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Die
Erfindung betrifft eine Reibuntersuchungsvorrichtung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
101 37 412 A1 offenbart eine Reibuntersuchungsvorrichtung,
bei der zwei Prüfkörper oszillierend, d. h. hin-
und hergehend gegeneinander beweglich sind. Als Oszillationsantrieb
weist die bekannte Reibuntersuchungsvorrichtung einen Exzenterantrieb
auf. Zur Zustellung ist der nicht angetriebene Prüfkörper
verstellbar. Die Zustellung ist eine Bewegung des einen Prüfkörpers auf
den anderen Prüfkörper zu, sie dient bei der Reibungsuntersuchung
insbesondere der Einstellung der Belastung, also der Kraft, mit
der die aneinander reibenden Prüfkörper gegeneinander
gedrückt werden.
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Ein
Nachteil der Zustellbarkeit des nicht angetriebenen Prüfkörpers
ist, dass Spiel in einer Führung der Zustellung die Amplitude,
um die die beiden Prüfkörper gegeneinander bewegt
werden, verkleinert. Bei oszillierendem Antrieb des angetriebenen Prüfkörpers
bewegt sich der nicht angetriebene Prüfkörper
aufgrund des Spiels seiner Führung mit dem angetriebenen
Prüfkörper mit. Bei kleinen Oszillationsamplituden
im Bereich von unter 1/10 mm bis 1/100 mm und kleiner verfälscht
Spiel in der Führung des nicht angetriebenen Prüfkörpers
das Untersu chungsergebnis erheblich. Ist die Antriebsamplitude kleiner
als das Spiel, bewegen sich die Prüfkörper nicht
gegeneinander.
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Aufgabe
der Erfindung ist eine Reibuntersuchungsvorrichtung, die einen Amplitudenfehler
durch Spiel in der Zustellung der Prüfkörper vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist
der nicht angetriebene Prüfkörper der Reibuntersuchungsvorrichtung
feststehend, also beispielsweise fest auf einen Tisch der Vorrichtung
aufgespannt. Am nicht angetriebenen Prüfkörper
tritt somit kein Lager- oder Führungsspiel auf.
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Für
den angetriebenen Prüfkörper weist die erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung eine Halterung auf, an der der Prüfkörper
befestigt ist. Zum Antrieb des Prüfkörpers kann
der Oszillationsantrieb am Prüfkörper oder der
Halterung angreifen. Um die Andruckkraft einstellen zu können,
mit der die beiden Prüfkörper gegeneinander gedrückt werden,
ist die Halterung für den angetriebenen Prüfkörper
im Sinne einer Zustellung des angetriebenen Prüfkörpers
zum nicht angetriebenen Prüfkörper verstellbar.
Der angetriebene Prüfkörper ist also mit der Halterung
in Richtung zum nicht angetriebenen Prüfkörper
(und in entgegengesetzter Richtung vom nicht angetriebenen Prüfkörper
weg) verstellbar. Außerdem weist die Halterung eine Führung
auf, die den angetriebenen Prüfkörper in Antriebsrichtung
des Oszillationsantriebs beweglich führt. Es kann der Prüfkörper
an der Halterung oder die Halterung gemeinsam mit dem Prüfkörper
in der Antriebsrichtung des Oszillationsantriebs beweglich geführt
sein. Spiel im Bereich der Verstellung und der Führung
der Halterung beeinflusst nicht die Oszillationsamplitude des angetriebenen
Prüfkörpers, weil der Oszillationsantrieb am Prüfkörper
selbst angreift oder an der Halterung, wobei in letzterem Fall der
angetriebene Prüfkörper starr an der Halterung
und nicht über eine spielbehaftete Führung angebracht
ist. Da der nicht angetriebene Prüfkörper feststehend
ist, tritt auch hier kein Spiel auf. Die erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung hat somit den Vorteil, dass Spiel in
Führungen oder dgl. der Prüfkörper die
Oszillationsamplitude nicht beeinflusst. Das ist insbesondere bei
sehr kleinen Oszillati onsamplituden, die in der Größenordnung
eines Spiels der Führungen liegen, von großem
Vorteil oder sogar erforderlich. Die erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung eignet sich deswegen zur Untersuchung
des Reibverhaltens bei kleinsten Oszillationsamplituden.
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Zur
Führung der Halterung bzw. des angetriebenen Prüfkörpers
an der Halterung in Zustellrichtung zum nicht angetriebenen Prüfkörper
sieht eine Ausgestaltung der Erfindung zwei zueinander parallele
Blattfedern vor. Dabei handelt es sich um eine Parallelführung,
deren Beweglichkeit durch elastische Biegung der Blattfedern erzielt
wird. Die Führung mit zwei oder auch mehr zueinander parallelen Blattfedern
ist einfach und preisgünstig in der Herstellung, präzise
sowie wartungs- und verschleißfrei und gewährleistet
eine ausreichende Bewegungsamplitude für die erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Halterung oder der
angetriebene Prüfkörper in Zustellrichtung zum
nicht angetriebenen Prüfkörper zur Erzeugung der
Andruckkraft gewichts- oder federbeaufschlagt ist. Bei einer Gewichtsbeaufschlagung
bleibt die Andruckkraft auch dann konstant, wenn der nicht angetriebene
Prüfkörper nicht exakt parallel zur Verschieberichtung
des angetriebenen Prüfkörpers ausgerichtet ist,
sondern eine Steigung aufweist. Bei einer Federbeaufschlagung bleibt
die Andruckkraft nahezu konstant. Außerdem werden Kraftspitzen
durch eventuelle Vibrationen gemindert. Solche Kraftspitzen beeinflussen
das Untersuchungsergebnis ungewollt.
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Die
Führung des angetriebenen Prüfkörpers in
der Oszillationsrichtung erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung mit mindestens einer Blattfeder. Vorzugsweise sind zwei
oder auch mehr zueinander parallele Blattfedern vorgesehen. Die
Vorteile der Führung mit Blattfedern ist bereits dargelegt
worden.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Kraftsensor zur Messung
der Reibkraft zwischen den beiden Prüfkörpern
vor. Der Kraftsensor hält den nicht angetriebenen Prüfkörper
gegen eine Bewegung in der Antriebsrichtung, d. h. der Kraftsensor hält
den nicht angetriebenen Prüfkörper feststehend.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Exzenterantrieb als Oszillationsantrieb
vor. Es kann beispielsweise der in der bereits genannten Offenlegungsschrift
DE 101 37 412 A1 offenbarte
Exzenterantrieb Verwendung finden, die hiermit insoweit in Bezug
genommen wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung in perspektivischer, vereinfachter
und teilweise schematisierter Darstellung.
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Die
in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße
Reibuntersuchungsvorrichtung 1 weist als Oszillationsantrieb
einen Exzenterantrieb 2 auf. Der Exzenterantrieb 2 weist
einen Elektromotor 3 mit angeflanschtem Getriebe 4 auf,
der eine Exzenterscheibe 5 drehend antreibt. Die Exzenterscheibe 5 weist
einen achsparallelen und exzentrischen Exzenterzapfen 6 auf,
der sich bei drehender Exzenterscheibe 5 auf einer Kreisbahn
bewegt. Der Exzenterzapfen 6 wird von einem Lagerauge 7 eines
Pleuels 8 drehbar umgriffen. Bewegt sich der Exzenterzapfen 6 durch
drehenden Antrieb der Exzenterscheibe 5 auf der Kreisbahn,
vollführt das Pleuel 8 eine oszillierende, nämlich
hin- und hergehende Hubbewegung. Die Exzentrizität des
Exzenterzapfens 6 und damit eine Oszillationsamplitude
des Pleuels 8 ist einstellbar. Die Oszillationsamplitude der
Reibuntersuchungsvorrichtung 1 ist sehr klein, sie beträgt
zwischen weniger als 1/100 mm bis einige Millimeter.
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Die
Reibuntersuchungsvorrichtung 1 weist eine Halterung 9 für
einen Prüfkörper 10 auf, der mit dem
Exzenterantrieb 2 oszillierend, d. h. hin- und hergehend
antreibbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der angetriebene Prüfkörper 10 eine Kugel.
Die Halterung 9 weist einen massiven, keilförmigen
Kragarm 11 auf, der mit zwei zueinander parallelen Blattfedern 12 an
einem ortsfesten Auflager 13 befestigt ist. Die Blattfedern 12 sind
horizontal angeordnet, so dass sie den Kragarm 11 vertikal
beweglich führen. Ein Federelement in Form einer Schraubendruckfeder 14 stützt
den Kragarm 11. Ein Full der Schraubendruckfeder 14 ist
vertikal verstellbar, wie mit dem Doppelpfeil 15 angedeutet.
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An
einem dem Auflager 13 fernen Ende ist eine Kopfplatte 16 ebenfalls
mit zwei zueinander parallelen Blattfedern 17 am Kragarm 11 befestigt.
Die Blattfedern 17 sind vertikal angeordnet und führen die
Kopfplatte 16 horizontal verschieblich. Die Blattfedern 17 der
Kopfplatte 16 sind quer zum Pleuel 8 angeordnet
und führen die Kopfplatte 16 in Oszillationsrichtung
des Pleuels 8.
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Ein
dem Exzenterzapfen 6 fernes Ende des Pleuels 8 ist
mit einer Blattfeder 18 mit der Kopfplatte 16 verbunden. Über
die Blattfeder 18 ist das Ende des Pleuels 8 beweglich
mit der Kopfplatte 16 verbunden um die Bewegung des Pleuels 8 quer
zur Oszillationsrichtung auszugleichen.
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Von
der Kopfplatte 16 der Halterung 9 steht ein Schaft 19 ab,
an dem ein nach unten abgerichteter Probenhalter 20 angebracht
ist, der den angetriebenen Prüfkörper hält.
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Der
angetriebene Prüfkörper 10 liegt an einem
feststehenden Prüfkörper 21 an. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der feststehende Prüfkörper 21 ein
Prisma, in dessen V-förmiger Nut 22 der angetriebene
Prüfkörper 10 anliegt. Die V-Nut 22 des feststehenden
Prüfkörpers 21 verläuft parallel
zur Oszillationsrichtung des angetriebenen Prüfkörpers 10.
Der feststehende Prüfkörper 21 stützt
sich an einem Kraftsensor 23 ab, der den Prüfkörper 21 gegen eine
Bewegung mit dem angetriebenen Prüfkörper 10 und
damit feststehend hält. Der Kraftsensor 23 weist
beispielsweise ein Piezoelement auf. An seinem dem Kraftsensor 23 fernen
Ende ist der feststehende Prüfkörper 21 mit
einer Blattfeder 24 abgestützt, die in einem feststehenden
Auflager 25 gehalten ist. Die Blattfeder 24 ist
vertikal stehend und quer zur Oszillationsrichtung des angetriebenen
Prüfkörpers 10 angeordnet, so das sie
den feststehenden Prüfkörper 21 zwar
stützt, nicht jedoch in Oszillationsrichtung des angetriebenen
Prüfkörpers 10 hält. Die vom
angetriebenen Prüfkörper 10 auf den feststehenden
Prüfkörper 21 ausgeübte Reibkraft
wird vollständig vom Kraftsensor 23 abgestützt,
der dadurch die Reibkraft zwischen den beiden Prüfkörpern 10, 21 misst.
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Der
angetriebene Prüfkörper 10 ist mit der Gewichtskraft
der Halterung 9 belastet, die den angetriebenen Prüfkörper 10 in
die V-Nut 22 des feststehenden Prüfkörpers 21 drückt.
Der Kragarm 11 der Halterung 9 ist durch die Führung
mit den horizontalen Blattfedern 12 vertikal beweglich
und wird von der Schraubendruckfeder 14 abgestützt.
Durch Höhenverstellung des Fußes der Schraubendruckfeder 14 wird
die Gewichtskraft, mit der die Halterung 9 den angetriebenen
Prüfkörper 10 belastet und in die V-Nut 22 des
feststehenden Prüfkörpers 21 drückt, eingestellt.
Die Kraft mit der die Halterung 9 den angetriebenen Prüfkörper 10 belastet,
ist die Andruckkraft, mit der der angetriebene Prüfkörper 10 gegen den
feststehenden Prüfkörper 21 gedrückt
wird.
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Durch
Antrieb des Pleuels 8 mit dem Exzenterantrieb 2 wird
die Kopfplatte 16 und mir ihr der Schaft 19, der
Probenhalter 20 und der angetriebene Prüfkörper 10 oszillierend
angetrieben. Da das Pleuel 8 an der Kopfplatte 16 angreift
und der angetriebene Prüfkörper 10 über
den Probenhalter 20 und den Schaft 19 starr mit
der Kopfplatte 16 verbunden ist, besteht kein Spiel zwischen
dem Pleuel 8 und dem angetriebenen Prüfkörper 10.
Auf diese Weise stellt die erfindungsgemäße Reibuntersuchungsvorrichtung 1 sicher,
dass der angetriebene Prüfkörper 10 dieselbe
Oszillationsamplitude wie das Pleuel 8 ausführt.
Der andere Prüfkörper 21 ist feststehend
und damit ebenfalls spielfrei, so dass die Relativbewegung, mit
der sich die Prüfkörper 10, 21 gegeneinander
bewegen, so groß wie die Oszillationsamplitude des Pleuels 8 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0002, 0011]