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Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing.

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2 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing. Prüfstand zur Untersuchung des Wälzlagerbewegungsverhaltens

3 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 2 Inhalt Motivation und Zielstellung Prüfstands- und Messaufbau Prüfstand Hochgeschwindigkeitskamera Audioaufnahmen und Beschleunigungssensorik Auswertung Vorgehen Auswertung Audioaufnahmen und Messdaten Ergebnis Auswertung Audioaufnahmen und Messdaten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen Vorgehen Bildauswertung – Grundsätzliches Zhou-Operator Star-Operator Ergebnis Auswertung Testlager Anpassung Prüfstand Ergebnis Auswertung – Stützlagerung Stabiles Bewegungsverhalten instabiles Bewegungsverhalten Kopplung Prüfstand und Prüfstandsumgebung Kontakt PTW Grundlagen Wälzlagerung – Lagerkinematik Grundlagen Wälzlagerung – Käfigspiel und Orbitalbewegung

4 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 3 Motivation und Zielstellung Bildquelle: Identifikation der Ursachen für Käfigrasseln und Käfiginstabilität Verständnis hinsichtlich des Käfigbewegungsverhaltens Handlungsempfehlungen für die Wälzlagergestaltung Unerwünschte Wälzlagergeräusche Käfiginstabilität Wälzlagerschaden  Käfigbrüche Unbekanntes Bewegungsverhalten Motivation Zielsetzung Inhalt

5 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 4 Motivation und Zielstellung Grundlagen Wälzlagerung – Lagerkinematik Inhalt Einflussfaktoren in Schrägkugellagern Lagerspiel Vorspannung (axial) Drehzahl Temperatur Schmierung externe Kräfte/Lasten Vorspannung α * – Kontaktwínkel unter Vorspannung α 0 – Nominaler Kontakt Winkel Die Vorspannung erhöht den Kontaktwinkel Zentrifugalkraft Zentrifugalkräfte erhöhen den Kontaktwinkel α i und verringern den Kontaktwinkel α o. α * – Kontaktwínkel unter Vorspannung und Temperatur Temperaturdifferenz führt zu einem verringerten Kontaktwinkel

6 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 5 Motivation und Zielstellung Grundlagen Wälzlagerung – Käfigspiel Inhalt Bewegung Käfigmittelpunkt – Käfigorbitalbewegung stabilinstabil Bildquelle: Boesiger et al. - An Analytical and Experimental Investigation of Ball Bearing Versuchsbedingungen: Drehzahl:~ 4000 U/min Wälzlager:Wellendurchmesser: 30 mm Außendurchmesser: 62 mm Käfigtaschen und Käfigführungsspiel bestimmen den Bewegungsradius des Käfigs typische Werte ~ 0,5 mm

7 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 6 Prüfstands- und Messaufbau Prüfbock Grundplatte Gehäuse Welle Stützlager (HC 6206) Öl-Luft-Zufuhr zu untersuchendes Wälzlager Spindellager 7014 Spindellager Zylinderrollenlager 1014 Loslagerbuchse Vorspanndeckel Antriebsspindel der Fa. Weiss Leistungsdaten: PMSM (innenliegende Magnete) Polpaarzahl: 2 max. Drehzahl: rpm Motornennstrom: 42 A (eff) Drehmomentkonstante: 0,9 Nm Antriebsspindel der Fa. Weiss Leistungsdaten: PMSM (innenliegende Magnete) Polpaarzahl: 2 max. Drehzahl: rpm Motornennstrom: 42 A (eff) Drehmomentkonstante: 0,9 Nm Spindellagerbock Prüfstand Kupplung Inhalt

8 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 7 Prüfstands- und Messaufbau Kopplung Prüfstand und Prüfstandsumgebung Inhalt

9 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 8 Prüfstands- und Messaufbau MotionPro Y4-Speed Grade x 1024; x 256; x 8 ; Triggerfähigkeit Ringspeicher Pre- and Posttrigger Burstfunktion (BROC-Burst-Record-ON-Command) MotionPro Y4-Speed Grade x 1024; x 256; x 8 ; Triggerfähigkeit Ringspeicher Pre- and Posttrigger Burstfunktion (BROC-Burst-Record-ON-Command) Pre-TriggerPost-Trigger Zeit T –Triggerzeitpunkt gesamte Aufnahmezeit Zeit BROC-Länge gesamte Aufnahmezeit: A + B AB TT T TT *fps: Frames per Second – Bilder pro Sekunde Hochgeschwindigkeitskamera Inhalt

10 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 9 Prüfstands- und Messaufbau Audio-Aufnahmen mit handelsüblichem Mikrofon und Verstärker Aufnahme über Messrechner Abtastfrequenz: Hz Audio-Aufnahmen mit handelsüblichem Mikrofon und Verstärker Aufnahme über Messrechner Abtastfrequenz: Hz Audioaufnahmen Audio-Aufnahmen mit Messmikrofon Aufnahme über DSpace und Messrechner Abtastfrequenz: Hz Audio-Aufnahmen mit Messmikrofon Aufnahme über DSpace und Messrechner Abtastfrequenz: Hz Beschleunigungssensorik Bildquelle: Brüel & Kjaer Sensortyp 4520 Gewicht:2,9 g Sensitivität Hz):1 mV/ms-2 bzw. 10 mV/g Frequenzbereich (x, y, z):2 Hz – 7000 Hz Messbereich (± peak):500 g Resonanzfrequenz:30-40 kHz Inhalt

11 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 10 Auswertung Vorgehen Auswertung Audioaufnahmen und Messdaten Fast Fourier Transformation (FFT) Wasserfalldiagramm/3D-PlotSynchronisierte Audiodatei Auswertung Drehzahl-Zeit-DiagrammMessdaten Inhalt

12 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 11 Amplitude Frequenz Wasserfalldiagramm/3D-Plot Drehzahl-Zeit-Diagramm Ergebnis Auswertung Audioaufnahmen und Messdaten Wälzlager: Hersteller: FAG Lagertyp: Schrägkugellager Bezeichnung:HCB 7014-EDLR-T-P4S-UL Vorspannung: 530 N Öl-Luftschmierung: keine max. Drehzahl: U/min Auswertung Inhalt

13 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 12 Auswertung 1024 ca.102 mm aufgenommen mit 5100 fps Wellendrehzahl U/min  250 Hz Käfigdrehzahl ca U/min  125 Hz  ca. 41 Bilder pro Umdrehung Auflösung 1024 x 1024 Hochgeschwindigkeitsaufnahmen 1 Pixel = 0,1 mm Inhalt

14 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 13 Auswertung Vorgehen Bildauswertung – Grundsätzliches x Bild 1 - Detektion Käfigaußenkante Bestimmung des Käfig-Mittelpunktes Bild 2 - Detektion Käfigaußenkante x Bestimmung des Käfig-Mittelpunktes Bild n - Detektion Käfigaußenkante x Bestimmung des Käfig-Mittelpunktes … Inhalt

15 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 14 Auswertung x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Vorgehen Bildauswertung – Zhou-Operator Inhalt

16 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 15 Auswertung Vorgehen Bildauswertung – Star-Operator iteratives Vorgehen, Start bei Mittelpunkt COM exakt zeitaufwändig Iteration Inhalt

17 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 16 Exemplarisches Ergebnis Auswertung Wälzlager 71914/7014/1014 Auswertung Zhou-Operator: je 200 vertikale und horizontale Sehnen Drehzahl 3000 U/min Kein Rasseln hörbar Rasseln hörbar Kein signifikanter Unterschied im Käfigbewegungsverhalten feststellbar. Inhalt

18 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 17 Modifikationen Anpassung Prüfstand Testlager Gehäuse Stütz- lager 1 Stütz- lager 2 Welle Loslagerbuchse Vorspanndeckel Untersuchung des Testlagers verkürzte Welle Untersuchung der Stützlager Wälzlager: GMN B 6206 Wellendurchmesser: 30 mm Außendurchmesser: 62 mm Inhalt LED-Spot

19 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 18 Auswertung nach Modifikation Ergebnis Auswertung – Stützlagerung Kein Rasseln hörbar Rasseln hörbar Zhou-Operator: je 200 vertikale und horizontale Sehnen Drehzahl 3000 U/min Inhalt

20 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 19 Auswertung nach Modifikation Ergebnis Auswertung – Stützlagerung – stabiles Bewegungsverhalten kreisförmige Umlaufbahn abwechselnd auf zwei Bahnen umlaufen gleichmäßige Geschwindigkeit Inhalt

21 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 20 Auswertung nach Modifikation Ergebnis Auswertung – Stützlagerung – instabiles Bewegungsverhalten chaotische Umlaufbahn Schlaufen ungleichmäßige Geschwindigkeit Inhalt

22 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Bei Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele Prof. Dr.-Ing. Joachim Metternich Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt Tel.: | Fax: | Internet:www.ptw.tu-darmstadt.de Lars Holland, Dipl.-Ing | Inhalt


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