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Druckwinkel präzise messen

Kennen Sie Sätze wie „Der Druckwinkel ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal“ oder „Der Kontaktwinkel ist Schlüsselparameter“? Wenn ja, dann haben Sie vermutlich mit der Fertigung von Schrägkugellagern, Spindellagern, Werkzeugspindeln oder anderen vorgespannten Lagersystemen zu tun.

Als Druckwinkel α (seltener Berührungs- oder Kontaktwinkel) wird der kleinste Winkel der Drucklinie gegenüber der lotrechten Radialebene bezeichnet. Die Drucklinie entsteht aus der theoretischen Betrachtung, dass der einzelne Wälzkörper die Laufbahnen am Innen- und Außenring in je genau einem Punkt berührt. Verbindet man diese Berührungspunkte, so erhält man die Drucklinie, die genau durch den Mittelpunkt des Wälzkörpers geht.1)

Für die Bestimmung des effektiven Druckwinkels werden Käfig- und Wellendrehzahl, der Lagerteilkreis und der Kugeldurchmesser benötigt.

Lagerteilkreis und Kugeldurchmesser sind in der Regel leicht zu bestimmen. Auch zur exakten Bestimmung der Wellendrehzahl gibt es eine ganze Schar an Sensoren. Die exakte Bestimmung der Käfigdrehzahl war bisher allerdings nur mit sehr viel Aufwand möglich. Entweder musste der Käfig präpariert werden, man musste die Lager öffnen oder sogar die Lagerkonstruktion ändern, um axial an die Wälzkörper heranzukommen.

Mit BeMoS® CS gibt es jetzt das geeignete Tool, um bei geschlossenen, unveränderten Lagern exakt die Käfigdrehzahl zu bestimmen. Dabei spielt es auch keine Rolle, aus welchem Material die Wälzkörper sind.

Die Messung der Käfigdrehzahl bleibt nicht länger eine Laboranwendung, sondern kann jetzt sowohl in Produktionslinien, als auch in Serienprodukte integriert werden. Es eröffnen sich damit Tür und Tor für weitere Anwendungen, denn der Kontaktwinkel ist zwar bauartbedingt und somit konstruktiv festgelegt, er wird allerdings durch äußere Belastungen, Drehzahlen und thermische Ausdehnungen beeinflusst. Bei axialer Belastung beispielsweise vergrößert sich bei Rillenkugellagern, Schrägkugellagern sowie Spindellagern der Druckwinkel. Aufgrund dieser Zusammenhänge lässt sich durch die Vermessung der Käfig- und Wellendrehzahl nicht nur der Druckwinkel bestimmen, sondern es kann dadurch auch auf die axiale Last geschlossen werden.

Mögliche Anwendungen sind:
Überprüfen des fertigungsbedingten Kontaktwinkels in der Wälzlagerproduktion
Erkennen des Vorspannungsverlustes bei Spindeln und spindelartigen Konstruktionen

Quelle:
1) Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen und Lagerungen; Berthold Schlecht, Seite 129, ISBN: 3827371465

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