Die Erdanziehungskraft als Messassistent

Innovative Wälzlager überzeugen durch geringen Rollwiderstand, lange Lebensdauer und niedriges Gewicht. Sie tragen zum Beispiel dazu bei, den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emmissionen signifikant zu reduzieren. Die Wälzlager bestehen aus zwei Lagerringen und mehreren Wälzkörpern. Die Wälzkörper, wie Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel, rollen auf Laufbahnen zwischen dem Innen- und Außenring. An den Berührungspunkten tritt Rollreibung auf, weshalb die einzelnen Bauteile präzise aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Hersteller verwenden daher große Anstrengungen darauf, eine fertigungsnahe Qualitätssicherung zu etablieren.

Die Lagerindustrie bietet ein breites Spektrum an Wälzlagern an, die sich je nach Einsatzzweck und Belastungsrichtung in ihrer Bauweise und insbesondere auch in der Größe unterscheiden. Um die Bauteile detailliert analysieren zu können, sind komplexe Messaufgaben zu bewältigen. Erfasst werden beispielsweise Rauheitskenngrößen der Laufbahn, der Außen- und Innendurchmesser und der Bohrungen. Als Konturmerkmale werden die Geradheiten am Außendurchmesser, in den Bohrungen und an den Dichtungsflächen gemessen sowie der Vollwinkel am Innen- und Außendurchmesser bestimmt. Die Genauigkeit des Vollwinkels (Kegelwinkels) beeinflusst die Belastbarkeit und die Lebensdauer des Lagers, optimale Oberflächenrauheiten sind wiederum Voraussetzung für eine hohe Laufgenauigkeit und geringe Rollreibung.

Mit dem Hommel-Etamic Nano-scan bietet die Jenoptik-Sparte Industrielle Messtechnik eine Maschine an, die für die kombinierte Messung von Rauheit und Kontur an Wälzlagern in einem Messlauf entwickelt wurde. Die Maschine misst je nach Tastarmlänge feinste Oberflächenrauheiten mit einer Auflösung von 0,6 bis 1,2 nm. Bei einem Messhub von 24 bis 48 mm können alle Messaufgaben für die Oberflächenprüfung mit nur einem Messgerät erledigt werden. Da sich die einzelnen Lagertypen und Bauteile in ihrer Bauart, Größe und Form stark unterscheiden, erwarten Lagerhersteller eine hohe Präzision und Flexibilität im Einsatzspektrum der Messtechnik.

Gewöhnlich werden die zu messenden Innen- und Außenringe sowie die Wälzkörper mit Spannvorrichtungen in den Messmaschinen fixiert und exakt positioniert. So können die Tastarme die Werkstücke wiederholt und punktgenau anfahren. Bei unterschiedlichen Werkstücken und Bauteilgrößen sind jedoch mehrere Spannvorrichtungen an der Messmaschine nötig.

Um diese aufwendige und unflexible Umrüstung zu vermeiden, hat die Jenoptik-Sparte Industrielle Messtechnik bei einem Hersteller von Hochleistungs-Lagereinheiten ein außergewöhnliches Messtechnikkonzept in die Praxis umgesetzt. In der Wälzlagerproduktion der Schaeffler Austria GmbH wurde ein fertigungsnaher Messplatz mit einem Hommel-Etamic Nanoscan ausgestattet.

Dieser wurde auf einen Granitblock aufgebaut, dessen Oberfläche um 20 ° geneigt ist. Den Vorteil erklärt Markus Müller, Leiter der Abteilung Kundenprojekte in der Jenoptik-Sparte Industrielle Messtechnik: „Nutzt man die Erdanziehungskraft aus und ordnet so die Aufliegefläche für das Bauteil schräg an, kann das Werkstück eingelegt, mit einem einfachen Prisma eindeutig positioniert und gleichzeitig fest abgestützt werden.“

Auf Spannvorrichtungen konnte komplett verzichtet werden. In der Beladeposition sind lediglich Stützvorrichtungen und Ablageprismen angebracht. Diese Vorrichtungen können flexibel Werkstücke mit Durchmessern von 60 mm bis 250 mm unabhängig von ihrer Bauart aufnehmen. Synchron zur Auflagefläche wurde auch die Messsäule des Nanoscan schräg im gleichen Winkel positioniert, um einen kurzen Messweg zum Werkstück insbesondere im oberen Bereich zu gewährleisten. Um die geforderte Zuverlässigkeit und Präzision der Messwerte wie in einem ebenerdigen Aufbau zusichern zu können, wurde die weltweit einzigartige Ausführung im Labor umfangreich getestet und verifiziert.

Nach der manuellen Beladung des Werkstücks im Messraum und der Eingabe der Parameter in das Messprogramm fährt eine motorisierte x-Achse das Werkstück automatisch in seine exakte Messposition. Die Maschine führt die Messung als Stichprobenprüfung selbständig aus und ermöglicht so dem Werker, während der Messung anderen Tätigkeiten nachzugehen. Die Jenoptik-Konstrukteure haben bei der Einrichtung der Software zudem Wert auf eine hohe Bedienerfreundlichkeit gelegt, sodass auch angelernte Kräfte ohne Fachausbildung die Messungen durchführen können. Bei einem neuen Bauteil müssen lediglich die neuen Parameter wie Messmerkmale, Messpositionen und Sollgrenzen mit den zulässigen Toleranzen in die Datenbank eingetragen werden. Auch die Messbedingungen, wie Tastgeschwindigkeit und Taststrecke, sind vorab definiert.

Die unterschiedlichen Tastarme mit Tastspitzen aus Diamant, Hartmetall oder Rubinkugeln können dank der magnetischen Halterung schnell und sicher gewechselt werden. Tastarme mit Doppeltastspitze führen zudem beide Antastrichtungen, oben und unten, in einem Messlauf aus. Wo bisher mehrere Einzelmessungen und -auswertungen notwendig waren, führt der Nanoscan nun komplexe Messabläufe in einem Zug durch und wertet sie aus. Gleichzeitig kann durch diese Oben- und Untenmessung auch der für die Lagerpräzision entscheidende Vollwinkel bestimmt werden.

Mit Hilfe der Erdanziehungskraft erfüllt die außergewöhnliche Anordnung der Messmaschine auf einer schiefen Ebene die hohen Anforderungen von Schaeffler: flexible, schnelle, präzise und kostengünstige Messlösungen zur Fertigung von Hochleistungs-Wälzlagern.

Jenoptik Halle 3, Stand 3501