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Dokumentenidentifikation DE4112120A1 15.10.1992
Titel Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen der Qalität von keramischen Rollkörpern
Anmelder FAG Kugelfischer Georg Schäfer KGaA, 8720 Schweinfurt, DE
Erfinder Mecher, Franz, 8700 Würzburg, DE
DE-Anmeldedatum 13.04.1991
DE-Aktenzeichen 4112120
Offenlegungstag 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse G01N 9/02
IPC-Nebenklasse G01M 1/00   G01M 13/04   G01B 21/02   
IPC additional class // B07C 5/36  
Zusammenfassung Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen der Qualität von keramischen Rollkörpern.
Um bei Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlicher Dichte eine sichere Ermittlung der gleichmäßig hohen Qualität von Rollkörpern zu erreichen, wird an den Rollkörpern die Kombination einer Dimensions-, Gewichts- und Unwuchtmessung vorgenommen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen der Qualität von Rollkörpern sind bereits bekannt. So ist es seit vielen Jahrzehnten üblich, die Rollkörper nach der Fertigung nach ihrer Abmessung zu sortieren, ihre Oberfläche zu überprüfen und jene auszusondern, die bestimmten Vorstellungen nicht entsprechen. Aus der DE-PS 29 00 663 ist es auch bekannt, zusätzlich noch die Unwucht der Rollkörper zu ermitteln. Mit Hilfe des dort beschriebenen Meßgerätes FAG-MGR 25 kann man auf die innere Homogenität von Zylinderrollen schließen und diejenigen aussortieren, die eine ungleichmäßige Massenverteilung haben. Für Kugeln gibt es das Unwuchtmeßgerät FAG-MGR 26.

Da bisher Rollkörper im wesentlichen aus Stahl hergestellt wurden, hat man die Überprüfung ihrer Fertigungsqualität nach den oben genannten Methoden als abgeschlossen ansehen können. Bei der Verwendung von Stahl sind nämlich Abweichungen in der Dichte so gering, daß man weitere Messungen für nicht erforderlich hielt. Diese Überlegung gilt aber nicht mehr, wenn Materialen, wie beispielsweise Sinterwerkstoffe Verwendung finden, bei denen Dichteschwankungen vorkommen können.

Es besteht daher die Aufgabe ein Verfahren aufzuzeigen, mit dessen Hilfe auch bei der Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlicher Dichte eine sichere Ermittlung der gleichmäßig hohen Qualität von Rollkörpern ermöglicht wird.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegeben, wobei die Überwindung eines Vorurteils erforderlich war, denn bisher war eine zusätzliche Ermittlung der Dichte nicht erforderlich.

Mit der Ermittlung der Rollkörperabmessung, des Gewichts und kombiniert mit einer Unwuchtmessung wird ein möglicher Unterschied in der Dichte ermittelt, um damit die innere Beschaffenheit des Materials zu ergründen: Porosität, Inklusionen, Dichteschwankungen über den Querschnitt. So läßt sich für Keramikrollkörper, die für den Hochgeschwindigkeitsbereich bestimmt sind, der notwendige Gütenachweis erbringen. Solche Rollkörper drehen sich mit etwa 100 000 Umdrehungen in der Minute um die eigene Achse.

Die gesamte technische Entwicklung von gesinterten keramischen Werkstoffen geht dahinaus, wie es beim Stahl der Fall ist, einen gleichförmigen Werkstoff zu erhalten, was Dichte, innere Struktur und mechanische Eigenschaften betrifft. Dies ist beispielsweise mit dem heißisostatisch gepreßten Siliziumnitrid auch weitgehend gelungen. Eine ganze Reihe besonderer Maßnahmen zur Sicherung der Qualität weist eventuelle Fehler schon an den Rohlingen aus, womit solche Werkstücke rechtzeitig ausgeschieden werden. Von fertiggestellten Rollkörpern aus Keramik setzt man dann Eigenschaften voraus wie beim Stahl. Das ist aber ein Vorurteil, weil gesintertes Material Poren, Inklusionen aus Metall und Unterschiede in der Dichte auch nach einer Vorprüfung des Halbzeugs haben kann.

Das geringe spezifische Gewicht von Keramik (40% dessen von Stahl) läßt es nicht naheliegend sein, daß man auf die innere Güte durch eine Gewichtsbestimmung schließen kann, weil kleinen Masseschwankungen schon recht große Rauminhalte (Hohlstellen, Poren) entsprechen. Die hier dargelegte Lösung teilt eben deswesen die Sortentoleranz der Abmessung und des Gewichts in je drei Bereiche auf. Dadurch reduzieren sich die bestimmbaren Fehlstellen auf ein brauchbares Maß.

Aus einer Menge fertiggeläppter Keramikrollkörper, die alle auch eine entsprechende Oberflächenqualität haben, können also jene herausgefunden werden, die in ihrem Inneren Fehler haben, wie Poren, Metalleinschlüsse, eine unterschiedliche Dichte und Dichteschwankungen über den Querschnitten, d. h. die Fehler, die Rollkörper für einen Hochgeschwindigkeitseinsatz ungeeignet machen.

Im praktischen Ablauf kann man also zunächst beim gewohnten Messen der geometrischen Abmessungen die Sortentoleranz unterteilen, und zwar in einen Kernbereich von ±20% um den Nennwert und in zwei Randbereiche von je 30% auf der Größtwert- und auf der Kleinstwertseite. Nach dem Messen, z. B. der Kugeldurchmesser, ergeben sich somit "kleine", "normale" und "große" Kugeln.

Als nächstes werden die Rollkörper gewogen. Auch hier unterteilt man die Sortentoleranz wie oben beschrieben. Es ergeben sich "leichte", "normal schwere" und "schwere" Rollkörper.

Die Meßergebnisse werden wie folgt interpretiert:

Alle Rollkörper mit quasiproportionalen Werten bei Abmessung und Gewicht haben mit großer Wahrscheinlichkeit die gleiche Dichte und sind frei von Hohlstellen und Fremdkörpereinschlüssen, wenn sie keine Unwucht aufweisen. Das mit diesen Rollkörpern ermittelte mittlere Gewicht gilt als Nennwert bei der Gewichtsbestimmung.

Die "großen" Rollkörper, die gleichzeitig leicht sind, haben entweder Hohlräume, Poren oder gehören zu einer anderen Charge mit einer kleineren Dichte.

Die "kleinen" Rollkörper, die gleichzeitig schwer sind, haben entweder Inklusionen oder gehören zu einer Charge mit größerer Dichte.

Mit der Messung der Unwucht lassen sich schließlich die Rollkörper nach ihren Gütemerkmalen sortieren:

  • 1. ohne Unwucht gleiche Dichte, keine Hohlstellen, keine Inklusionen.
  • 2. schwere, gleicher Dichte, ohne Poren und Fremdkörper.
  • 3. leichtere, gleicher Dichte, ohne Poren und Fremdkörper.
  • 4. mit Unwucht durch Poren oder/und Inklusionen, innere Dichteschwankungen.


Die Vorteile, die mit der Erfindung erzielt werden, bestehen darin, daß man für Hochgeschwindigkeitslager Rollkörper von praktisch gleicher Qualität ermitteln kann, die aus derselben Keramikcharge oder vergleichbaren Chargen stammen, von gleichem spezifischem Gewicht sind, die die gleichen Abmessungen haben und keine oder nur eine kleine akzeptierte Unwucht aufweisen. Diese Rollkörper sind weitgehend frei von Poren und Einschlüssen.

Nach dieser zerstörungsfreien Prüfung und Sortierung stehen alle fertigbearbeiteten Rollkörper für eine Verwendung entsprechend ihrer Güteklasse zur Verfügung.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen der Qualität von Rollkörpern aus keramischem Werkstoff für hochtourige Wälzlager gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Schritte:

    a. Dimensionsmessung

    b. Gewichtsmessung

    c. Unwuchtmessung.






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