DE19923997C2 - Ultraschall-Detektionsverfahren und Ultraschalldefektdetektionsvorrichtung für Lagerringe - Google Patents
Ultraschall-Detektionsverfahren und Ultraschalldefektdetektionsvorrichtung für LagerringeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-Detektionsverfahren und eine Ultra
schalldefektdetektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentan
spruchs 1 bzw. nach Patentanspruch 6.
Verfahren und Vorrichtung sind beispielsweise für einen Lagerring oder Tragering eines
Rollenlagers mit zugespitzten Rollen und ein Rollenlager mit zylindrischen Rollen, wie
insbesondere eines Walzenzapfenlagers für Stahl, auf das eine große Belastung ausge
übt wird, geeignet.
Konvensionellerweise wird als Ultraschall-Detektionsverfahren ein Normalstrahlverfah
ren verwendet, nach welchem während des Herstellungsverfahrens eines Stahlprodukts
für einen Lagerring das gewalzte Stahlprodukt innerhalb von Wasser oder auf einem
Ständer plaziert wird und eine Ultraschallwelle von der äußeren peripheren Oberfläche
zum inneren Teil des Stahlprodukts gesandt wird, um somit den Defekt des Lagerringes
zu detektieren, siehe Special Steel, volume 46, Nr. 6, Seite 31, herausgegeben von
Special Steel Club Co.
Weiterhin wurde als Ultraschall-Detektionsverfahren zum Detektieren eines Defekts in
oder auf der Oberfläche eines Rollenelements, wie einer Kugel, einer Rolle oder derglei
chen, in vielen Fällen ein Verfahren angewandt, in welchem eine Ultraschallwelle mit
einer Frequenz im Bereich von 15 MHz bis 50 MHz zum Rollenelement gesendet wird,
um einen mikroskopischen Defekt zu erkennen.
Das vorher erwähnte konventionelle Ultraschalldetektionsver
fahren für ein Stahlprodukt für einen Lagerring wurde jedoch
hauptsächlich entwickelt, um eine Gasblase im Stahlprodukt
oder einen Defekt, wie einen nicht gepreßten Teil oder der
gleichen des Stahlprodukts im Walzverfahren zu erkennen, aber
es wurde nicht entwickelt, um einen mikroskopischen Defekt in
der Nähe der Oberfläche des Stahlprodukts oder ein großes
nicht metallisches dazwischenliegendes Material von ungefähr
einigen 100 µm innerhalb des Stahlprodukts zu erkennen.
Das kommt daher, da die tote Zone gerade unterhalb der Ober
fläche des Stahlprodukts zur Zeit der Durchführung der Ultra
schalldetektion groß ist, da die Oberfläche des Stahlpro
dukts, die dem Walzverfahren unterworfen wurde und so gelas
sen wurde, wie sie rauh ist. Weiterhin ist es, da eine
Biegung, Torsion oder dergleichen im Stahlprodukt vorhanden
ist, schwierig, die Distanz zwischen dem Stahlprodukt und dem
Meßkopf konstant zu halten, und es ist insbesondere unmög
lich, einen mikroskopischen Defekt in der Nähe der Oberfläche
des Stahlproduktes zu detektieren. Weiterhin kann im Falle
des Detektierens eines Defektes innerhalb des Stahlprodukts
mit einem großen Durchmesser, der 100 mm übersteigt, da es
notwendig ist, die Detektionsfrequenz auf eine niedrige Fre
quenz einzustellen, um eine Verschlechterung der Empfindlich
keit durch die Dämpfung der Ultraschallwelle zu verhindern,
nur ein Defekt von ungefähr einigen Millimetern detektiert
werden.
Das Ultraschalldetektionsverfahren, das für die Prüfung eines
Walzelements verwendet wird, wurde hauptsächlich entwickelt,
um effizient einen Sprung oder einen mikroskopischen Oberflä
chendefekt des Walzelements zu detektieren. Eine solche Auf
gabe dieses Ultraschalldetektionsverfahrens wird verständlich
aus der Tatsache, daß eine sehr hohe Frequenz im Bereich von
15 MHz bis 50 MHz, die einen mikroskopischen Defekt erkennen
kann, in diesem Verfahren verwendet wurde.
Gemäß der aktuellen technischen Entwicklung wurde es bei
spielsweise möglich, ein mikroskopisches, nicht metallisches
dazwischenliegendes Material von ungefähr 0,01 mm (10 µm) un
ter Verwendung der Ultraschallwelle mit einer hohen Frequenz
(beispielsweise 50 MHz bis 150 MHz) zu erkennen. Wenn die
Frequenz jedoch erhöht wird, so wird der Dämpfungsgrad der
Ultraschallwelle innerhalb des Stahlprodukts größer (der
Dämpfungsgrad der Ultraschallwelle wird weiterhin größer,
wenn der Grad der Rauhigkeit der Oberfläche des Stahlprodukts
größer wird), so daß die Defektdetektion nur im Bereich von
der Oberfläche des Stahlprodukts zu einer Position von bei
spielsweise ungefähr 3 mm unterhalb der Oberfläche durchge
führt werden. Somit wurde es unmöglich, ein Produkt, wie ei
nen Lagerring wirksam zu inspizieren, wobei es da erforder
lich ist, daß dieser auf einen Defekt in seinem inneren Teil
inspiziert wird.
Die Gesamtmenge des nicht metallischen dazwischenliegenden
Materials, das im Stahlprodukt enthalten ist, das für einen
Lagerring verwendet wird, wurde durch die aktuelle Verbesse
rung der Stahlherstellungstechnik vermindert. Insbesondere
ist die Erzeugungshäufigkeit eines Defekts, wie beispielswei
se eines Makrostreifendefekts oder dergleichen, wobei es sich
hier um ein typisches Beispiel eines großen nicht metalli
schen dazwischenligenden Materials handelt, vermindert wor
den. Ein solcher Defekt, wie ein Makrostreifendefekt oder
dergleichen, verbleibt jedoch manchmal innerhalb eines Stahl
produkts, und so hat es einen Fall gegeben, bei dem ein vor
zeitiges Brechen des Lagers durch den Makrostreifendefekt
oder dergleichen aufgetreten ist. Somit ist es wünschenswert,
ein Verfahren für das wirksame Detektieren eines Defektes,
wie eines Makrostreifendefekts oder dergleichen, der inner
halb eines Stahlprodukts verbleibt, im Vorhinein zu liefern,
um die Zuverlässigkeit eines Lagers zu verbessern.
Beispielsweise tritt, da ein Lager, wie ein Stahlrollenlager
oder dergleichen, mit einer sehr hohen Belastung beansprucht
wird, die maximale Scherbeanspruchung innerhalb eines Stahlprodukts
in einem Bereich von der Position nahe dessen Oberfläche bis zu einer tiefen
Position mehrere Millimeter von dieser Oberfläche entfernt auf. Somit ist es notwendig,
nicht nur einen Defekt gerade unterhalb der Oberfläche des Stahlproduktes zu erken
nen, sondern auch einen Defekt in einer tieferen Position innerhalb des Stahlprodukts.
Ein Beispiel eines Verfahrens für das Detektieren der Verteilung eines relativ kleinen
nichtmetallischen dazwischenliegenden Materials innerhalb eines Stahlmaterials ist in
der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Hei.9-257761 beschrieben. Bei
diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, alle Stahlprodukte zu untersuchen, da die
Detektion nach dem Einstellen der Oberflächenrauhigkeit einer Probe des Stahlprodukts
durch ein Schleifglättungsverfahren durchgeführt wird.
Aus dem Artikel von J. und H. Krautkrämer: "Werkstoffprüfung mit Ultraschall", 5. Aufl.
1986, Seiten 349-356 und 518-519 ist ein Ultraschall-Detektionsverfahren mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Dabei wird ein Impul
sechoverfahren für Lagerschalen offenbart, die in zwei Hälften geteilt sein können. Die
Prüfung erfolgt beispielsweise im Tauchtechnikverfahren, wobei die Lagerschalen auf
eine Drehvorrichtung gebracht und kontinuierlich oder schrittweise axial durch Prüfköpfe
abgetastet werden. Die Frequenzen betragen bis zu 5 MHz, wobei allerdings nichts über
transversale oder longitudinale Wellen oder über eine entsprechende Änderung des
Einfallswinkels ausgesagt ist.
Es wird nach dieser Druckschrift darauf hingewiesen, dass für kleine oder offene Anrisse
die Amplitudenmethode mit 35° bis 45° Transversalwellen verwendet werden kann und
dass bei tieferen Anrissen Randwellen verwendet werden können. Die Transversalwel
len können beim Winkelverfahren im Bereich von 35° bis 45° verwendet werden.
EP 0193924 A2 zeigt eine Inspektionsvorrichtung für elektrische Maschinen mit zwei
Detektoreinheiten. Jeder Detektor weist eine Rechtwinkelsonde und eine Schrägsonde
auf. Die Rechtwinkelsonden emittieren longitudinale Wellen und die Schrägsonden
transversale Wellen. Die longitudinalen Wellen werden von einer Innenwand eines Ban
des reflektiert und die transversalen Wellen konvergieren auf der Innenseite des Bandes
und werden zu einer weiteren Detektoreinheit reflektiert.
DE 38 08 473 C1 offenbart eine Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung langer Bautei
le, insbesondere von Wellen, mit einem Prüfkopf, der in axialer Richtung einer Welle
verstellbar ist. Zur Verstellung dienen Halter und Verlängerungselemente, die mit einer
Führungsstange verbunden sind, die mit einem Antriebsrad in Eingriff ist. Dies wird von
einem Schrittmotor angetrieben.
Im Hinblick auf den oben genannten Artikel von J. und H. Krautkrämer liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Detektionsverfahren und eine Ultraschall
detektionsvorrichtung für einen Lagerring zu liefern, die genau Defekte im gesamten
Querschnitt von der Oberfläche bis zum Inneren des Lagerringes detektieren kann, wo
bei der Defekt insbesondere ein metallisches Material innerhalb des Lagerringes sein
kann, um dann gegebenenfalls zu gewährleisten, dass im Lager kein Defekt vorhanden
ist.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und
vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.
Erfindungsgemäß kann es als vorteilhaft betrachtet werden, wenn ein fokussierender
Meßkopf der eine strenge Richtwirkung aufweist, als Ultraschallmeßkopf verwendet
wird.
Um in einfacher Weise bei einem Lager mit zugespitzten Rollen, bei denen es schwierig
ist, den Meßkopf in dichten Kontakt mit der Umlaufebene des Ringes zu bringen, sowie
bei einem Lager mit abgeschrägten Rollen, die Ultraschalldetektion in relativ kurzer Zeit
durchführen zu können, wird das Verfahren in einem Ultraschallwellenübertragungsme
dium durchgeführt, das es in relativ kurzer Zeit ermöglicht, wirksam einen Defekt im La
gerring zu detektieren.
Als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung wird der Lager
ring so überprüft, dass kein Defekt in einem Bereich von Oberfläche bis zu einer Positi
on tiefer als die Position der maximalen Scherbelastung des Lagerringes vorliegt, unab
hängig von der Größe des Lagerringes, so dass ein Fehlen eines inneren Defekts des
Lagers gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin als vorteilhaft zu betrachten, wenn die Kristallkorngrö
ße des Lagerrings nach einer Thermofixierungsverarbeitung auf Nr. 8 (Austenitkorngrö
ße) oder mehr festgesetzt ist, um dessen Struktur zu stabilisieren. Dabei können sowohl
das Winkelstrahlverfahren als auch das Normalstrahlverfahren als Ultraschalldetektions
verfahren verwendet werden.
Die thermische Bearbeitung des Lagers während dessen Herstellungsverfahren kann in
unterschiedlicher Weise verlaufen. Da sich der Grad der Dämpfung der Ultraschallwel
len in Abhängigkeit von der Art der Metallstruktur ändert (siehe: "Ultrasonic Detection
Test A": herausgegeben von der Japaneses society for Nondestructive Testing (Co.)
Seite 158, ist es vorteilhaft, für die Detektion die am besten geeignete Metallstruktur für
den Lagerring zu verwenden.
Obwohl der Lagerring mehreren Werbebehandlungen während seines Herstellungsver
fahrens unterworfen wurde, wird bei einem Verfahren, in welchem ein Lagerstahl auf
eine hohe Temperatur von 1200° erhitzt und dann dem vorangehenden Verfahren un
terworfen wurde, durch ein Selbstkühlungsverfahren oder ein Gebläsekühlungsverfah
ren gekühlt. In diesem Fall kann die Metallstruktur des Lagerrings in ihrer strukturellen
Konfiguration so variieren, dass ein Teil des Lagerrings durch die Perlitstruktur und der
verbleibende Teil durch die Martensit-Struktur ausgebildet wird.
Wenn der Lagerring der Karbonisierungs- oder Karbonitrierungsverarbeitung unterzogen
wird, so wird anschließend wie in der vorher erwähnten Weise ein Selbstkühlungsver
fahren oder ein Gebläsekühlungsverfahren nach dem Karbonisierungs- oder Karbonitrie
rungsverfahren durchgeführt. In diesem Fall ist die Metallstruktur des Lagerrings gleich
förmig, verglichen mit der des Lagerstahls, und der karbonisierte
Stahl hat einen Karbondichtegradient von seiner Ober
fläche zu seinem inneren Teil, so daß der Lagerring im Ver
gleich mit dem Lagerstahl eine teilweise eindeutige struktu
relle Konfiguration, insbesondere eine geschichtete Struktur,
aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Detektion
mit einem Lagerring durchgeführt, der solche unterschiedlichen
strukturellen Konfigurationen aufweist, wobei
die Dämpfung der Ultraschallwelle durch die unterschied
lichen strukturellen Konfigurationen teilweise groß wird, und
es dabei schwierig ist, den gesamten Quer
schnitt eines solchen Lagerringes, der eine Dicke aufweist,
die 10 mm übersteigt, zu detektieren.
Weiterhin werden, da der Lagerring große Kristallkörner oder
Duplexkörner aus großen und kleinen Kristallkörnern enthält,
sogenannte baumförmige Echos (ein Zustand, in dem Störungen
unregelmäßig in einer Baumform nahe einem Defektsignal er
scheinen, so daß der Signal-Rausch-Abstand des Defektsignals
schlecht ist) in einer Art entstehen, daß die Ultraschallwel
le durch die Kristallkörner reflektiert wird und die reflek
tierte Welle als Echo wahrgenommen wird, so daß es schwierig
ist, die Defektechos von den baumförmigen Echos zu unter
scheiden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben als Ergebnis
von Forschung und Entwicklung herausgefunden, daß die. Konfi
guration der Metallstruktur, die am geeignetsten für die De
tektion des Lagerringes ist, die Martensit-Struktur ist, die
durch das Aussetzen eines Lagerringes dem Thermofixierungs
verarbeitung des Härtens- und Temperverfahrens oder der Ther
mofixierungsverarbeitung der Karbonisierungs- oder Karboni
trierungsverarbeitung und den Härtungs- und Temperverfahren
erzielt wird. Die Erfinder haben herausgefunden, daß in die
sem Fall der Grad der Dämpfung der Ultraschallwelle klein
ist, und daß die Defektechos weniger durch die baumförmigen
Echos beeinflußt werden.
Wenn die Frequenz der Ultraschallwelle 30 MHz überschreitet
und 50 MHz erreicht, so wird, sogar wenn der Lagerring, des
sen Struktur eingestellt wurde, verwendet wird, der Grad der
Dämpfung der Ultraschallwelle groß, und es wird schwierig,
den gesamten Querschnitt des Lagerringes zu detektieren.
Einige der Lager werden mit einer großen Belastung belastet,
und so werden deren Lagerringe durch das Rollen einer großen
Scherbelastung bis tief in ihre inneren Teile unterworfen.
Somit besteht die Notwendigkeit, zu detektieren, daß der La
gerring kein großes dazwischenliegendes Material enthält, im
Bereich von der Oberfläche bis zu dessen tiefem inneren Teil
als auch dem Teil nahe seiner Oberfläche.
Im Hinblick auf die vorher erwähnten Tatsachen wird in der
vorliegenden Erfindung die Ultraschalldetektion für der La
gerring durchgeführt, indem eine Frequenz verwendet wird, die
nicht höher als 30 MHz ist.
Weiterhin ist es, wenn die Frequenz nicht höher als 2 MHz
ist, obwohl der Dämpfungsgrad der Ultraschallwelle klein ist,
ziemlich schwierig, einen kleinen Defekt zu erkennen. Somit
sollte die Frequenz vorteilhafterweise 2 MHz nicht unter
schreiten.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung
zeigt, die für ein Ultraschalldetektionsverfahren für einen
Lagerring gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Teststück
zeigt, das mit einem künstlichen Defekt rechtwinklig zu einer
Detektionsrichtung (Umfangsrichtung) versehen wurde;
Fig. 3 ist eine Kurve, die das detektierte Ergebnis im Falle
des Durchführens der Ultraschalldetektion beim in Fig. 2 ge
zeigten Teststück zeigt;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Teststück
zeigt, das mit einem künstlichen Defekt parallel zur Detekti
onsrichtung (Umfangsrichtung) versehen wurde;
Fig. 5 ist eine Kurve, die das detektierte Ergebnis im Falle
des Durchführens der Ultraschalldetektion am in Fig. 4 ge
zeigten Teststück zeigt;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Teststück zeigt, das
mit einem Loch mit einem Durchmesser von 0,5 mm rechtwinklig
zu einer Detektionsrichtung (Umfangsrichtung) in einer vorbe
stimmten Tiefe von der Oberfläche des Stückes aus versehen
wurde;
Fig. 7 ist ein Kurve, die das detektierte Ergebnis im Falle
des Durchführens der Ultraschalldetektion mit dem in Fig. 6
gezeigten Teststück zeigt;
Fig. 8 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Stärke
eines Reflektionsechos und einer trennenden Distanz zwischen
dem Oberflächenecho und dem Defektecho zur Zeit der Durchfüh
rung der Detektion mit einem Einfallswinkel von 10° zeigt;
Fig. 9 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Stärke
eines Reflektionsechos und einer trennenden Distanz zwischen
dem Oberflächenecho und dem Defektecho zur Zeit der Durchfüh
rung der Detektion mit einem Einfallswinkel von 30° zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm für das Erläutern der Beziehung
zwischen einem Einfallswinkel und einem Brechungswinkel, wenn
der Einfallswinkel 30° überschreitet;
Fig. 11 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen Defektfi
guren und Ultraschallwellenfrequenzen in dem Fall zeigt, bei
dem das Ultraschalldetektionsverfahren für einen Lagerring
gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ausgeführt wurde;
Fig. 12 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Le
bensdauertestvorrichtung zeigt;
Fig. 13 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen den Le
bensdauerverminderungsraten und Ultraschallwellenfrequenzen
zeigt; und
Fig. 14 ist ein Diagramm, das einen äußeren Ring eines Rol
lenlagers mit abgeschrägten Rollen zeigt, wobei er in einer
Ebene abgewickelt wurde, für die Erläuterung, daß es schwie
rig ist, einen Defekt nur durch das Verwenden einer Oberflä
chenwelle zu detektieren, da der äußere Ring keine rechtwink
lige Form hat, wie bei einer zylindrischen Oberfläche, wenn
diese in einer Ebene abgewickelt wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Be
zug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung
zeigt, die für ein Ultraschalldetektionsverfahren für einen
Lagerring gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Fig. 2 ist eine perspektivische
Ansicht eines Teststückes, das mit einem künstlichen Defekt
rechtwinklig zur einer Detektionsrichtung (Umfangsrichtung)
versehen ist. Fig. 3 ist eine Kurve, die das Detektionser
gebnis in einem Fall der Durchführung der Ultraschalldetekti
on mit dem in Fig. 2 gezeigten Teststück zeigt. Fig. 4 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Teststück zeigt, das
mit einem künstlichen Defekt parallel zu einer Detektions
richtung (Umfangsrichtung) versehen wurde.
Fig. 5 ist eine Kurve, die das Detektionsergebnis im Falle
des Durchführens der Ultraschalldetektion am in Fig. 4 ge
zeigten Teststück zeigt. Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die
ein Teststück zeigt, das mit einem Loch mit einem Durchmesser
von 0,5 mm rechtwinklig zu einer Detektionsrichtung
(Umfangsrichtung) in einer vorbestimmten Tiefe von der Ober
fläche des Stückes aus versehen wurde.
Fig. 7 ist ein Kurve, die das Detektionsergebnis im Falle
des Durchführens der Ultraschalldetektion mit dem in Fig. 6
gezeigten Teststück zeigt. Fig. 8 ist eine Kurve, die die
Beziehung zwischen der Stärke eines Reflektionsechos und ei
ner trennenden Distanz zwischen dem Oberflächenecho und dem
Defektecho zur Zeit der Durchführung der Detektion mit einem
Einfallswinkel von 10° zeigt. Fig. 9 ist eine Kurve, die die
Beziehung zwischen der Stärke eines Reflektionsechos und ei
ner trennenden Distanz zwischen dem Oberflächenecho und dem
Defektecho zur Zeit der Durchführung der Detektion mit einem
Einfallswinkel von 30° zeigt. Fig. 10 ist ein Diagramm für
das Erläutern der Beziehung zwischen einem Einfallswinkel und
einem Brechungswinkel, wenn der Einfallswinkel 30° über
schreitet.
Es wird eine Ultraschalldetektionsvorrichtung erläutert.
In Fig. 1 bezeichnet eine Bezugszahl 1 einen Wassertank, in
welchem Wasser, das als Ultraschallwellenübertragungsmedium
dient, gespeichert ist. Der äußere Ring eines Rollenlagers
mit abgeschrägten Rollen ist als Lagerring 2 bezeichnet und
ist zusammen mit einem Ultraschallmeßkopf 3 innerhalb des
Wassertanks 1 in eingetauchtem Zustand angeordnet. Ein Foku
siermeßkopf, der eine strenge Richtwirkung hat und kaum durch
die Krümmung des Lagerringes 2 beeinflußt wird, wird als Ul
traschallmeßkopf 3 verwendet.
Der Lagerring 2 wird auf zwei Rollen 4, die getrennt in hori
zontaler Richtung angeordnet sind, plaziert. Ein Riemen 7
wird in einer gleichseitig dreieckigen Form um die jeweiligen
Rollen 4 und eine Rolle 6, die an der Motorwelle eines Rota
tionsantriebsmotors 5 befestigt ist, gewickelt.
Der Rotationsantriebsmotor 5 wird durch eine Steuervorrich
tung 9 durch einen Motorantriebssteuerverstärker 8 gesteuert,
so daß der Lagerring 2, der auf den Rollen 4 plaziert ist,
mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gemäß der Rotation
des Rotationsantriebsmotors 5 gedreht wird. Die Steuervor
richtung 9 wird durch einen Personalcomputer oder dergleichen
gebildet, der eine Anzeigevorrichtung, wie eine Kathoden
strahlröhre (CRT) oder dergleichen aufweist.
Der Ultraschallmeßkopf 3 ist durch eine Meßkopfbefestigung 13
an einer XY-Bühne 12 einer linearen Führungsvorrichtung 10
befestigt, wobei diese so angeordnet ist, daß sie entlang der
axialen Richtung des Lagerringes 2 in einer Art beweglich
ist, daß der Ultraschallmeßkopf im befestigten Zustand so an
geordnet ist, daß er der inneren Peripherie des Lagerringes 2
gegenübersteht. Der Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 sendet Ul
traschallpulse zur inneren Peripherie des Lagerringes 2 gemäß
einem Spannungssignal, das von einer Ultraschalldetektions
vorrichtung 14 geliefert wird, empfängt dann das Echo, das
von der inneren Peripherie des Lagerringes reflektiert wird,
wandelt dann das empfangene Echo in ein Spannungssignal um
und sendet das so umgewandelte Spannungssignal an die Ultra
schalldetektionsvorrichtung 14.
Die Ultraschalldetektionsvorrichtung 14 sendet ein Befehlssi
gnal, das durch das Spannungssignal gemäß einem Befehl von
der Steuervorrichtung 9 geformt wurde, zum Ultraschalldete
tionsmeßkopf 3, erhält dann die Defektdetektionsinformation
auf der Basis des gesendeten Befehlssignals und das empfan
gene Spannungssignals und sendet die Defektdetektionsinforma
tion an die Steuervorrichtung 9. Die Steuervorrichtung 9
zeigt die Defektdetektionsinformation auf der CRT an.
Die lineare Führungsvorrichtung 10 ist ausgebildet, um den
Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 zur axialen Richtung des Lagerringes
2 mittels eines nicht gezeigten Servomotors, der
durch die lineare Führungssteuerung 16 gesteuert wird, zu be
wegen. Wenn durch einen Drehkodierer 15, der an der äußeren
peripheren Oberfläche des Lagerringes 2 angeordnet ist, er
kannt wird, daß der Lagerring 2 um eine Drehung (360°) ge
dreht wurde, steuert die lineare Führungssteuerung 16 den
Servomotor auf der Basis des Befehles von der Steuervorrich
tung 9, um den Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 zur axialen
Richtung des Lagerringes 2 um eine vorbestimmte Distanz zu
bewegen. Gemäß einer solchen Konfiguration kann der gesamte
Abschnitt des Lagerringes 2 detektiert werden.
Das Ultraschalldetektionsverfahren gemäß der ersten Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die
Fig. 1 bis 10 erläutert.
Betrachtet man Fig. 1, so wird der äußere Ring des Rollenla
gers mit abgeschrägten Rollen mit einem inneren Durchmesser
von 350 mm als Lagerring 2 verwendet, und der Lagerring 2
wird in das Wasser innerhalb des Wassertanks 1 zusammen mit
dem Fokusiermeßkopf (Frequenz von 10 MHz und Resonatordurch
messer von 6 mm) als Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 getaucht.
In diesem Zustand wird der gesamte Abschnitt des Lagerringes
2 detektiert, während der Lagering 2 gedreht und der Ultra
schalldetektionsmeßkopf 3 auf der axialen Richtung des Lager
ringes 2 bewegt wird, um einen Defekt in einem Bereich von
der Laufringoberfläche (innere periphere Oberfläche) des La
gerringes 2 zu einer Position unterhalb von 2 mm von der
Oberfläche, die tiefer ist als die maximale Scherbelastungs
position 2 des Lagerringes 2, und auch um einen Defekt in ei
nem Bereich, der tiefer ist als dieser Bereich, zu detektie
ren.
Die Wasserdistanz (eine Distanz zwischen der inneren periphe
ren Oberfläche des Lagerringes 2 und dem Ultraschalldetekti
onsmeßkopf 3) muß im Falle des Durchführens der Winkelstrahl
detektion in einem Bereich von der Laufringoberfläche des La
gerringes 2 zu einer Position gerade unterhalb von 2 mm von
der Oberfläche auf 20 mm gesetzt werden, während die Wasser
distanz im Falle der Durchführung der Normalstrahldetektion
in einem Bereich, der tiefer ist als dieser Bereich, auf 15 mm
gesetzt werden muß.
Es erfolgt als erstes eine Erläuterung der Detektion im Be
reich von der Oberfläche des Laufringes des Lagerringes 2 zu
einer Position gerade unterhalb von 2 mm von der Oberfläche.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Teststück TP1 in einer
Art ausgebildet, daß ein künstlicher Defekt 30 mit einer
Länge von 10 mm, einer Breite von 0,5 mm und einer Tiefe von
0,5 mm, vorgesehen wird, so daß er rechtwinklig zur Detekti
onsrichtung (Umfangsrichtung) der Kreisebene des Lagerringes
2 liegt. Dann wird die Detektion unter Verwendung der Ultra
schalldetektionsvorrichtung 1 in einer Art durchgeführt, daß
der Einfallswinkel (ein Winkel, der gegen die Umfangsrichtung
in Bezug auf eine senkrechte Linie, die auf die Kreisebene
aufgesetzt ist) der Ultraschallwelle, die vom Ultraschallde
tektionsmeßkopf 3 gesendet wird, in einem Bereich von 5 bis
35° geändert wird.
Das Ergebnis dieser Detektion wird in Fig. 3 gezeigt. Wie
man aus Fig. 3 sieht, wurde herausgefunden, daß es möglich
ist, den künstlichen Defekt 30 durch eine Winkelstrahldetek
tion mit dem Einfallswinkel in einem Bereich von 10 bis 30°
zu detektieren, wobei die beste Empfindlichkeit erhalten
wurde, wenn der Einfallswinkel auf 30° als Detektionszustand
eingestellt wird.
Die hohe Detektionsempfindlichkeit wurde auch erreicht, wenn
der Einfallswinkel auf 10° eingestellt wurde. In diesem Fall
ist es, da die Positionen (die Distanz der maximalen Höhen)
des Oberflächenechos und des Defektechos (ein Signal, das nur
ausgegeben wird, wenn ein Defekt existiert) dicht beieinander
liegen, obwohl es für eine Person möglich ist, diese Echos
mit dem Auge zu unterscheiden, für die Detektionsvorrichtung
schwierig, diese Echos automatisch zu unterscheiden. Somit
ist der Einfallswinkel in einem Bereich von 25 bis 30° geeignet
als Detektionszustand, da das Oberflächenecho und das De
fektecho in diesem Zustand genügend getrennt sind.
Die Fig. 8 und 9 zeigen die Detektionsergebnisse, die auf
dem CRT des Personalcomputers dargestellt werden, wenn die
Detektionen mit den Einfallswinkeln von 10° beziehungsweise
30° durchgeführt werden.
Es ist aus diesen Ergebnissen erkennbar, daß die Distanz zwi
schen dem Oberflächenecho und dem Defektecho zur Zeit des
Einfallswinkels von 10° kürzer als die zur Zeit des Einfalls
winkels von 30° ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird ein Teststück TP2 in einer
Art ausgeformt, daß ein künstlicher Defekt 40 mit einer Länge
von 10 mm, eine Breite von 0,5 mm und eine Tiefe von 0,5 mm
so bereitgestellt wird, daß er parallel zur Detektionsrich
tung (Umfangsrichtung) auf der Kreisebene des Lagerringes 2
liegt. Dann wird die Detektion durch Verwendung der Ultra
schalldetektionsvorrichtung der Fig. 1 in einer Art durchge
führt, daß der Einfallswinkel (ein Winkel, der auf die Um
fangsrichtung in Bezug auf eine senkrechte Linie, die auf der
Kreisebene festgesetzt ist, geneigt ist) der Ultraschallwel
le, die vom Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 gesendet wird, in
einem Bereich von 5 bis 35° geändert wird.
Das Ergebnis dieser Detektion ist in Fig. 5 gezeigt.
Wie man aus Fig. 5 erkennt, wurde herausgefunden, daß es
möglich ist, den künstlichen Defekt 40 durch die Winkel
strahldetektion mit dem Einfallswinkel in einem Bereich von
10 bis 30° zu detektieren, wobei man die beste Empfindlich
keit erhielt, wenn der Einfallswinkel wie im vorherigen Bei
spiel auf 30° als Detektionszustand gesetzt wurde.
Die höchste Detektionsempfindlichkeit würde auch erreicht,
wenn der Einfallswinkel auf 10° eingestellt wurde. In diesem
Fall ist jedoch, da die Positionen (Distanz der maximalen Höhen)
des Oberflächenechos und des Defektechos dichter beiein
ander sind, der Einfallswinkel in einem Bereich von 25 bis
30° als Detektionszustand geeignet, da das Oberflächenecho
und das Defektecho aus demselben Grund wie im vorhergehenden
Beispiel in diesem Zustand genügend getrennt sind.
Es erfolgt nun eine Erläuterung für den Fall, bei dem das
Winkelstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel durchgeführt
wurde, der 30° überschreitet.
Unter Bezug auf Fig. 10 wird, wenn die Ultraschallwelle zum
Eindringen in ein zu detektierendes Subjekt, wie Eisen, Stahl
oder dergleichen, mit einem Einfallswinkel von iL gebracht
wird, die Ultraschallwelle in eine Transversalwelle und eine
Längswelle aufgeteilt, und die Längswelle und die Transver
salwelle breiten sich mit Brechungswinkeln von θL beziehungs
weise θs aus, wobei θL < θs. Wenn die Ultraschallwelle im
Wasser und im Stahl übertragen wird, so wird sich die Bezie
hung zwischen dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel be
züglich der Transversalwelle wie folgt darstellen:
sinθs = C2/C1 × siniL (1)
sinθs = 3230/1500 × siniL (2)
θs < 90°
wobei C1 die Schallgeschwindigkeit von 1500 m/s im Wasser und C2 die Schallgeschwindigkeit von 3230 m/s im Eisen darstellt.
wobei C1 die Schallgeschwindigkeit von 1500 m/s im Wasser und C2 die Schallgeschwindigkeit von 3230 m/s im Eisen darstellt.
Der Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 dient als Empfänger und
als Resonator, und zur Zeit des Empfangens eines Signals
(Defektsignals) empfängt er das Signal, das durch einen umge
kehrten Weg (derselbe wie der Weg für das Sendesignal) zu
rückkommt. Die Stärke des Echos, die in der Ordinate jeder
der Fig. 3, 5, 8, 9 gezeigt ist, stellt die Stärke des
Echos dar, die zur Wasserseite vom Eisen oder zur Stahlseite
zurückgegeben wird, und das Signal, das so zurückgegeben
wird, kann entweder die transversale Welle und/oder die
Längswelle sein.
Wenn der Einfallswinkel iL nicht kleiner als ein vorbestimm
ter Wert wird, so wird der Brechungswinkel innerhalb des Ei
sens oder Stahls nicht kleiner als 90°. In diesem Fall brei
tet sich das Defektsignal hauptsächlich auf der Oberfläche
des Eisens oder Stahls oder von dort reflektiert fort und
wird somit nicht zum Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 rückge
führt.
Wie oben beschrieben wurde, wird es, wenn man annimmt, daß
der Brechungswinkel θL der Längswelle größer ist als der Bre
chungswinkel θs der Transversalwelle bezüglich dem Einfalls
winkel iL und daß jede der Längswellen beziehungsweise
Transversalwellen, die sich mit Brechungswinkeln von θL und θ
s ausgebreitet hat, zurückgegeben wird, ausreichen, die Gren
ze des Einfallswinkel zu betrachten, bei dem es möglich ist,
die Transversalwelle, die sich mit dem Brechungswinkel θs
ausgebreitet hat, zurück zu geben.
Die Grenze des Einfallswinkels wird aus den vorher angegebe
nen Gleichungen (1) und (2) in diesem Fall bei ungefähr 28°
liegen, wenn man annimmt, daß der Brechungswinkel θs theore
tisch 90° beträgt. Da jedoch die Ultraschallwelle in einem
gewissen Geschwindigkeitsbereich ausgegeben wird, so kann der
Defekt ausreichend mit einem Einfallswinkel von 30° oder we
niger detektiert werden. Somit nimmt, wie das in den Fig.
3 und 5 gezeigt ist, das Defektsignal abrupt ab, wenn der
Einfallswinkel 30° überschreitet. Somit beträgt die Grenze
des Einfallswinkels zur Zeit der Durchführung der Winkel
strahldetektion 30°.
Es erfolgt dann eine Erläuterung in Bezug auf die Detektion
in einem Bereich, der tiefer als die Position gerade unter
halb von 2 mm von der Oberfläche liegt.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird ein Teststück TP3 in einer
Art ausgeformt, daß Löcher (künstliche Defekte) 50 mit einem
Durchmesser von 0,5 mm einzeln in Tiefen von 3, 5, 7 und 9 mm
so vorgesehen sind, daß sie rechtwinklig zur Detektionsrich
tung (Umfangsrichtung) auf der Kreisebene des Lagerringes 2
liegen. Dann wird die Detektion unter Verwendung der Ultra
schalldetektionsvorrichtung der Fig. 1 in einer Art durchge
führt, daß der Einfallswinkel (ein Winkel, der auf die Um
fangsrichtung in Bezug auf eine normale Linie, die auf der
Kreisebene errichtet wurde, geneigt ist) der Ultraschallwel
le, die vom Ultraschalldetektionsmeßkopf 3 gesendet wird, in
einem Bereich von 0 bis 30° geändert wird.
Das Ergebnis dieser Detektion wird in Fig. 7 gezeigt.
Wie man aus Fig. 7 erkennt, wurde herausgefunden, daß es
vorteilhaft ist, Defekte in den jeweiligen Tiefen durch die
Normalstrahldetektion mit einem Einfallswinkel in einem Be
reich von 0° bis 10° zu detektieren, wobei die beste Empfind
lichkeit bei der Defektdetektion in den jeweiligen Tiefen er
zielt wurde, wenn der Einfallswinkel auf einem Bereich von 0
bis 5° als Detektionszustand eingestellt wurde.
Somit wird deutlich, daß der Einfallswinkel in einem Bereich
von 0 bis 5° besser ist. Wenn der Einfallswinkel 0° beträgt,
so wird die vertikale Welle zum Defekt entlang des Weges der
kürzesten Distanz gesendet, so daß die Distanz zwischen dem
Oberflächenecho und den Defektechos kurz wird. Somit ist der
leicht geneigte Einfallswinkel von 5° im Hinblick auf eine
ausreichende Trennung des Oberflächenechos und des Defekt
echos am vorteilhaftesten.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, wird
es gemäß der Ausführungsform möglich, die Ultraschalldetekti
on auf der Kreisebene des Lagerringes durchzuführen, wobei
dies durch die komplizierte Konfiguration der Kreisebene des
Lagerringes schwierig war.
Somit kann, da Defekte im gesamten Abschnitt von der Oberflä
che des Lagerringes bis zu dessen innerem Teil mit einer ho
hen Genauigkeit in kurzer Zeit detektiert werden können, der
schnelle oder lebensverkürzende Bruch durch den inneren De
fekt wirksam verhindert werden, und das Fehlen des inneren
Defektes des Lagers kann gewährleistet werden.
Die Detektion wurde bei bis zu 300 Lagerringen 2 unter der
Bedingung durchgeführt, daß ein äußerer Ring eines zugespitz
ten Rollenlagers mit einem inneren Durchmesser von 350 mm,
der als Lagerring 2 dient, in die Ultraschalldetektionsvor
richtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, gesetzt wird, dann der
Lagerring 2 mit der Rotationsgeschwindigkeit von 800 mm/s an
getrieben wird, und der Detektionsspalt in Richtung der axia
len Richtung des Lagerringes auf 0,6 mm gesetzt wurde.
In diesem Fall wurde die Detektion in einem Bereich von der
Laufringoberfläche des Lagerringes 2 zu einer Position gerade
unterhalb von 2 mm von der Oberfläche durch das Winkelstrahl
verfahren mit einem Einfallswinkel von 30° durchgeführt, wäh
rend die Detektion in einem Bereich tiefer als 2 mm von der
Laufringoberfläche durch das Normalstrahlverfahren mit einem
Einfallswinkel von 5° durchgeführt wurde.
Als Ergebnis der Detektion von 300 Lagerringen 2 wurde Echos,
die durch Defekte verursacht schienen, in drei Lagerringen
derart gefunden, daß das Echo in der Nähe der Oberfläche bei
einem der Lagerringe beobachtet wurde, und daß Echos in den
inneren Teilen bei den zwei verbleibenden Lagerringen beob
achtet wurden. Diese drei Lagerringe wurde geschnitten und
abgetragen, und ihre defekten Teile wurde im Detail unter
sucht, wobei der Defekt mit einer Breite von ungefähr 0,1 bis
0,2 mm und einer maximalen Länge von 0,2 bis 0,4 mm in jeder
dieser Lagerringe gefunden wurde, und als Ergebnis der Analy
se wurde herausgefunden, daß es sich bei diesen Defekten um
großes nicht metallisches dazwischenliegendes Material han
delt.
Das Ultraschalldetektionsverfahren für einen Lagerring gemäß
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
unter Bezug auf die Fig. 11 bis 13 erläutert.
Fig. 11 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen den De
fektfiguren und den Ultraschallwellenfrequenzen in dem Fall
zeigt, bei dem das Detektionsverfahren für einen Lagerring
gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ausgeführt wird. Fig. 12 ist eine schematische Schnittan
sicht, die eine Testvorrichtung für die Lebensdauer zeigt.
Fig. 13 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen den Ver
minderungsraten der Lebensdauer und den Ultraschallwellenfre
guenzen zeigt.
Gemäß der Ausführungsform wird ein äußerer Ring des abge
schrägten Rollenlagers den Thermofixierungsverarbeitungen des
Härtens und des Temperns (oder der Thermofixierungsverarbei
tung der Karbonisierung oder der Karbonitridierung und des
Härtens und des Temperns) unterworfen, um die Dämpfung der
Ultraschallwelle zu vermindern, um zu erreichen, daß er weni
ger durch die baumförmigen Echos beeinflußt wird, um somit
eine martensitische Struktur zu bilden, die eine Kristall
korngröße der Nr. 8 oder mehr nach der thermischen Bearbei
tung aufweist. Dann wird der äußere Ring der Schleifbearbei
tung unterzogen, um schließlich einen äußeren Ring des abge
schrägten Rollenlagers HR3207 als Lagerring zu bilden. Die
Detektion des gesamten Abschnittes wurde wie bei den 300 La
gerringen 2, die so ausgeformt wurde, durch die Verwendung
der Ultraschalldetektionsvorrichtung der Fig. 1 in einer Art
durchgeführt, daß jeder der Lagerringe sequentiell bei jewei
ligen Frequenzen von 2, 5, 10, 30 und 50 MHz im Range einer
niedrigeren Frequenz unter Verwendung der Ultraschallmeßköpfe
3 der jeweiligen Frequenzen detektiert wird.
In diesem Detektionsverfahren wird der Lagerring 2, in wel
chem der Defekt bei einer der jeweiligen Frequenzen detek
tiert wurde, aus dem Gegenstand für die folgende Detektion
soperation eliminiert, und so werden nur Lagerringe 2, in
welchen kein Defekt detektiert wurde, für die darauffolgende
Detektionsoperation, die eine höhere Frequenz verwendet, ver
wendet.
Obwohl sowohl das Winkelstrahlverfahren als auch das Normal
strahlverfahren als Ultraschalldetektionsverfahren verwendet
werden kann, so wurde in dieser Ausführungsform das Winkel
strahlverfahren verwendet.
Die Defektfiguren, die in der Ordinate in Fig. 11 gezeigt
sind, stellen die mittlere Anzahl von Defekten des Lagerrin
ges 2 dar, die bei den jeweiligen Frequenzen von 5, 10, 30
und 50 MHz gefunden wurden, unter der Bedingung, daß die Zahl
der Defekte innerhalb des Lagerringes 2, die zur Zeit der
Durchführung der Detektion bei der Frequenz von 2 MHz gefun
den wurde, als 1 angenommen wird.
Wie aus Fig. 11 klar wird, wird verständlich, daß die Zahl
der Defekte pro Lagerring unter den Lagerringen 2, in welchen
die Defekte detektiert wurden, abrupt ansteigt, wenn die Fre
quenz 30 MHz überschreitet.
Gemäß den Frequenzeigenschaften der Ultraschallwelle können
nur relativ große Defekte durch die niedrigen Frequenzen de
tektiert werden. Wenn die Frequenzen auf höhere Werte gesetzt
werden, so können sowohl kleine Defekte als auch große Defek
te detektiert werden, so daß es gut verständlich wird, daß es
im Lagerring 2 viele Defekte gibt, wie kleines dazwischenlie
gendes Material oder dergleichen, das durch eine Frequenz,
die 30 MHz überschreitet, detektiert wird.
Als nächstes wurde ein Lagerring vorbereitet unter Verwendung
des Lagerringes 2, in welchem Defekte bei den jeweiligen Fre
quenzen detektiert wurden, und es wurde ein Lebensdauertest
eines solchen Lagers unter Verwendung der Lebensdauertestvor
richtung unter der folgenden Bedingung durchgeführt.
Lager: Rollenlager mit abgeschrägten Rollen HR32017XJ
Radiale Belastung: 35750 N
Axiale Belastung: 15680 N
Rotationsgeschwindigkeit eines inneren Ringes: 1500 U/min
Schmiervorrichtung: Fett
Lager: Rollenlager mit abgeschrägten Rollen HR32017XJ
Radiale Belastung: 35750 N
Axiale Belastung: 15680 N
Rotationsgeschwindigkeit eines inneren Ringes: 1500 U/min
Schmiervorrichtung: Fett
Der Lebensdauertest wurde wie bei den Lagerringen 2 durchge
führt, in denen Defekte bei den jeweiligen Frequenzen detek
tiert werden, um Lebensdauerwerte L10 zu erhalten. Dann wurde
im Fall, bei dem die Lebensdauer L10 des Lagerringes 2, in
welchem ein Defekt unter der Bedingung der Frequenz von 50 MHz
detektiert wurde, als 100 angenommen wird, die Lebensdau
erverminderungsrate der Lebensdauer L10 des Lagerringes 2, in
welchem ein Defekt bei einer Frequenz von nicht mehr als 30 MHz
detektiert wurde, bezüglich der Lebensdauer L10 des frü
heren Lagerringes 2 als die Lebensdauerauswertung erhalten.
Das Ergebnis des Tests ist in Fig. 13 gezeigt.
Wie aus Fig. 13 klar wird, ist die Lebensdauer des Lagerrin
ges 2, in welchem ein Defekt bei einer Frequenz von nicht
mehr als 30 MHz detektiert wurde, ziemlich viel kürzer als
die des Lagerringes 2, in welchem ein Defekt bei der Frequenz
von 50 MHz detektiert wurde.
Obwohl es möglich ist, einen Defekt unter Verwendung von Fre
quenzen von nicht mehr als 2 MHz zu detektieren, ist es ziem
lich schwierig, einen kleinen Defekt innerhalb des Lagerrin
ges 2 zu detektieren, wenn solche Frequenzen verwendet wer
den. Somit liegt die Frequenz vorzugsweise in einem Bereich
von 2 MHz bis 30 MHz.
Wie aus der vorherigen Beschreibung deutlich wird, können ge
mäß der vorliegenden Ausführungsform, da die Ultraschallde
tektion wie beim Lagerring der Martensitstruktur bei einer
Frequenz von nicht mehr als 30 MHz durchgeführt wird, die De
fekte im gesamten Abschnitt von der Oberfläche des Lagerrin
ges bis zu dessen innerem Teil mit einer hohen Genauigkeit in
kurzer Zeit detektiert werden. Somit kann ein Defekt, wie da
zwischenliegendes Material oder dergleichen, der einen großen
Einfluß auf die Verkürzung der Lebensdauer eines Lagerringes
hat, wirksam detektiert werden. Als Ergebnis kann der frühe
Bruch oder die kurze Lebensdauer durch den inneren Defekt
wirksam verhindert werden, und so kann das Fehlen des inneren
Defektes des Lagers gewährleistet werden.
Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Er
findung die Defekte im gesamten Abschnitt von der Oberfläche
des Lagerringes bis zu dessen innerem Teil insbesondere das
Vorhandensein eines großen nicht metallischen dazwischenlie
genden Materials im Lagerring mit hoher Genauigkeit detek
tiert werden. Somit kann das schnelle Brechen oder die kurze
Lebensdauer, die durch den inneren Defekt bedingt werden,
wirksam verhindert werden, und das Fehlen des inneren Defek
tes des Lagers kann gewährleistet werden.
Claims (6)
1. Ultraschall-Detektionsverfahren für das Detektieren eines Defektes in einem Lager
ring, welches folgende Schritte umfaßt:
dass mindestens ein Defekt in einem Bereich von einer Oberfläche des Lagerrings bis zu einer Position von 2 mm unterhalb einer Laufringoberfläche des Lagerringes (3) durch ein Winkelstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberflä che des Lagerringes in einem Bereich von 10° bis 30° detektiert wird, und ein Defekt in einem Bereich von der Oberfläche des Lagerringes tiefer als dieser Bereich, der durch das Winkelstrahlverfahren detektiert wird, durch ein Normalstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberfläche des Lagerringes in einem Bereich von 0° bis 10° detektiert wird, um somit einen Defekt im gesamten Querschnitt des Lagerringes zu detektieren.
- a) Anordnen einer zu messenden Oberfläche des Lagerrings (2) und eines Ultra schall-Meßkopfes (3) in einem Ultraschallübertragungsmedium;
- b) Übertragen einer Ultraschallwelle vom Ultraschalldetektionsmeßkopf (3) zur zu messenden Oberfläche des Lagerringes (2), und
- c) Detektieren eines Defektes des Lagerringes (2) auf der Basis eines Ultraschall wellenechos, das vom Lagerring (2) reflektiert wird,
dass mindestens ein Defekt in einem Bereich von einer Oberfläche des Lagerrings bis zu einer Position von 2 mm unterhalb einer Laufringoberfläche des Lagerringes (3) durch ein Winkelstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberflä che des Lagerringes in einem Bereich von 10° bis 30° detektiert wird, und ein Defekt in einem Bereich von der Oberfläche des Lagerringes tiefer als dieser Bereich, der durch das Winkelstrahlverfahren detektiert wird, durch ein Normalstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberfläche des Lagerringes in einem Bereich von 0° bis 10° detektiert wird, um somit einen Defekt im gesamten Querschnitt des Lagerringes zu detektieren.
2. Ultraschall-Detektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerring (3) eine Martensit-Struktur enthält, die einem Härtungsverfahren
unterworfen wurde.
3. Ultraschall-Detektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Kristallkorngröße des Lagerringes (3) im Durchschnitt nicht mehr als 25 µm
im Durchmesser aufweist (JIS Korngröße Nr. 8).
4. Ultraschall-Detektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ultraschallwelle eine Frequenz im Bereich von 2 bis 30 MHz aufweist.
5. Ultraschall-Detektionsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Winkelstrahlverfahren mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberfläche
des Lagerringes in einem Bereich von 25° bis 30° und das Normalstrahlverfahren
mit einem Einfallswinkel bezüglich der Oberfläche des Lagerringes in einem Bereich
von 0° bis 5° durchgeführt wird.
6. Ultraschalldefektdetektionsvorrichtung zur Detektion eines Defektes eines Lagerrin
ges (2) mit:
einem Ultraschalldefektdetektionsmeßkopf (3) zur Abstrahlung einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz im Bereich von 2-30 MHz zu einer zu messenden Oberfläche des Lagerringes (2) und zum Empfang eines Ultraschallwellenechos, das von der zu messenden Oberfläche des Lagerringes reflektiert ist, wobei für Defekte bis zu einer Tiefe von 2 mm bezüglich der Oberfläche der Einfallswinkel der Ultraschallwelle 10° bis 30° und für Defekte von mehr als 2 mm Tiefe der Einfallswinkel 0° bis 10° be züglich der Oberfläche beträgt,
einem Ultraschallwellenübertragungsmedium, das zwischen der zu messenden Oberfläche und dem Meßkopf (3) angeordnet ist;
einer Rotationsantriebsvorrichtung (4, 5, 7) zur Drehung des Lagerringes (2) in einer Umfangsrichtung;
einer Meßkopfabtastvorrichtung (10, 12) zum Bewegen des Ultraschalldefektdetek tionsmeßkopfes (3) in einer axialen Richtung des Lagerringes (2) im Bezug auf die zu messende Oberfläche;
einer Lagerringdrehungspositionsdetektionsvorrichtung (15) zur Detektion einer Drehungsposition des Lagerringes (2) in dessen Umfangsrichtung, und
einer Ultraschalldefektbeurteilungsvorrichtung (9) zur Beurteilung, ob ein Defekt in diesem Lagerring (2) existiert oder nicht auf der Basis des Ultraschallechosignals des Ultraschalldefektdetektionsmeßkopfes (3).
einem Ultraschalldefektdetektionsmeßkopf (3) zur Abstrahlung einer Ultraschallwelle mit einer Frequenz im Bereich von 2-30 MHz zu einer zu messenden Oberfläche des Lagerringes (2) und zum Empfang eines Ultraschallwellenechos, das von der zu messenden Oberfläche des Lagerringes reflektiert ist, wobei für Defekte bis zu einer Tiefe von 2 mm bezüglich der Oberfläche der Einfallswinkel der Ultraschallwelle 10° bis 30° und für Defekte von mehr als 2 mm Tiefe der Einfallswinkel 0° bis 10° be züglich der Oberfläche beträgt,
einem Ultraschallwellenübertragungsmedium, das zwischen der zu messenden Oberfläche und dem Meßkopf (3) angeordnet ist;
einer Rotationsantriebsvorrichtung (4, 5, 7) zur Drehung des Lagerringes (2) in einer Umfangsrichtung;
einer Meßkopfabtastvorrichtung (10, 12) zum Bewegen des Ultraschalldefektdetek tionsmeßkopfes (3) in einer axialen Richtung des Lagerringes (2) im Bezug auf die zu messende Oberfläche;
einer Lagerringdrehungspositionsdetektionsvorrichtung (15) zur Detektion einer Drehungsposition des Lagerringes (2) in dessen Umfangsrichtung, und
einer Ultraschalldefektbeurteilungsvorrichtung (9) zur Beurteilung, ob ein Defekt in diesem Lagerring (2) existiert oder nicht auf der Basis des Ultraschallechosignals des Ultraschalldefektdetektionsmeßkopfes (3).
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