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Die
Erfindung betrifft einen Reibungsprüfstand mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Reibungsprüfstände dienen
zum Untersuchen und Messen des Reibungsverhaltens zweier gegeneinander
bewegter Körper,
die nachfolgend als Reibungskörper
bezeichnet werden. Bekannte Reibungsprüfstände weisen einen antreibbaren
und einen festgehaltenen Reibkörper
auf, die mit einer meist einstellbaren Andruckkraft gegeneinander drückbar sind.
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Aus
der
JP 06 201 572 A ist
ein Reibungsprüfstand
zur Untersuchung kleiner Reibungskräfte offenbart. Der bekannte
Reibungsprüfstand
weist einen drehend antreibbaren Teller als einen Reibkörper und
einen darauf aufliegenden zweiten Reibkörper auf, der über einen
Arm und eine kardanische Aufhängung
gehalten ist. Der zweite Reibkörper
kann deswegen auch als festgehaltener Reibkörper bezeichnet werden. Er
liegt exzentrisch auf dem tellerförmigen, drehend antreibbaren
Reibkörper
auf und ist durch auflegbare Gewichte belastbar. Die Anordnung ist
mit einem Plattenspieler mit kardanisch aufgehängtem Tonarm vergleichbar.
Die Reibungsmessung erfolgt mittels eines Sensors, der über eine Stange
quer zu dem den zweiten Reibkörper
haltenden Arm mit dem festgehaltenen Reibkörper verbunden ist. Die Reibungsmessung
erfolgt quer zur Halterung des festgehaltenen Reibkörpers. Der
bekannte Reibungsprüfstand
misst nicht die Reibungskraft direkt, sondern eine Messkraft quer
zu einer Haltekraft und im Winkel zur Reibungskraft. Es wird also
eine Komponente in einem Winkel zur Reibungskraft gemessen. Die
Messkraft ist kleiner als die Reibungskraft, die Messgenauigkeit
insbesondere bei Messung kleiner Reibungskräfte ist dadurch verringert. Des
Weiteren hängt
die Messkraft vom Winkel zur Reibungskraft ab, ein Winkelfehler
verfälscht
das Messergebnis.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibungsprüfstand vorzuschlagen,
der eine genaue Untersuchung oder Messung auch bei kleiner Reibungskraft
oder kleiner Reibungskraftänderung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Reibungsprüfstand weist
eine Halterung für
den festgehaltenen Reibkörper
auf. Die Halterung weist zwei Schwenklagerungen auf, deren gedachte
Schwenkachsen einander schneiden. Dabei kann jede Schwenklagerung
mehrere Schwenklager oder Schenkgelenke aufweisen, die mit einer
gemeinsamen Schwenkachse mit oder ohne Abstand nebeneinander angeordnet
sind, um die Schwenklagerungen verwindungssteif um gedachte Achsen normal
zur jeweiligen Schwenkachse auszubilden. Die Halterung des erfindungsgemäßen Reibungsprüfstands
hält den
festgehaltenen Reibkörper
mit Abstand von beiden Schwenkachsen und um die Schwenkachsen schwenkbar.
Dazu kann die Halterung beispielsweise einen Arm aufweisen, der
mit den Schwenklagerungen um die beiden einander schneidenden Schwenkachsen
schwenkbar ist und an dem der festgehaltene Reibkörper mit
Abstand von den Schwenkachsen befestigbar ist. Nicht zwingend jedoch
bevorzugt verlaufen die Schwenkachsen rechtwinkelig zueinander,
der Reibungsprüfstand weist
in diesem Fall eine kardanische Aufhängung für den festgehaltenen Reibkörper auf.
Allerdings ist der Reibkörper
mit Abstand außerhalb
eines Zentrums der kardanischen Aufhängung angeordnet. Der erfindungsgemäße Reibungsprüfstand ermöglicht eine Beweglichkeit
des festgehaltenen Reibkörpers
parallel zu einer Berührebene
der beiden Reibkörper
und normal zur Berührebene.
Die Andruckkraft der beiden Reibkörper ist beispielsweise durch
Auflegen eines Belastungsgewichts mit hoher Genauigkeit einstellbar
und es ist insbesondere eine Beeinflussung der Andruckkraft durch
den Reibungsprüfstand
vernachlässigbar.
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Um
den Einfluss der Halterung auf die Reibungsuntersuchung noch weiter
zu verringern berühren
sich die beiden Reibkörper
des erfindungsgemäßen Reibungsprüfstands
auf einer gedachten Normalen zu den beiden Schwenkachsen der Schwenklagerungen
der Halterung für
den festgehaltenen Reibkörper.
Die beiden Schwenklagerungen werden dadurch von der zwischen den
Reibkörpern
wirkenden Reibung ausschließlich
radial beaufschlagt, es entstehen keine Lagermomente durch eine
exzentrisch zu den Schwenkachsen wirkende Reibungskraft, die die
Prüfung
oder Messung beeinträchtigen könnte.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Halterung austariert
ist, d. h. die Halterung weist beispielsweise ein Gegengewicht auf,
welches die Masse des von der Halterung gehaltenen Reibkörpers und
der Halterung bezüglich
einer horizontalen Schwenkachse ausgleicht. Das Austarieren der Halterung
hat den Vorteil, dass eine schräg
verlaufende „horizontale" Schwenkachse die
Reibungs untersuchung und -messung allenfalls vernachlässigbar
beeinflusst. Es ist bei dieser Ausgestaltung nicht erforderlich,
den Reibungsprüfstand
so auszurichten, dass eine der beiden Schwenkachsen exakt horizontal
verläuft.
Dies vereinfacht die Aufstellung des Reibungsprüfstands und die Ausrichtung
des Reibungsprüfstands
auf eine horizontale Schwenkachse muss seltener geprüft werden.
Insgesamt verringert sich dadurch der Aufwand der Reibungsuntersuchung und
-messung.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens ein Schwenklager
für mindestens
eine, vorzugsweise für
beide Schwenklagerungen der Halterung vor, wobei das Schwenklager
mindestens einen reversibel verformbaren Schwenkverbinder aufweist,
der durch seine Verformbarkeit die Schwenkbewegung ermöglicht.
Der Schwenkverbinder ist insbesondere reversibel biegbar, vorzugsweise
handelt es sich um einen streifenförmigen Schwenkverbinder, beispielsweise
einen Blechstreifen. Für
eine steife Schwenklagerung sollte der Schwenkverbinder zug- und
drucksteif sein, d. h. sich bei Zug und Druck möglichst starr verhalten, was
beispielsweise bei einem Blechstreifen der Fall ist. Außerdem sollte
die Verformungsarbeit niedrig sein, was mit Blechstreifen ebenfalls
möglich
ist. Das erfindungsgemäße Schwenklager
weist keine aneinander reibende und dadurch verschleißende Teile
auf, es ist dadurch nahezu verschleißfrei, spielfrei und wartungsfrei,
seine Reibung ist gering, jedenfalls solange die Schwenkwinkel klein
sind, was beim erfindungsgemäßen Reibungsprüfstand der
Fall ist. Spielfreie Lager sind bei einer oszillierenden Relativbewegung
der beiden Reibkörper
wichtig, da Lagerspiel eine Amplitude der Relativbewegung verringert. Insbesondere
bei der Untersuchung und Messung der Reibung oszillierend und mit
kleiner Amplitude gegeneinander bewegter Reibkörper beeinflusst Lagerspiel
die Untersuchung und Messung ganz erheblich und ist deswegen unerwünscht. Das
erfindungsgemäße Schwenklager
hat den Vorteil, dass es dauerhaft ohne Nachstellen spielfrei ist.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das Schwenklager zwei
der genannten, streifenförmigen
und reversibel biegbaren Schwenkverbinder auf, die in gedachten,
einander kreuzenden Ebenen angeordnet sind. Eine gedachte Schnittlinie der
einander kreuzenden Ebenen bildet die Schwenkachse des Schwenklagers.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ein Schwenklager mit
den vorstehend erläuterten
Eigenschaften und einer hohen Steifigkeit radial zur Schwenkachse.
Ein solches Schwenklager kann auch als Kreuzbandlager- oder -gelenk bezeichnet
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
beispielhaften Reibungsprüfstand
in vereinfachter und perspektivischer Darstellung; und
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2 ein
Kreuzbandlager des Reibungsprüfstands
aus 1 in Stirnansicht, gemäß Pfeil II in 1.
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Der
in 1 dargestellte, beispielhafte Reibungsprüfstand 10 weist
zwei gegeneinander bewegliche und gegeneinander drückbare Reibkörper 12, 14 auf.
Einer der beiden Reibkörper 12 hat
die Form einer Kreisscheibe, sie besteht aus Kunststoff oder ist
kunststoffbeschichtet und bildet die eigentliche Probe. Der kreisscheibenförmige Reibkörper 12 ist
in ein der Klarheit wegen nicht dargestelltes Backenfutter mit vertikaler
Drehachse eingespannt und mit diesem drehend, auch oszillierend,
gemäß dem Drehpfeil 16 antreibbar.
Dieser Reibkörper 12 wird nachfolgend
als antreibbarer Reibkörper 12 bezeichnet
werden.
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Der
andere Reibkörper 14 ist
eine Kugel, wobei diese Form nicht zwingend ist, er bildet einen Prüfkörper und
wird nachfolgend als festgehaltener Reibkörper 14 bezeichnet
werden. Zum Halten des festgehaltenen Reibkörpers 14 weist der
Reibungsprüfstand 10 eine
Halterung 18 mit einem Arm 20 und einer Traverse 22 auf.
Der festgehaltene Reibkörper 14 ist
an einem Ende des Arms 20 angebracht. Das andere Ende des
Arms 20 ist mit einer Schwenklagerung um eine gedachte,
vertikale Schwenkachse 24 schwenkbar mit der Traverse 22 verbunden.
Die Traverse 22 ist ihrerseits mit einer Schwenklagerung
um eine horizontal Schwenkachse 26 schwenkbar. Die beiden
Schwenkachsen 24, 26 schneiden einander rechtwinkelig.
Eine gedachte Gerade 28 senkrecht zu den beiden Schwenkachsen 24, 26 und
durch deren Schnittpunkt geht durch einen Berührpunkt 30 der beiden
Reibkörper 12, 14,
d. h. die horizontale Schwenkachse 26 der Traverse 22 befindet
sich in einer horizontalen Ebene mit einer Oberseite des antreibbaren
Reibkörpers 12,
die zugleich eine Berührebene
der beiden Reibkörper 12, 14 bildet.
Der festgehaltene Reibkörper 14 liegt
außermittig
am antreibbaren Reibkörper 12 an.
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Die
Schwenklagerung des Arms 20 an der Traverse 22 weist
zwei identische Schwenklager auf, die mit der gemeinsamen, vertikalen
Schwenkachse 24 übereinander
angeordnet sind. Die beiden Schwenklager werden nachfolgend als
Kreuzbandlager 32 bezeichnet werden. Das in 2 in
axialer- oder Stirnansicht dargestellte Kreuzbandlager 32 weist
zwei Prismen 34, 36 mit dreiecksförmigem Querschnitt
auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Längsränder der Prismen 34, 36 verlaufen
vertikal oder allgemein ausgedrückt
parallel zur Schwenkachse 24, eine Längskante jedes Prismas 34, 36 ist
einander zugewandt nach Art parallel aufeinander stoßender Kanten.
Diese Längsränder definieren
die Schwenkachse 24. Die Prismen 34, 36 können wie
im Ausführungsbeispiel
einstückig
mit dem Arm 20 bzw. der Traverse 22 sein, sie
können auch
separate Bauteile sein, die mit dem Arm 20 bzw. der Traverse 22 verklebt,
verschraubt oder in sonstiger Weise verbunden sind. An Seitenflächen der Prismen 34, 36 sind
zwei Bänder
oder Laschen 38 befestigt, die beispielsweise aus einem
Federstahlblechstreifen bestehen. Bezüglich der Schwenkachse 24 sind
die Laschen 38 über-
bzw. nebeneinander angeordnet, sie kreuzen einander in Achsrichtung gesehen
in der Schwenkachse 24. Jede Lasche 38 ist an
einer Seitenfläche
des einen Prismas 34 und mit einer bei nicht ausgelenktem
Schwenklager 32 parallelen Seitenfläche des anderen Prismas 36 befestigt.
Die andere Lasche 38 ist an den jeweils anderen Seitenflächen der
Prismen 34, 36 befestigt. Die Befestigung der
Bänder 38 an
den Prismen 34, 36 kann beispielsweise durch Kleben,
Löten,
Schweißen,
Nieten, Schrauben erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Bänder 38 mit
Klemmplatten 40 an den Seitenflächen der Prismen 34, 36 befestigt,
wobei die Klemmplatten 40 mit den Prismen 34, 36 verschraubt
sind. Die Kreuzbandlager 32 bilden eine spiel-, verschleiß- und wartungsfreie Schwenklagerung
mit jedenfalls bei geringen Schwenkwinkeln, wie sie beim beispielhaften
Reibungsprüfstand 10 auftreten,
geringer Reibung.
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Die
Schwenklagerung der Traverse 22 um die horizontale Schwenkachse 26 erfolgt
ebenfalls mit zwei Kreuzbandlagern 42 der vorstehend erläuterten
Art. Die Kreuzbandlager 42 der Traverse 22 sind
an Lagerböcken 44 befestigt,
die auf einer nicht dargestellten Grundplatte des Reibungsprüfstands 10 angebracht
sind. In der nicht dargestellten Grundplatte befindet sich auch
ein ebenfalls nicht dargestellte Drehantrieb mit dem Backenfutter
für den
antreibbaren Reibkörper 12.
Die Lagerböcke 44 sind
mit Strichlinien angedeutet um die Kreuzbandlager 42 nicht
zu verdecken.
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Der
Arm 20 ist mit einem Dorn 46 durch ein Loch 48 in
der Traverse 22 hindurch verlängert. Das Loch 48 ist
zwischen den beiden Kreuzbandlagern 32 mit der vertikalen
Schwenkachse 24 in der Traverse 22 angebracht.
Auf einer den Reibkörpern 12, 14 abgewandten
Seite der Traverse 22 trägt der Dorn 46 ein
Ausgleichsgewicht 50, das zum Austarieren des Arms 20 und
der Traverse 22, also zum Austarieren der beweglichen Teile
der Halterung 10, auf dem Dorn 46 verschiebbar
und beispielsweise mit einer Klemmschraube 52 auf dem Dorn 46 feststellbar
ist. Das Austarieren der Halterung 18 macht ein genaues vertikales
Ausrichten der vertikalen Schwenkachse 24 entbehrlich.
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Auf
den Arm 20 ist ein Belastungsgewicht 54 aufgesetzt,
das die Andruckkraft der Reibkörper 12, 14 gegeneinander
bewirkt. Zur Einstellung der Andruckkraft ist das Belastungsgewicht 54 in
Längsrichtung
des Arms 20 verschieb- oder versetzbar oder es kann gegen
ein anderes Belastungsgewicht ausgetauscht werden.
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Vorgesehener
Verwendungszweck des Reibungsprüfstands 10 ist
die Untersuchung des Reibungsverhaltens des Kunststoffs des antreibbaren Reibkörpers 12,
insbesondere die Messung, wann die Reibung einen Grenzwert übersteigt.