DE102014203517A1

DE102014203517A1 - Wälzlager mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102014203517A1
Application number: DE102014203517.1A
Authority: DE
Inventors: Günter Schmid; Jörg-Oliver Hestermann; Andreas Frühwald
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-08-27
Also published as: WO2015127937A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1, 17) mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung, einem Lagerinnenring (19), einem Lageraußenring (18) und dazwischen angeordneten Wälzkörpern (8, 9, 10, 20), sowie mit einer ringförmigen Maßverkörperung (7, 22), die einem wenigstens einen Sensor aufweisenden Messkopf (11) gegenüberliegt, wobei zwischen dem Messkopf (11) und der Maßverkörperung (7, 22) ein festgelegter Abstand eingestellt ist. Erfindungsgemäß ist der Messkopf (11) mittels eines Adapters (12) an einer feststehenden Komponente des Wälzlagers (1, 17) befestigt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung, einem Lagerinnenring, einem Lageraußenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern und einer ringförmigen Maßverkörperung, die einem wenigstens einen Sensor aufweisenden Messkopf gegenüberliegt, wobei zwischen dem Messkopf und der Maßverkörperung ein festgelegter Abstand eingestellt ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Wälzlager mit integrierter Winkelmesseinrichtung werden für spielfreie Lagerungen mit genauem Rundlauf eingesetzt. Anwendungsbeispiele sind spanende Werkzeugmaschinen mit Rundtischen, Rundachslagerungen in Gabelfräsköpfen, die Lagerung von Schwenkbrücken sowie Fräsbearbeitungsköpfe in Drehmaschinen.
Von der Anmelderin werden Wälzlager mit integrierter Winkelmesseinrichtung des Typs INA YRTM hergestellt. Ein entsprechendes Wälzlager ist aus der DE 196 40 895 A1 bekannt. Dieses Wälzlager umfasst einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper, sowie eine Drehzahlmesseinrichtung umfassend einen Messwertsensor und einen Messwertgeberring, der an einem der Lagerringe befestigt ist. An der Außenmantelfläche des Geberrings ist eine umlaufende Maßverkörperung angeordnet. Obwohl sich derartige Wälzlager mit integrierter Winkelmesseinrichtung seit langer Zeit bewährt haben, ist es erforderlich, dass zwischen dem wenigstens einen im Mess-kopf angebrachten Sensor und der Maßverkörperung ein definierter Abstand präzise eingestellt werden muss. Nur wenn dieser Abstand innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegt, werden fehlerfreie elektrische Winkelsignale erhalten. Die Qualität dieser elektrischen Messsignale ist sowohl von dem statischen Abstand abhängig, als auch von dynamischen Abstandsschwankungen, die auf Rundlaufungenauigkeiten beruhen.
Bei Wälzlagern des Typs INA YRTM erfolgt die Abstandseinstellung mit Hilfe von Abstimmfolien, die genaue Vorgehensweise ist beispielsweise in der Publikation MON 18 der Schaeffler KG mit dem Titel „Axial-Radiallager mit integriertem Winkel-Mess-System, Inbetriebnahme- und Diagnoseanleitung“ beschrieben. Zur Abstandseinstellung werden die Abstimmfolien unter eine Anschraubfläche gelegt, wodurch der Messspalt eingestellt werden kann. Zur Kontrolle des Abstands werden ein PC, ein Schnittstellenkabel zum Verbinden des Mess-systems mit dem PC, sowie eine spezielle Software benötigt, mit deren Hilfe der Messspalt elektrisch über die Signalstärke gemessen wird. Häufig sind mehrere Korrekturdurchgänge erforderlich, bis der gewünschte statische und dynamische Abstand präzise eingestellt ist. Derartige herkömmliche Wälzlager mit integrierter Winkelmesseinrichtung verursachen somit einen beträchtlichen Aufwand für die Komponenten wie PC, Schnittstellenkabel und Software, die für die Kalibrierung benötigt werden, ebenso wird der hohe Zeitaufwand für eine exakte Einstellung des Abstands als nachteilig angesehen.
Von der Firma Cytec wird ein Messsystem unter der Bezeichnung CyRT/M angeboten, dort erfolgt die Einstellung des Messspalts mittels einer Distanzfolie, d. h. zwischen dem Messkopf und der Maßverkörperung wird eine Folie mit vorgegebener Stärke beigelegt. Der Messkopf wird anschließend von Hand angedrückt und festgeschraubt, danach wird die Folie wieder herausgezogen. Nachteilig ist dabei, dass der Messspalt im eingebauten Zustand des Lagers zumeist nicht oder nur sehr schwer zugänglich ist. Es kann auch vorkommen, dass die Folie nach dem Festschrauben des Messkopfes im Spalt festklemmt und nur durch erneutes Lösen der Verschraubung wieder entfernbar ist. Somit ist eine genaue und ordnungsgemäße Einstellung des Messspalts auch bei diesem System nur mit großem Aufwand möglich.
Eine mögliche Fehlerursache beruht darauf, dass die Fläche, beispielsweise eine Zylindermantelfläche, auf der die Maßverkörperung (Winkelteilung) aufgebracht ist, eine Rundlaufabweichung zum Mittelpunkt des Wälzlagers aufweisen kann. Dadurch wird ein Winkelmessfehler hervorgerufen, der proportional zur Rundlaufabweichung ist und mit zunehmender Rundlaufabweichung ansteigt. Dieser Messfehler erster Ordnung kann bei einer Abtastung mit einem Messkopf nicht festgestellt und somit nicht ausgeglichen oder kompensiert werden. Eine Kompensation dieses Messfehlers wäre nur mit einer Zweikopfabtastung möglich, die jedoch aufgrund des zweiten Messkopfes aufwendig und teuer ist.
Die herkömmlichen Wälzlager mit integrierter Winkelmesseinrichtung weisen somit den Nachteil auf, dass die erforderliche kundenseitige präzise Einstellung des Abstands zwischen Messkopf und Maßverkörperung aufwendig und somit teuer ist.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung anzugeben, deren Rundlaufabweichung verringert ist.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Messkopf mittels eines Adapters an einer feststehenden Komponente des Wälzlagers befestigt ist.
Dadurch, dass die Maßverkörperung an einer Fläche der drehbaren Komponente des Wälzlagers angeordnet ist, ist gewährleistet, dass keine Rundlaufabweichung zwischen Maßverkörperung und der drehbaren Komponente des Wälzlagers vorhanden ist. Die Anbringung des Messkopfes mittels des Adapters an der feststehenden Komponente des Wälzlagers ermöglicht eine hochpräzise Einstellung des Abstands im Rahmen der Herstellung des Wälzlagers. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Tatsache, dass die Maßverkörperung und das Wälzlager, insbesondere die mit der Maßverkörperung verbundene Komponente des Wälzlagers, häufig eine Rundlaufabweichung besitzen, bisher zu Fehlern geführt hat. Indem die Komponente des Wälzlagers und die Maßverkörperung dieselbe Rundlaufgenauigkeit wie die Komponente des Wälzlagers aufweisen, entfällt diese Fehlerquelle. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Wälzlager den Vorteil auf, dass der benötigte festgelegte Abstand zwischen dem Messkopf und der Maßverkörperung bereits im Rahmen der Herstellung herstellerseitig justiert werden kann. Beim Einbau des erfindungsgemäßen Wälzlagers, beispielsweise in einen Rundtisch einer Werkzeugmaschine, entfällt ein nachträgliches Einstellen des Spalts und damit eine Kalibrierung des Messkopfes. Auf diese Weise kann der bisher erforderliche beträchtliche Arbeitsaufwand für die individuelle Justierung des Abstands bei jedem einzelnen Wälzlager entfallen. Somit ermöglicht die Erfindung eine beträchtliche Arbeitseinsparung, da die Winkelmesseinrichtung, umfassend den Messkopf und die Maßverkörperung, bereits vorab eingestellt wird, so dass auf eine individuelle Justierung oder Kalibrierung verzichtet werden kann. Dem Kunden wird somit ein einbaufertiges System zur Verfügung gestellt, das eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager kann die Maßverkörperung an einer Fläche einer drehbaren Komponente des Wälzlagers, insbesondere an einer Mantelfläche, angeordnet sein.
Der Messkopf und der zugehörige Adapter sind geometrisch auf die Abmessungen der Komponenten des Wälzlagers abgestimmt und eingestellt. Dadurch ergibt sich ein definierter Anschlag, eine genaue Anschraubposition und ein definierter Messspalt, so dass keine aufwendige Einstellung des Spalts, beispielsweise mittels Abstimmscheiben, erforderlich ist. Der Messkopf und der Adapter sind so geformt, dass durch deren Verbindung die gewünschte Position des Messkopfes sicher und benutzerfreundlich fixiert wird. Bei Bedarf kann ein Messkopf einfach durch einen Anwender ausgetauscht werden, da dazu keine Kenntnisse bezüglich der Einstellung des Messspalts erforderlich sind. Im Rahmen der Herstellung kann es bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Messkopf und der Maßverkörperung mittels einer Lehre eingestellt ist. Somit genügt es, einen an dem Abstand bzw. die Maßverkörperung angepassten Adapter vorzusehen, mittels dem der Messkopf befestigt wird. Durch das Einstellen des Abstands mittels der Lehre entfällt eine jeweils individuelle Justierung jedes einzelnen Wälzlagers, wie sie bislang erforderlich war.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Messkopf in Axialrichtung oder in Radialrichtung an dem Adapter befestigt ist. Insbesondere kann der Messkopf mit dem Adapter verschraubt sein. Durch die mehreren Anbringungsmöglichkeiten kann das erfindungsgemäße Wälzlager einfach an unterschiedliche Einbausituationen angepasst werden.
Gemäß einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Wälzlagers kann es vorgesehen sein, dass die Maßverkörperung an einem fest mit einer drehbaren Komponente des Wälzlagers verbundenen Anbauteil angebracht ist. Vorzugsweise ist das Anbauteil mit der drehbaren Komponente des Wälzlagers, insbesondere einem Lagerinnenring, verschraubt. Das vorzugsweise rotationssymmetrische Anbauteil weist an einer Außenfläche die Maßverkörperung auf. Das Anbauteil kann vom Hersteller des Wälzlagers mit sehr hoher Präzision gefertigt werden, dasselbe gilt für den Adapter, mit dem der Messkopf an der feststehenden Komponente des Wälzlagers befestigt ist. Somit kann der benötigte Abstand zwischen Maßverkörperung und Messkopf bei der Herstellung des Wälzlagers mit der benötigten Genauigkeit erzeugt werden.
Für unterschiedliche Typen des erfindungsgemäßen Wälzlagers kann der gleiche Messkopf verwendet werden, wodurch die Variantenvielfalt reduziert wird. Ebenso ist eine Anpassung der Position des Messkopfes an kundenspezifische Anforderungen durch einen individuellen, kundenspezifischen Adapter einfach möglich. Diese Anpassung kann schneller und kostengünstiger als eine Modifikation des Messkopfes erfolgen. Das Vorsehen des Anbauteils weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass die Position des Messkopfes optimal an den zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden kann, die Anordnung des Messkopfes ist nicht von der Größe und Form von Außenflächen oder Anschlägen der Lagerringe abhängig.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ermöglicht eine Rundlaufgenauigkeit zwischen der ortsfesten Komponente des Lagers und der Maßverkörperung in einer Größenordnung von weniger als 1/100 mm.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ermöglicht durch die direkte und steife Anbringung der Maßverkörperung am drehbaren Lagerring und des Messkopfes an dem feststehenden Lagerring eine hochgenaue Winkelmessung, die unempfindlich gegenüber Dehnungen, Verkippungen und Schwingungen der umliegenden mechanischen Strukturkomponenten ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Das erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend in zwei bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Detail eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer geschnittenen Ansicht; und
2 ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer geschnittenen Ansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines Wälzlagers 1, mit einer drehbaren Komponente 2, bestehend aus einer Wellenscheibe 3 und einen fest damit verbundenen Winkelring 4. Daneben umfasst das Wälzlager 1 eine feststehende Gehäusescheibe 5, die mit einem Grundgestell einer de Gehäusescheibe 5, die mit einem Grundgestell einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) fest verschraubt ist. Die drehbare Komponente 2, genauer gesagt der Winkelring 4, weist eine Zylindermantelfläche 6 auf, auf der eine Maßverkörperung 7 aufgebracht ist. Die Maßverkörperung 7 rotiert mit der drehbaren Komponente 2 des Wälzlagers 1. Zwischen der drehbaren Komponente 2 und der Gehäusescheibe 5 sind Wälzkörper 8, 9, 10 angeordnet.
In 1 erkennt man, dass der mehrere Sensoren aufweisende Messkopf 11 mittels eines Adapters 12 mit der Gehäusescheibe 5 verschraubt ist. Der Messkopf 11 und die Maßverkörperung 7 bilden eine Winkelmesseinrichtung. Eine Schraube 13 durchsetzt die Gehäusescheibe 5 und mündet in einem Innengewinde des Adapters 12. Die Verbindung zwischen dem Messkopf 11 und dem Adapter 12 erfolgt entweder über eine axial angeordnete Schraube 14 oder alternativ über eine radial angeordnete Schraube 15, in 1 sind beide Alternativen dargestellten.
Der Adapter 12 wird nach genauer Positionierung der Maßverkörperung 7 fest mit der Gehäusescheibe 5 des Wälzlagers 1 verschraubt. Um zu gewährleisten, dass der zwischen der Maßverkörperung 7 und dem Messkopf 11 gebildete Spalt 16 die festgelegte Breite besitzt, wird zur Fixierung des Adapters 12 eine Lehre verwendet.
2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel und zeigt ein Wälzlager 17 mit einem feststehenden Lageraußenring 18, einem demgegenüber drehbaren Lagerinnenring 19 und dazwischen angeordneten Wälzkörpern 20, die als Kugeln ausgebildet sind.
An dem drehbaren Lagerinnenring 19 ist axial ein Anbauteil 21 angeordnet, das an seiner äußeren Zylindermantelfläche eine Maßverkörperung 22 trägt. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Maßverkörperung 22 nicht direkt an der drehbaren Komponente des Wälzlagers angebracht, stattdessen ist das auf die Lagerringe abgestimmte Anbauteil 21 vorgesehen, wodurch die Maßverkörperung 22 positioniert wird. Die Befestigung des Anbauteils 21 an dem drehbaren Lagerinnenring 19 erfolgt mittels einer Schraube 23. Das Vorsehen des Anbauteils 21 ermöglicht eine Flexibilität hinsichtlich der Position des Maßverkörperung 22, wodurch eine Anpassung an unterschiedliche Einbausituationen erfolgen kann.
Der Maßverkörperung 22 liegt der Messkopf 11 gegenüber, der die Sensoren aufweist und der in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Adapter 12 verschraubt ist. Die Verschraubung kann dabei axial oder radial mittels der Schrauben 14, 15 erfolgen. Der Adapter 12 ist mit dem Lageraußenring 18, der feststehenden Komponente des Wälzlagers 17, verschraubt. Das Anbauteil 21, das fest mit dem drehbaren Lagerinnenring 19 verschraubt ist und der Adapter 12, der fest mit dem Messkopf 11 verschraubt ist, sind so präzise hergestellt, dass der zwischen der Maßverkörperung 22 und dem Messkopf 11 gebildete Spalt 16 innerhalb eines engen Toleranzbereichs liegt, wodurch eine zuverlässige Erfassung der Maßverkörperung 22 durch die Sensoren in dem Messkopf 11 möglich ist, ohne dass jeweils eine individuelle Justierung des Wälzlagers 17 erforderlich ist. Der Lagerinnenring 19 und das Anbauteil 21 weisen dieselbe Rundlaufungenauigkeit auf, so dass kein zweiter Messkopf erforderlich ist.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Komponente
3: Wellenscheibe
4: Winkelring
5: Gehäusescheibe
6: Zylindermantelfläche
7: Maßverkörperung
8: Wälzkörper
9: Wälzkörper
10: Wälzkörper
11: Messkopf
12: Adapter
13: Schraube
14: Schraube
15: Schraube
16: Spalt
17: Wälzlager
18: Lageraußenring
19: Lagerinnenring
20: Wälzkörper
21: Anbauteil
22: Maßverkörperung
23: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19640895 A1 [0003]

Claims

Wälzlager (1, 17) mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung, einem Lagerinnenring (19), einem Lageraußenring (18) und dazwischen angeordneten Wälzkörpern (8, 9, 10, 20), sowie mit einer ringförmigen Maßverkörperung (7, 22), die einem wenigstens einen Sensor aufweisenden Messkopf (11) gegenüberliegt, wobei zwischen dem Messkopf (11) und der Maßverkörperung (7, 22) ein festgelegter Abstand eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (11) mittels eines Adapters (12) an einer feststehenden Komponente des Wälzlagers (1, 17) befestigt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Messkopf (11) und der Maßverkörperung (7, 22) mittels einer Lehre eingestellt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (11) in Axialrichtung oder in Radialrichtung an dem Adapter (12) befestigt ist.
Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (11) mit dem Adapter (12) verschraubt ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung (22) an einem fest mit einer drehbaren Komponente des Wälzlagers (17) verbundenen Anbauteil (21) angebracht ist.
Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (21) mit der drehbaren Komponente des Wälzlagers (17) verschraubt ist.