kraft-Weg-Diagramm 29 wird schließlich von der Software-Applikation SW – unter Berücksichtigung des Abstands R_dyn – die Kippsteifigkeit K des Wälzlagers 2 bestimmt und ausgegeben.
Um hierbei einen Einfluss der Wälzkörperausrichtung im Wälzlager 2 auf die Bestimmung der Kippsteifigkeit K weitestgehend auszuschließen, werden mehrere Messreihen 30 aufgezeichnet, wobei der Hebel 7 zwischen je zwei Messreihen 30 – optional automatisch oder manuell – um 180° jeweils in einer identischen Drehrichtung um seine Mittelachse 23 gedreht wird. Hierdurch orientieren sich die Wälzkörper 12 im Inneren des Wälzlagers 2 um maximal 90° um.
Mindestens zwei, bevorzugt vier, solche Messreihen 30 werden aufgenommen und schließlich messpunktweise arithmetisch gemittelt, um eine vergleichsweise zuverlässige Bestimmung der Kippsteifigkeit K des Wälzlagers 2 zu erlangen.

1: Vorrichtung
2: Wälzlager
3: Radlagereinheit
4: Grundplatte
5: Bodenplatte
6: Hebeleinrichtung
7: Hebel
8: Unterseite
9: Adapterplatte
10: Innenring
11: Außenring
12: Wälzkörper
13: Achsstück
14: Wälzlagerachse
15: Stempel
16: Kraftsensor
17: Kugel
18: Kugelschale
19: Kugelgelenk
20: Ausleger
21: Unterseite
22: Laser-Wegaufnehmer
23: Mittelachse
24: Entlastungseinrichtung
25: Seilzug
26: PC
27: Schnittstellenkarte
28: Antrieb
29: Kraft-Weg-Diagramm
30: Messreihe
A: Abstand
F: Kraft
K: Kippsteifigkeit
M: Kippmoment
M1: Masse
M2: Masse
P: Sensorpunkt
R: Entfernung
Rdyn: Abstand
s: Weg
SW: Software-Applikation
v: Vorschubgeschwindigkeit
α: Verkippung

Claims

Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Kippsteifigkeit (K) eines mit zwei gegeneinander verdrehbaren Lagerteilen (10, 11) versehenen Lagers (2), – mit einer Einspanneinrichtung (4) zur Fixierung eines Lagerteils (10), – sowie mit einer Hebeleinrichtung (6), die zum Aufbringen eines Kippmoments (M) an dem anderen Lagerteil (11) befestigbar ist, wobei die Hebeleinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie bei eingespanntem Lager (2) auf dieses durch ihr Eigengewicht kein Kippmoment (M) ausübt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Hebeleinrichtung (6) einen bei eingespanntem Lager (2) radial symmetrisch von diesem abstehenden Hebel (7) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hebeleinrichtung (6) derart entlastet ist, dass sie bei eingespanntem Lager (2) durch ihr Eigengewicht keine Krafteinwirkung auf das Lager (2) ausübt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einspanneinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass sie das Lager (2) in eingespanntem Zustand mit vertikal ausgerichteter Lagerachse (14) fixiert.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hebeleinrichtung (6) einen Hebel (7) sowie eine Adapterplatte (9) zur mittelbaren Befestigung des Hebels (7) an dem korrespondierenden Lagerteil (11) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hebeleinrichtung (6) einen Hebel (7) umfasst, der bei eingespanntem Lager (2) im Wesentlichen senkrecht zur Lagerachse (14) ausgerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hebeleinrichtung (6) einen Hebel (7) sowie mindestens ein radial exzentrisch auf dem Hebel (7) aufliegendes Kugelgelenk (19) zur punktuellen Einleitung einer Kraft (F) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei das Kugelgelenk (19) in radialer Richtung entlang des Hebels (7) verschiebbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Hebel (7) Laseraufnehmer (22) zur Bestimmung einer Verkippung (α) des Lagers (2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Hebeleinrichtung (6) einen starr mit einer Hebel (7) gekoppelten Ausleger (20) umfasst, an welchem ein für den Laseraufnehmer (22) erfassbarer Sensorpunkt (P) gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Laseraufnehmer (22) als Abstandssensor zur Bestimmung des Abstands eines Sensorpunktes (P) zu dem Laseraufnehmer (22) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Stempel (15), welcher zur Krafteinleitung gegen den Hebel (7) vorschiebbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Auswerteeinheit (26), die dazu ausgebildet ist, automatisch eine auf die Hebeleinrichtung (6) wirkende Kraft (F) sowie eine durch diese bei eingespanntem Lager (2) bewirkte Verkippung (α) der Hebeleinrichtung (6) aufzuzeichnen, und hieraus die Kippsteifigkeit (K) des Lagers (2) zu bestimmen.
Verfahren zur Bestimmung der Kippsteifigkeit (K) eines zwei gegeneinander um eine Lagerachse (14) verdrehbare Lagerteile (10, 11) umfassenden Lagers (2) mittels einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, – wobei das eine Lagerteil (10) in der Einspanneinrichtung (4) fixiert wird, – wobei die Hebeleinrichtung (6) an dem anderen Lagerteil (11) befestigt wird, sodass kein Kippmoment (M) auf das Lager (2) ausgeübt wird, – wobei die Hebeleinrichtung (6) zur Ausübung eines Kippmoments (M) mit einer bezüglich der Lagerachse (14) exzentrisch angreifenden Kraft (F) beaufschlagt wird, – wobei eine hieraus resultierende Verkippung (α) der Lagerteile (10, 11) bestimmt wird, – und wobei anhand des Kippmoments (M) und der Verkippung (α) die Kippsteifigkeit (K) des Lagers (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, in dem mehrere Messpunkte mit jeweils steigendem Kraftwert und jeweils zugeordnetem Verkippungswert als Messreihe (30) aufgezeichnet werden, wobei die Kippsteifigkeit (K) anhand dieser Messreihe (30) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Kraft (F) kontinuierlich stetig steigend in die Hebeleinrichtung (6) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zur Krafteinleitung ein Stempel (15) mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit (v), insbesondere von etwa 10 mm/min, kontinuierlich gegen die Hebeleinrichtung (6) vorgeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei ein Messpunkt immer dann aufgezeichnet wird, wenn die erfasste Kraft (F) einen vorgegebenen Kraftsollwert erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei mehrere Messreihen (30) mit Messpunkten zu identischen Kraftsollwerten aufge zeichnet werden, wobei jeweils diejenigen Messpunkte der verschiedenen Messreihen (30) mit einander entsprechenden Kraftwerten gemittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei mehrere Messreihen (30) aufgezeichnet werden, und wobei das Lager (2) zwischen je zwei Messreihen (30) um 180° in einer identischen Drehrichtung verdreht wird.