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DE10303876A1 - Messanordnung, Wälzlager und Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines Wälzlagerbauteils - Google Patents

Messanordnung, Wälzlager und Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines Wälzlagerbauteils Download PDF

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DE10303876A1
DE10303876A1 DE10303876A DE10303876A DE10303876A1 DE 10303876 A1 DE10303876 A1 DE 10303876A1 DE 10303876 A DE10303876 A DE 10303876A DE 10303876 A DE10303876 A DE 10303876A DE 10303876 A1 DE10303876 A1 DE 10303876A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resistor
measuring
movement
bearing component
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10303876A
Other languages
English (en)
Inventor
Alfred Pecher
Henry Van Der Knokke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
FAG Kugelfischer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FAG Kugelfischer AG filed Critical FAG Kugelfischer AG
Priority to DE10303876A priority Critical patent/DE10303876A1/de
Priority to US10/543,840 priority patent/US7263901B2/en
Priority to CN200480003109.5A priority patent/CN1751240B/zh
Priority to EP04704536A priority patent/EP1623237A1/de
Priority to JP2006501469A priority patent/JP4626770B2/ja
Priority to PCT/DE2004/000096 priority patent/WO2004068146A1/de
Publication of DE10303876A1 publication Critical patent/DE10303876A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
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  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung in einem Wälzlager zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines bewegbaren Lagerbauteils (2) gegenüber einem feststehenden Lagerbauteil (1), bei der die Messanordnung an oder in einem der Lagerbauteile (1, 2) angeordnet ist sowie untereinander zu einer Brückenschaltung (8) verschaltete elektrische Widerstände (R1, R2, R3, R4) umfasst, die druck- und/oder zugkraftabhängig ihren elektrischen Widerstand verändern. DOLLAR A Ein besonders kostengünstiger Aufbau der Messanordnung lässt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, dass vier Widerstände (R1, R2, R3, R4) der Brückenschaltung (8) in einem Messbereich (5) an einem Lagerbauteil (1, 2) parallel zur Bewegungsrichtung der Wälzkörper (3) bzw. des bewegbaren Lagerbauteils (2) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind, dass der Abstand (K) vom ersten Widerstand (R1) zum zweiten Widerstand (R2) genauso groß ist wie der Abstand (L) des dritten Widerstands (R3) zum vierten Widerstand (R4), und dass der Abstand (J) zwischen den beiden mittleren Widerständen (R2 und R3) größer ist als der Abstand (K, L) zwischen dem ersten Widerstand (R1) und dem zweiten Widerstand (R2) bzw. dem dritten Widerstand (R3) und dem vierten Widerstand (R4).

Description

  • Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, ein Wälzlager und ein Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines Wälzlagerbauteils gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1, 6 und 9.
  • Aus der DE 27 46 937 C2 ist ein sogenanntes Messwälzlager bekannt, bei dem eine auf das Wälzlager wirkende Kraft mittels dehnungsempfindlicher Sensoren erfasst wird, die an oder in dessen feststehenden Lagerschale angeordnet sind. Diese dehnungsempfindlichen Sensoren sind dabei als Dehnungsmesswiderstände ausgebildet und in einer Wheatstoneschen-Messbrücke miteinander verschaltet.
  • Darüber hinaus zeigt die DE 100 41 093 A1 ein Wälzlager mit dehnungsempfindlichen Sensoren, mit denen u.a. die Drehzahl einer drehbaren Wälzlagerschale ermittelbar ist. Bei diesen Sensoren handelt es sich um zwei einander zugeordnete Dehnungsmesswiderstände oder Dehnungswiderstand-Messbrückenschaltungen, die an der feststehenden äußeren Lagerschale angebracht sind. Die beiden Dehnungsmessstreifen können dabei so zueinander angeordnet sein, dass diese in Reihe geschaltet und jeweils um die Hälfte des Winkelabstandes der Wälzelemente in Drehrichtung zueinander versetzt in der Lagerschale angebracht sind. Zur Drehzahlmessung ist hinsichtlich dieser Messanordnung verfahrensgemäß vorgesehen, dass das von diesen beiden Sensoren beim Überrollen ihrer Befestigungsorte gewonnene Signal einer Auswerteschaltung zugeführt wird, in der die Signale einer Differenzbildung unterworfen werden. Die DE 100 41 093 gibt jedoch keinen Hinweis darauf, wie mit diesem Messlager die Laufrichtung der Kugeln des Wälzlagers und damit die Drehrichtung einer rotierenden Lagerschale bestimmbar ist.
  • Schließlich ist aus der DE 101 00 299 A1 eine Messanordnung in einem Wälzlager bekannt, mit der neben der auf dem Wälzlager lastenden Kraft auch die Drehzahl und die Laufrichtung der Wälzkörper im Lager ermittelbar ist. Diese Messanordnung zeichnet sich hinsichtlich der Drehrichtungserkennung dadurch aus, dass mehrere Paare von dehnungsempfindlichen Sensorelementen an oder auf einer Lagerschale in einem Winkelabstand zueinander angebracht sind, der annähernd ¼ des Winkelabstandes der im Wälzlager befindlichen Wälzkörper beträgt. Außerdem sind die Paare der Sensoren auf der Lagerschale derartig versetzt zueinander angeordnet, dass diese beispielsweise eine 12-Uhr-Position bzw. eine 9-Uhr-Position einnehmen. Bei einer ungeraden Anzahl der Wälzkörper im Lager ist gemäß dieser Druckschrift gewährleistet, dass die Messsignale von den beiden Sensorelementen der 12-Uhr-Position und denjenigen in der 9-Uhr-Position einen gegenseitigen Phasenversatz haben, mit dessen Hilfe die Laufrichtung der Wälzkörper und damit auch die Drehrichtung des beweglichen Lagerringes bestimmbar ist.
  • Wenn dagegen bei einer dazu alternativen Ausführungsform eine gerade Anzahl von Wälzkörpern im Wälzlager vorhanden ist, so lässt sich gemäß der DE 101 00 299 A1 die Laufrichtung der Wälzkörper durch die Messsignale von Sensorpaaren bestimmen, bei denen der gegenseitige Winkelversatz der Sensorpaare zwischen den in der 12-Uhr-Position und den in der 9-Uhr-Position angebrachten Sensoren etwas von der 90°-Position abweicht.
  • Letztlich offenbart diese Druckschrift, dass zur Bestimmung der Laufrichtung der Wälzkörper eine Auswerteeinrichtung notwenig ist, die von den beiden Sensorelementen eines jeden Sensorelementpaares erzeugten Signale empfängt und aus der Amplitude der Signalmodulation die relative Phasenposition jedes der Wälzkörper bezogen auf die Sensorelemente ermittelt. Aus dieser relativen Phasenposition kann dann schließlich auf die Laufrichtung der im Wälzlager geführten Bauteile geschlossen werden.
  • Dieser Aufbau der Messanordnung zur Bestimmung der Drehrichtung beispielsweise eines in einem Wälzlager geführten Bauteils ist vergleichsweise aufwendig. Insbesondere bedarf bei der Herstellung eines solchen Messlagers das Aufbringen der Sensorelemente eines jeden Sensorelementpaares sowie die winkelgenaue Positionierung der Sensorpaare zueinander einer sehr sorgfältigen und damit eher kostenintensiven Vorgehensweise.
    •
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, eine Bewegungsrichtungsmessvorrichtung für Wälzlager wie Dreh- und Linearlager vorzuschlagen, die einen besonders kostengünstigen und weniger komplexen Aufbau aufweist. Darüber hinaus soll ein Wälzlager mit einer solchen Messvorrichtung und ein Auswerteverfahren für ein von der Messvorrichtung erzeugtes Messsignal vorgestellt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
  • Die Erfindung geht demnach von einer Messanordnung an oder in einem Wälzlager zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines bewegbaren Lagerbauteils gegenüber einem vorzugsweise feststehenden Lagerbauteil aus, bei der die Messanordnung elektrische Widerstände (z. B. Dehnungsmesswiderstände) umfasst, die druck- und/oder zugkraftabhängig ihren elektrischen Widerstand verändern und untereinander in einer Brückenschaltung verschaltet sind.
  • Hinsichtlich einer solchen Messanordnung ist vorgesehen, dass vier Widerstände der Brückenschaltung in einem Messbereich an einem der Lagerbauteile parallel zur Bewegungsrichtung der Wälzkörper bzw. des bewegbaren Lagerbauteils in einer Reihe hintereinander angeordnet sind, dass der Abstand K vom ersten Widerstand zum zweiten Widerstand genauso groß ist wie der Abstand L des dritten Widerstands zum vierten Widerstand, und dass der Abstand J zwischen den beiden mittleren Widerständen größer ist als der Abstand K bzw. L zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand bzw. dem dritten Widerstand und dem vierten Widerstand.
  • Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass im Unterschied zu den Lösungen des Standes der Technik mit nur einem Sensor in dem Messlager ein Messsignal erzeugbar ist, das Aufschluss über die Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils und damit über die Bewegungsrichtung des von dem Lager gelagerten Bauteils gibt. Von besonderer Bedeutung hinsichtlich der praktischen Nutzung der Erfindung ist, dass die elektrischen Widerstände des Drehrichtungssensors an einer beliebigen Stelle an dem Messlager angeordnete sein können, wenngleich darauf zu achten ist, dass eine Kraft F über die Wälzkörper auf die Messanordnung einwirken kann.
  • Darüber hinaus ist eine sehr präzise Anordnung der Widerstände der Messbrücke nicht notwendig, da schon eine grobe Asymmetrie bei den Abständen der Widerstände zueinander ausreicht, um ein links- oder rechtsschiefes Messsignal zu erzeugen, welches eine Aussage über die Drehrichtung zulässt. Solche Messwälzlager können daher sehr kostengünstig hergestellt und mit Vorteil zur Lagerung von rotierenden oder linear bewegten Bewegungselementen wie etwa Pumpen, Pneumatikvorrichtungen, Kolben-Zylinder-Anordnungen oder Dichtsystemen eingesetzt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erzeugung eines besonders eindeutigen Messsignals der Messbrücke vorgesehen, dass der Abstand H zwischen dem ersten Widerstand und dem dritten Widerstand sowie der Abstand G zwischen dem zweiten Widerstand und der vierten Widerstand genauso groß ist wie der Abstand zwischen zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Wälzkörpern.
  • Zur Vergrößerung der Anzahl der beispielsweise pro Umdrehung des bewegten Lagerbauteils ermittelbaren Messwerte und damit zur Verbesserung der statistischen Aussagekraft der Messwerte kann auch mehr als nur eine der erfindungsgemäßen Messbrücken an dem Messlager angebracht sein und mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sein. Die Anordnung der Messbrücken erfolgt vorzugsweise an dem unbewegten Lagerbauteil.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Wälzlager, in oder an dessen Lagerbauteil die Widerstände der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einem beliebigen Bereich angebracht sind. Dieser Messbereich liegt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Umfangsnut eines feststehenden Lageraußenringes oder in einer Längsnut eines feststehenden Linearlagerbauteils, in der die Widerstände der Messbrücke samt der zu der Messbrücke gehörenden Verbindungsleitungen aufgesputtert sind. In einer anderen Variante können diese elektrischen Widerstände aber auch als Dehnungsmessstreifen auf einem flexiblen Substratträger aufgebracht und zusammen mit diesem in der genannten Nut eingeklebt sein. Bei der Form der DMS-Messstreifen können handelsübliche rechteckige oder auch DMS-Messstreifen in einer beliebigen Grundform verwendet werden.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bestimmung der Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils mit einem Messsignal der erfindungsgemäßen Messanordnung. Bei diesem Auswerteverfahren wird das Messsignal M der Messbrücke mit den genannten Widerständen hinsichtlich des Links- oder Rechtslaufes des beweglichen Lagerbauteils dahingehend analysiert, ob das jeweilige positive Amplitudenmaximum Amax1 zu einem Zeitpunkt auftritt, der zeitlich nicht in der Mitte tsym zwischen dem Auftreten von zwei aufeinander folgenden negativen Amplitudenmaxima Amin1, Amin2 liegt.
  • Darüber hinaus kann festgestellt werden, ob das jeweilige negative Amplitudenmaximum Amin1 des Messsignals M zu einem Zeitpunkt auftritt, der sich zeitlich nicht in der Mitte tsym zwischen dem Auftreten von zwei aufeinander folgenden positiven Amplitudenmaxima Amax1, Amax2 befindet.
  • Verfahrensgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils durch ein Auswerteprogramm ermittelt wird, das die Gleichung
    Figure 00060001
    nutzt, bei der ein positives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die Drehrichtung in die eine Richtung und ein negatives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die entgegengesetzte Bewegungsrichtung angibt.
  • Zudem kann die Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils durch das Auswerteprogramm bei Nutzung der Gleichung
    Figure 00060002
    bestimmt werden, bei der ein positives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die Bewegungsrichtung in die eine Richtung und ein negatives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die entgegengesetzte Bewegungsrichtung angibt.
  • Schließlich kann verfahrensgemäß vorgesehen sein, dass die Berechnungsergebnisse der Gleichung Gl.1 und der Gleichung Gl.2 miteinander verglichen werden und die Vorzeichen bei Vorzeichenübereinstimmung als wahrer Bewegungsrichtungsindikator betrachtet werden, um diesen anschließend einer weiteren Informationsverwertung zur Verfügung zu stellen. Bei einer Abweichung der durch die beiden Berechnungen (Gl.1, Gl.2) ermittelten Vorzeichen voneinander werden die Mess- und Berechnungsergebnisse zumindest teilweise verworfen und erneute Messungen und Berechnungen zur Bewegungsrichtungsbestimmung durchgeführt.
    •
  • Die erfindungsgemäße Messanordnung, ein Wälzlager mit der Messanordnung und ein Verfahren zur Auswertung des von der Messanordnung erzeugten Messsignals sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen lassen sich anhand von konkreten Ausführungsbeispielen erläutern, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigen
  • 1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager,
  • 2 eine Draufsicht auf den Umfang des Lagers gemäß 1 im Bereich der Messbrücke,
  • 3 die elektrische Messbrückenschaltung gemäß 2 in vereinfachter Darstellung,
  • 4 ein Vergleich einer Widerstandsanordnung einer Messbrücke gemäß dem Stand der Technik mit einer erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung,
  • 5 eine Darstellung eines von der erfindungsgemäßen Messbrücke erzeugten Messsignals mit Messpunkten zur Berechnung der Bewegungsrichtung eines Lagerbauteils, und
  • 6 eine Darstellung wie in 5 mit anderen Messpunkten.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt demnach eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzlagers, bei dem ein feststehender Außenring 1 mittels Wälzkörper 3 einen Innenring 2 drehbar lagert. Dieser Innenring 2 dient zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Bauteils, welches auf den Innenring 2 eine Kraft F ausübt. Wie dieser Darstellung entnehmbar ist, wirkt diese Kraft F über den Innenring 2 und die Wälzkörper 3 auf den Außenring 1.
  • An der Umfangsfläche des Außenringes 1 sind in einem Messbereiche 5 Messwiderstände R1, R2, R3, R4 befestigt, die dehnungsabhängig ihren elektrischen Widerstand verändern und mit denen daher die Verformung des Außen ringes 1 beim Überrollen eines jeden Messwiderstandes R1, R2, R3, R4 durch die Wälzkörper 3 feststellbar ist.
  • Darüber hinaus verdeutlicht 1, dass an dem drehbaren Lageraußenring 1 auch eine zweite Messbrücke mit Widerständen R11, R21, R31, R41 in einem Messbereich 6 angeordnet sein kann, die zur Erzeugung eines vergleichbaren Messsignals wie die erste Messbrücke im Messbereich 5 vorgesehen und geeignet ist. Diese zweite Messbrücke wird aber nur dann vorzusehen sein, wenn etwa zur Vergrößerung der Anzahl der Messwerte oder zur Verifizierung der Messwerte der ersten Messbrücke weitere Messwerte gewünscht werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang aber, dass die beiden Messbrücken mit den Widerständen R1, R2, R3, R4 bzw. R11, R21, R31, R41 hinsichtlich ihres Abstandes zueinander nicht sonderlich ausgerichtet sind. Es ist allenfalls darauf zu achten, dass die beiden Messbereiche 5, 6 der Kraft F zur Verformung der genannten Widerstände über die Wälzkörper 3 ausgesetzt sind.
  • Wie 2 verdeutlicht, sind die Messwiderstände R1, R2, R3, R4 vorzugsweise in einer Umfangsnut 4 des Außenringes 1 platziert sowie in einem Aufklebe- oder Besputteerungsbereich 7 so angeordnet, dass jeweils zwei Widerstände R1, R2 und R3, R4 jeweils eine Paar bildend achsparallel zur Bewegungsrichtung des Innenringes 1 bzw. der Wälzkörper 3 positioniert sind.
  • Die Widerstände R1, R2, R3, R4 sind untereinander zu einer Messbrücke 8 verschaltet, die in einem einfachen Schaltschema in 3 dargestellt ist. Diese Messbrücke 8 wird in an sich bekannter Weise mit einer Spannung U beaufschlagt und liefert über die Kontaktstellen V- und V+ ein Messsignal M.
  • Wie 4 in der oberen Hälfte der Darstellung zeigt, sind bei bekannten Messbrücken die elektrischen Widerstände so angeordnet, dass diese gleiche Abstände B, C, D zueinander haben und keine Paarbildung vorgesehen ist.
  • Im unteren Teil von 4 ist dagegen die erfindungsgemäße Anordnung der elektrischen Widerstände R1, R2, R3, R4 der Messbrücke 8 dargestellt, mit der in diesem Beispiel die Drehrichtung des Innenringes 2 feststellbar ist. Wie 4 zeigt, sind die Widerstände R1, R2, R3, R4 dazu parallel zur Bewegungsrichtung der Wälzkörper 3 bzw. des bewegbaren Lagerinnenringes 2 derart in einer Reihe hintereinander so angeordnet, dass die Widerstände R1 und R3 sowie die Widerstände R2 und R4 jeweils ein Paar bildend im Vergleich zur Anordnung nach dem Stand der Technik gegeneinander verschoben sind. Dabei ist der Abstand K vom ersten Widerstand R1 zum zweiten Widerstand R2 genauso groß ist wie der Abstand L des dritten Widerstands R3 zum vierten Widerstand R4. Zudem ist der Abstand J zwischen den beiden mittleren Widerständen R2 und R3 größer als die Abstände K und L zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem zweiten Widerstand R2 bzw. dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Widerstand R4.
  • Darüber hinaus ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand H zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem dritten Widerstand R3 sowie der Abstand G zwischen dem zweiten Widerstand R2 und dem vierten Widerstand R4 genauso groß ist wie der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wälzkörpern 3.
  • Eine solche Messbrücke erzeugt beim Überrollen der Widerstände R1, R2, R3, R4 ein Messsignal M, das beispielhaft in 5 und 6 dargestellt ist. Wie diese Abbildungen verdeutlichen, weisen die gemessenen Spannungsverläufe keinen symmetrischen, sondern einen unsymmetrischen Kurvenverlauf auf. Diese Unsymmetrie hat ihre Ursache darin, dass der Abstand K bzw. L zwischen zwei Widerständen R1, R2 bzw. R3, R4 in der Messbrücke 8 kleiner ist als der Abstand J zwischen zwei unmittelbar benachbarten Widerständen R2, R3. Die Überlagerung der beiden Widerstandsänderungen der Widerstände R1, R2 führt sodann zu einer asymmetrischen Verformung des Messsignals M der Messbrücke B.
  • Der Grad der Asymmetrie ist in 5 und 6 zwar übertrieben dargestellt, dies verdeutlicht aber sehr gut, dass beispielsweise in 5 die positive Maximalamplitude Amax1 des Messsignals M zu einem Zeitpunkt tmax1 auftritt, der um einen Zeitraum t, deutlich vor dem Zeitpunkt tsym liegt, an dem bei einem symmetrischen Messsignalverlauf das Amplitudenmaximum eigentlich stattfinden müsste. Dieser Zeitpunkt tsym ergibt sich aus einer Halbierung des Zeitraumes tA, der zwischen dem Auftreten von zwei negativen Amplitudenmaxima Amin1 Und Amin2 Zu den Zeitpunkten tmin1 und tmin2 liegt.
  • Mit Hilfe der Gleichung
    Figure 00100001
    lässt sich aus den Messwerten tmin1 und tmin2 der Zeitpunkte für das Auftreten von zwei aufeinander folgenden negativen Amplitudenmaxima Amin1 und Amine sowie mit tmin1 für den Zeitpunkt des positiven Amplitudenmaximums Amax1, die Symmetrie der Messkurve M berechnen.
  • Bei dem Ergebnis dieser Berechnung kommt es hinsichtlich der Ermittlung der Bewegungsrichtung auf dessen Vorzeichen an, dem eine definierte Bewegungsrichtung zugeordnet wird. So hängt es von der Einbaulage eines erfindungsgemäßen Messlagers ab, ob ein linksdrehendes Messlager einen positiven oder negativen Berechnungswert erzeugt. Ist jedoch erst einmal einer bestimmten Bewegungsrichtung ein Vorzeichen zugeordnet und wird das Lager definitionsgemäß verbaut, so ergibt die Bewegungsrichtungsberechnung einen zuverlässigen Wert hinsichtlich der tatsächlichen Drehrichtung des Lagers.
  • Da man vorzugsweise nicht für jede einzelne Halbperiode des Messsignals M einen Wert für die Drehrichtung bekommen möchte, wird folgende Symmetrieberechnung der Messkurve M mehrfach durchgeführt:
    Figure 00100002

    bei der die Messwerte tmax1 und tmax2 für die Zeitpunkte für das Auftreten von zwei aufeinander folgenden positiven Amplitudenmaxima sowie tmin1 für den Zeitpunkt des negativen Amplitudenmaximums Amin1 bedeuten.
  • 6 zeigt die Messkurve M in einem Zeitabschnitt, in dem die Messungen für die Berechnung mit der zweiten Gleichung Gl.2 durchgeführt werden.
  • Darin wird deutlich, dass die beiden positiven Maximalamplituden Amax1 und Amax2 Zu Zeitpunkten tmax1 bzw. tmax2 auftreten, während das negative Amplitudenmaximum Amin1 um einen Zeitraum t2 später eintritt, als dies bei einem symmetrischen Signalverlauf zu erwarten gewesen wäre. Dieser Symmetriezeitpunkt tsym befindet sich nämlich in der Mitte des Zeitraumes tA, der zwischen dem Auftreten der beiden positiven Amplitudenmaxima Amax1 und Amax2 zu Zeitpunkten tmax1 bzw. tmax2 liegt.
  • Durch diese zweite Berechnung erhält man einen zweiten Ergebniswert für die Symmetrie des Messsignals, so dass mit einem anschließenden Vorzeichenvergleich der Berechnungsergebnisse der Gleichungen Gl.1 und Gl.2 die Sicherheit der Bewegungsrichtungsbestimmung erhöht werden kann. Der ermittelte Vorzeichen- bzw. Bewegungsrichtungswert wird dabei nur dann zur weiteren Informationsverarbeitung (z. B. Anzeigevorrichtung, Steuerungscomputer) weitergegeben, wenn beide Berechnungsergebnisse zu dem gleichen Vorzeichenwert geführt haben. Sofern die Berechnungen unterschiedliche Vorzeichen ergeben, werden die ermittelten Werte gemittelt (vorzugsweise über eine ungerade Anzahl von Einzelergebnissen gemittelt) und ein erneutes Mess- und Berechnungsverfahren zur Bewegungsrichtungsbestimmung durchgeführt.
    • 1
    Außenring
    2
    Innenring
    3
    Wälzkörper
    4
    Nut
    5
    Messbereich
    6
    Messbereich
    7
    Aufklebe- oder Besputteerungsbereich
    8
    Messbrücke
    Amax
    Positives Amplitudenmaximum
    Amax
    Negatives Amplitudenmaximum
    B
    Strecke
    C
    Strecke
    D
    Strecke
    F
    Kraft
    G
    Strecke
    H
    Strecke
    J
    Strecke
    K
    Strecke
    L
    Strecke
    M
    Asymmetrisches Messsignal
    R1
    Messwiderstand
    R2
    Messwiderstand
    R3
    Messwiderstand
    R4
    Messwiderstand
    R11
    Messwiderstand
    R21
    Messwiderstand
    R31
    Messwiderstand
    R41
    Messwiderstand
    U
    Versorgungsspannung
    V
    Messspannung
    t
    Zeit
    tA
    Zeitraum zwischen dem Auftreten von zwei aufeinander folgen
    den Amplitudenmaxima
    tsym
    Zeitpunkt in der Mitte von tA
    tmax1
    Zeitpunkt eines positiven Amplitudenmaximums
    tmax2
    Zeitpunkt eines positiven Amplitudenmaximums
    tmin1
    Zeitpunkt eines negativen Amplitudenmaximums
    tmin2
    Zeitpunkt eines negativen Amplitudenmaximums
    Δt1
    Zeitraum Symmetrieverschiebung
    Δt2
    Zeitraum Symmetrieverschiebung

Claims (12)

  1. Messanordnung an oder in einem Wälzlager zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines bewegbaren Lagerbauteils (2) gegenüber einem feststehenden Lagerbauteil (1), wobei zwischen den beiden Lagerbauteilen (1, 2) Wälzkörper (3) angeordnet sind, und bei der die Messanordnung elektrische Widerstände (R1, R2, R3, R4) umfasst, die druck- und/oder zugkraftabhängig ihren elektrischen Widerstand verändern sowie in einer Brückenschaltung (8) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass vier Widerstände (R1, R2, R3, R4) der Brückenschaltung (8) in einem Messbereich (5) an einem Lagerbauteil (1, 2) parallel zur Bewegungsrichtung der Wälzkörper (3) bzw. des bewegbaren Lagerbauteils (2) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind, dass der Abstand (K) vom ersten Widerstand (R1) zum zweiten Widerstand (R2) genauso groß ist wie der Abstand (L) des dritten Widerstands (R3) zum vierten Widerstand (R4), und dass der Abstand (J) zwischen den beiden mittleren Widerständen (R2 und R3) größer ist als die Abstände (K, L) zwischen dem ersten Widerstand (R1) und dem zweiten Widerstand (R2) bzw. dem dritten Widerstand (R3) und dem vierten Widerstand (R4).
  2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (N) zwischen dem ersten Widerstand (R1) und dem dritten Widerstand (R3) sowie der Abstand (G) zwischen dem zweiten Wider stand (R2) und dem vierten Widerstand (R4) genauso groß ist wie der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wälzkörpern (3).
  3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1, R2, R3, R4) an einem feststehenden Lagerbauteil (1, 2) angeordnet sind.
  4. Messanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lager mehr als eine Messbrücke (8) in benachbarten Messbereichen angeordnet sind, die mit einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung verbunden sind.
  5. Messanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (R1, R2, R3, R4) als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind.
  6. Wälzlager mit einer Messanordnung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Widerstände (R1, R2, R3, R4) einer Messbrücke (8) in einem Aufklebe- oder Besputterungsbereich (7) in oder an einem Lagerbauteil (1, 2) aufgeklebt oder aufgesputtert sind, wobei der Aufklebe- oder Besputterungsbereich (7) bevorzugt in einer Nut (4) eines feststehenden Lagerbauteils angeordnet ist.
  7. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil als Lageraußenring (1) eines Drehlagers ausgebildet ist.
  8. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Linearlager ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Bestimmung der Bewegungsrichtung des beweglichen Wälzlagerbauteils mit einem Messsignal (M) der Messanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (M) hinsichtlich des Links- oder Rechtslaufes des beweglichen Lagerbauteils (2) dahingehend analysiert wird, ob das jeweilige positive Amplitudenmaximum (Amax1) zu einem Zeitpunkt auftritt, der zeitlich nicht in der Mitte (tsym) zwischen dem Auftreten von zwei aufeinander folgenden negativen Amplitudenmaxima (Amin1, Amin2) liegt, oder ob das jeweilige negative Amplitudenmaximum (Amin1) des Messsignals (M) zu einem Zeitpunkt auftritt, der sich zeitlich nicht in der Mitte (tsym) zwischen dem Auftreten von zwei aufeinander folgenden positiven Amplitudenmaxima (Amax1, Amax1) befindet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils (2) durch ein Auswerteprogramm ermittelt wird, das die Gleichung
    Figure 00160001
    nutzt, bei der ein positives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die Bewegungsrichtung in die eine Richtung und ein negatives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die entgegengesetzte Richtung angibt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des beweglichen Lagerbauteils (2) durch ein Auswerteprogramm ermittelt wird, das die Gleichung
    Figure 00160002
    nutzt, bei der ein positives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die Bewegungsrichtung in die eine Richtung und ein negatives Vorzeichen des Gleichungsergebnisses die entgegengesetzte Richtung angibt.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsergebnisse der Gleichung Gl.1 und der Gleichung Gl.2 miteinander verglichen werden und bei Vorzeichenübereinstimmung als wahrer Bewegungsrichtungsindikatoren bewertet und einer weiteren Informationsverwertung zur Verfügung gestellt werden, während bei einer Abweichung der durch die beiden Berechnungen (Gl.1, Gl.2) ermittelten Vorzeichen voneinander die Mess- und Berechnungsergebnisse über eine ungerade Anzahl von Einzelergebnissen gemittelt werden.
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