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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers, mit einer Halteeinrichtung zum Halten des Prüfkörpers, einer Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Prüfkörper und einem Gegenkörper und einer Lasterzeugungseinrichtung zum Aufbringen einer vorbestimmbaren Last auf den Prüfkörper. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers.
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Aus der Praxis sind Vorrichtungen zur Prüfung auf Reibung, Schmierung und Verschleiß als so genannte Tribometer bekannt, mit denen das Reibungs – und Verschleißverhalten von Prüfkörpern untersucht wird. Zur Anwendung kommen solche Tribometer zum Beispiel bei der Verschleißprüfung von Bauteilen für Kolben – und Zahnradpumpen, Hochdruckeinspritzsysteme bei Verbrennungsmotoren, Hydraulikaggregaten, oder dergleichen. Dabei wird mit einem realen Lastkollektiv die Belastung eines zu prüfenden Bauteiles bezeichnet, welches im Endprodukt in der Anwendung ist.
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Die
DE 10 2006 022349 A1 zeigt eine entsprechende Vorrichtung. Diese wird dort auch als Tribometer-Prüfvorrichtung oder kurz Prüfvorrichtung bezeichnet.
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Zur tribologischen Prüfung werden der Prüfkörper und ein entsprechender Gegenkörper unter Belastung – eventuell mit einem Schmiermedium – unter Anwendungsbedingungen relativ zueinander bzw. relativ zum Medium bewegt. Als Bewegungen sind z. B. ein – insbesondere reversierendes – Gleiten, Rollen, Schlagen, etc. vorgesehen. Bei dieser Prüfung werden wichtige Messgrößen, wie der Verschleiß, die Reibkraft, die Temperatur etc. ausgewertet.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers bereitzustellen, die diese tribologische Prüfung mit einfachen Mitteln ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Lasterzeugungseinrichtung zum Aufbringen der vorbestimmbaren Last mindesten einen pneumatischen Muskel aufweist. Ein solcher pneumatischer Muskel ist ein Membran-Kontraktions-System, auch als Zugaktor bekannt, welches dem Biologischen Muskel nachempfunden ist. Der pneumatische Muskel besteht in der Regel aus einem druckdichtem Schlauch mit einem eingearbeitetem rautenförmigen Gewebenetz aus hochfesten Fasern. Wird der Kontraktionsschlauch mit Druck beaufschlagt, dehnt er sich in Querrichtung aus und zieht sich in der Längsrichtung zusammen. Die eingearbeiteten Fasern sind dafür zuständig, den Schlauch in Form zu halten und die Ausdehnung auf eine Längenänderung zu beschränken und zu stabilisieren.
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Mittels eines solchen pneumatischen Muskels kann die für eine tribologische Prüfung benötigte Last auf den Prüfkörper auf einfache Weise reproduzierbar erzeugt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin ein Druckregelventil zur stufenlosen Einstellung der Größe der von dem pneumatischen Muskel erzeugten Last auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das eine Ende des mindestens einen pneumatischen Muskels vorrichtungsfest verankert, wobei das andere Ende des pneumatischen Muskels den einen der beiden Körper quer zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen den beiden Körpern in Richtung des anderen Körpers zieht, also eine Normalkraft auf den Prüfkörper aufbringt.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung weiterhin einen Kraftsensor auf. Die Kraftaufnahmen mittels dieses Kraftsensors erfolgt insbesondere durch eine 3-Achsen-Messplatte unabhängig von der Systembewegung.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Schmiermediums auf.
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Mit Vorteil weist durch die Vorrichtung weiterhin eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des Prüfkörpers und/oder des Gegenkörpers auf. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung auch eine Regeleinrichtung zur Regelung der Temperiereinrichtung umfasst. Mittels dieser Regeleinrichtung können vorgegebene Temperaturzyklen durchfahren werden.
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Bei dem Verfahren zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers werden der Prüfkörper und ein entsprechender Gegenkörper unter Belastung mit einer vorbestimmbaren Last relativ zueinander bewegt. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die vorbestimmbare Last mittels mindesten eines pneumatischen Muskels erzeugt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Größe der vom pneumatischen Muskel erzeugten Last mittels eines Druckregelventils eingestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Prüfkörper und/oder der Gegenkörper temperiert, insbesondere geheizt. Insbesondere werden mittels einer Regeleinrichtung vorgegebene Temperaturzyklen durchfahren.
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Insbesondere wird dem System aus relativ zueinander bewegtem Prüfkörper und Gegenkörper ein Schmiermedium zugeführt. Zur tribologischen Prüfung werden der Prüfkörper und der Gegenkörper unter Belastung und mit einem Schmiermedium unter nachgeahmten Anwendungsbedingungen relativ zueinander beziehungsweise relativ zum Medium bewegt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Hierbei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 10 zur tribologischen Prüfung eines Prüfkörpers 12. Diese Vorrichtung wird im Folgenden auch als Tribometer-Prüfvorrichtung oder kurz Prüfvorrichtung 10 bezeichnet. Die Komponenten der Vorrichtung 10 werden an einem Rahmengestell 14 gehalten. Dieses Gestell 14 ist insbesondere ein Gestell aus Profilen eines Aluminium-Profilsystems.
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Die meisten Funktionskomponenten der Vorrichtung 10 sind auf einem Träger 16 mit einer Gleitschiene gelagert. Dieser Träger 16 ist mittels Loslagern 18 im Gestell 14 gelagert. Auf dem Träger 16 ist eine Antriebseinrichtung 20 der Vorrichtung 10 angeordnet, welche einen Pneumatikzylinder 22 umfasst, dessen Bewegungen auf den relativ zu einem Gegenkörper 52 zu bewegenden Prüfkörper 12 übertragen werden. Die auf den Prüfkörper 12 übertragende Bewegung ist eine etwa lineare Hin- und Herbewegung, die symbolisch über Pfeile angedeutet ist. Bei der gezeigten Ausführung kann die Antriebseinrichtung 14 bei einer Frequenz von rund 100 Hz eine Schwingweite von 20–100 mm an dem Prüfkörper 12 bewirken.
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Ferner ist eine Halteeinrichtung 26 zum Halten des Prüfkörpers 12 mit einer ersten Prüfkörperaufnahme 28 und einer zweiten Prüfkörperaufnahme 49 vorgesehen. Zur Übertragung der Bewegung der Antriebseinrichtung 20 auf den Prüfkörper 12 ist eine an den Pneumatikzylinder 22 gekoppelte Hubstange 32 mit der ersten Prüfkörperaufnahme 28 gekoppelt. Der in der Figur dargestellte Prüfkörper 12 ist ein Kolbenring eines Verbrennungsmotors. Die entsprechende erste Prüfkörperaufnahme 28 ist eine entsprechende Kolbenringaufnahme. Der Gegenkörper 52 ist dann beispielsweise als entsprechende Zylinderlaufbahn oder zumindest in der Art einer solchen Zylinderlaufbahn ausgebildet.
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Zum Aufbringen einer vorbestimmten Last auf den Prüfkörper 12 bzw. den Gegenkörper 52 zur Verschleißprüfung ist als weitere Komponente der Vorrichtung 10 eine Lasterzeugungseinrichtung 34 vorgesehen. Die Lasterzeugungseinrichtung 34 umfasst mindestens einen Aktor 36. Dieser Aktor 36 ist als eine besondere Art eines Zugaktors, nämlich als pneumatischer Muskel 38 ausgebildet. Das eine Ende 40 des mindestens einen pneumatischen Muskels 38 ist über einen weiteren Träger 42 vorrichtungsfest verankert. Das andere Ende 44 des pneumatischen Muskels 38 senkt bei Betätigung des pneumatischen Muskels 38 den einen Träger 16 mit dem über die Antriebseinrichtung 20 darauf befestigten Prüfkörper 12 senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen den beiden Körpern 12, 52 in Richtung des Gegenkörpers 52 ab und bringt so eine Last auf den Prüfkörper 12 und den Gegenkörper 52. Weiterhin weist die Vorrichtung ein (nicht gezeigtes) Druckregelventil zur stufenlosen Einstellung der Größe der von dem pneumatischen Muskel 38 erzeugten Last auf.
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Zwischen der Hubstange 32 der Antriebseinrichtung 20 und der ersten Prüfkörperaufnahme 28 ist ein Kraftsensor 46 angeordnet. Dieser weist eine 3-Achsen-Messplatte 50 auf.
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Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Temperiereinrichtung 48 zum Temperieren des Prüfkörpers 12 und/oder des Gegenkörpers 52. Diese ist als Heizsystem ausgebildet und mit einer (nicht gezeigten) Regeleinrichtung zur Regelung der Temperiereinrichtung 48 regeltechnisch verbunden.
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Zur Zuführung eines Betriebsmediums bzw. Schmiermediums ist eine (nicht gezeigte) Zuführeinrichtung vorgesehen.
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Zur tribologischen Prüfung werden der Prüfkörper 12 und der Gegenkörper 52 unter Belastung – eventuell mit einem Schmiermedium – unter Anwendungsbedingungen relativ zueinander bzw. relativ zum Medium bewegt. Als Bewegung kann ein – insbesondere reversierendes – Gleiten, Rollen, Schlagen, etc. vorgesehen sein. Bei dieser Prüfung werden wichtige Messgrößen, wie der Verschleiß, die Reibkraft, die Temperatur etc. ausgewertet.
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Eine derartige Vorrichtung 10 zur tribologischen Prüfung (Tribometer) dient der Untersuchung von sämtlichen translatorisch bewegten Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise von Kolbenring/Zylinderlaufbahn, Ventil/Ventilschaftführung, Fahrwerksbauteile und Lenksysteme.
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Dabei können mittels entsprechender Sensoren sämtliche tribologische Eigenschaften des jeweiligen Systems in Abhängigkeit von Schmierung, Last, Zeit, Temperatur und Material untersucht werden.
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Die in der Figur gezeigte Vorrichtung 10 ist insbesondere als Prüfstand mit folgenden Eigenschaften ausgebildet:
Bezüglich der Halteeinrichtung 49 sind ist eine Aufnahmeplatte für Zylinderlaufbahnen mit unterschiedlichen Durchmessern und eine Aufnahme 28 für alle Kolbenringgeometrieen und Durchmesser vorgesehen.
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Bezüglich des pneumatischen Muskels 38 ist eine stufenlose Einstellung der Normalkraft über das Druckregelventil vorgesehen. Die Normalkraft ist vorzugsweise im Bereich 0–500 N einstellbar.
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Bei dem Pneumatikzylinder 22 für die Linearbewegung ist vorgesehen, dass der Hub und die Geschwindigkeit stufenlos einstellbar sind. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist bei einer bevorzugten Ausführungsform maximal 500 mm/s.
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Die Temperierung (Beheizung) erfolgt insbesondere mittels einer Heizplatte 51 zwischen Zylinderlaufbahn und Kraftsensor 50. An der Regeleinrichtung können unter anderem Temperaturzyklen eingestellt werden. Der Temperaturbereich ist bevorzug zwischen Raumtemperatur (RT) und 150°C.
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Die Kraftaufnahmen erfolgt insbesondere durch 3-Achsen-Messplatte 50 unter der Zylinderlaufbahn 52 unabhängig von der Systembewegung, (b) bis zu 10 kHz bezüglich der X-, Y- und Z-Achse. Der Messbereich ist insbesondere: 0–500 N für die Normalkraft, 0–200 N für die Querkraft und 0–200 N für die Reibkraft. Die maximale Abtastrate liegt bei 10 kHz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006022349 A1 [0003]
