DE19921304A1

DE19921304A1 - Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen

Info

Publication number: DE19921304A1
Application number: DE19921304A
Authority: DE
Inventors: Walter Holweger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: DE19921304C2

Abstract

Bei einem Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen, insbesondere zur Verwendung in Wälzlagern, wird der zu prüfende Schmierstoff einer mechanisch-dynamischen Prüfung unterzogen und vor und nach der mechanisch-dynamischen Prüfung untersucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen, insbesondere zur Verwendung in Wälzlagern, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1.

Aus der DIN 51 819 ist ein Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen auf einem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät bekannt. Hierbei wird der zu prüfende Schmier stoff einer mechanisch-dynamischen Prüfung unterzogen. Zur Beurteilung des Schmierstoffes werden der Verschleiß der Wälzlagerelemente und das Reibungs verhalten während der Prüfdauer herangezogen. Nachteilig bei der nach der DIN 51 819 durchgeführten Prüfung ist, daß sie insbesondere aufgrund der erforderlichen langen Prüfdauer (500 bis 2000 Stunden) sehr zeitaufwendig und durch die erfor derliche Prüfausrüstung sehr teuer ist.

Ebenfalls bekannt ist aus der DIN 51 350 Teil 3 ein Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen, das nur 60 Minuten dauert. Hierbei werden in einem Shell- Vierkugel-Apparat zur Bestimmung von Verschleißkennwerten flüssiger und pastö ser Schmierstoffe drei Prüfkugeln als Standkugeln fest eingespannt, der freie Raum im Kugeltopf mit dem zu prüfenden Schmierstoff so gefüllt, daß die Standkugeln bedeckt sind, und eine Prüfkugel als Laufkugel in einen Kugelhalter gedrückt und in eine Prüfspindel eingesetzt. Der einstündige Prüflauf erfolgt unter den in der DIN vorgegebenen Rahmenbedingungen bei einer Belastung von 150 oder 300 N. Die Prüfung ist mit neuen Prüfkugeln zu wiederholen. Zur Prüfungsauswertung werden alle sechs Standkugeln gemäß dem in der DIN vorgegebenen Verfahren vermessen. Allerdings gestattet die Beurteilung des Verschleißes keine unmittelbare Beurtei lung in Hinblick auf das Verhalten des geprüften Schmierstoffes in Maschinenele menten.

Im Teil 4 derselben DIN wird ein Prüfverfahren beschrieben, das nur 60 Sekunden dauert. Mit Hilfe dieses Prüfverfahrens wird die Schweißkraft des zu prüfenden Schmierstoffes ermittelt. Das Prüfverfahren entspricht dem zuvor beschriebenen Prüfverfahren, allerdings wird nur 60 Sekunden, dafür aber mit sich steigernder Prüfkraft geprüft, bis ein Verschweißen der Prüfkugeln erfolgt. Auch dieses Prüf verfahren gestattet keine Beurteilung in Hinblick auf das Verhalten des geprüften Schmierstoffes in Maschinenelementen.

Ferner gibt es keinen Zusammenhang zwischen den Ergebnissen des Langzeitprüf verfahrens gemäß der DIN 51 819 und den vergleichsweise schnellen Prüfverfahren gemäß der DIN 51 350, so daß zur Prüfung von Schmiermitteln, insbesondere für den Einsatz in Wälzlagern, auf das teuere Langzeitprüfverfahren zurückgegriffen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Prüfverfahren für Schmierstoffe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das schnell Aussagen über die Zweckmäßigkeit eines Langzeitprüfverfahrens mit einem Schmierstoff gibt bzw. einen Langzeitprüfverfahren entbehrlich macht. Diese Aufgabe wird erfindungsge mäß durch ein Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren eignet sich insbesondere zur Vorbestimmung, ob sich die Durchführung eines Langzeitprüfverfahrens, beispielsweise nach der DIN 51 819 für einen Schmierstoff lohnt. Unterscheiden sich die beispielsweise als Histogramme dargestellten Untersuchungsergebnisse vor und nach der Durchfüh rung der mechanisch-dynamischen Prüfung nicht oder nur unzureichend, so kann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden, daß sich der Schmierstoff nicht für Wälzlager eignet, also im Langzeitprüfversuch versagen würde. Unter scheiden sich die Untersuchungsergebnisse vor und nach der Durchführung der me chanisch-dynamischen Prüfung deutlich, so kann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden, daß sich der Schmierstoff gut für Wälzlager eignet, also im Langzeitprüfversuch nicht versagen wird. Durch das schnell durchführbare Kurz zeitprüfverfahren, das ohne Untersuchung der Prüfkugeln auskommt, lassen sich somit gute Aussagen über den Ausgang von Langzeitprüfversuchen machen, wo durch viel Zeit und Geld gespart werden kann, ggf. kann sogar ganz auf Langzeit prüfversuche verzichtet werden.

Durch die ortsabhängigen Untersuchungen kann zumindest auf größerer Längenska la eine qualitative Aussage über das Verhalten des Schmierstoffes getroffen werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellter Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein stark vereinfacht dargestelltes Topogramm, bei dem die verschieden Farben symbolisch durch Buchstaben ersetzt sind,

Fig. 3 zwei in einem Diagramm dargestellte Histogramme des zu prüfenden Schmierstoffes vor der mechanisch-dynamischen Prüfung (erste Probe, schwarz dargestellt) und nach der mechanisch-dynamischen Prüfung (zweite Probe, gestrichelt dargestellt), und

Fig. 4 ein Differenzhistogramm der in Fig. 3 dargestellten Histogramme.

Zu Beginn des Prüfverfahrens wird eine neue, erste Probe des zu prüfenden Schmierstoffs, im vorliegenden Fall einem Schmierstoff für Wälzlager, bestehend aus Öl und Verdicker, bei Zimmertemperatur entnommen, auf einen Objektträger in einer Filmdicke von ca. 25 bis 50 µm aufgetragen und unter ein Lichtmikroskop gelegt. Ein angeschlossenes Infrarot-Spektrometer kann innerhalb eines lateralen Bereichs von etwa 100 µm Durchmesser, im folgenden als Meßpunkt bezeichnet, innerhalb eines vorgegebenen Wellenzahlbereichs die Infrarot-Absorption messen. Das rechnergesteuerte Infrarot-Spektrometer wird auf eine charakteristische Ab sorptionsbande einer funktionellen Gruppe des Verdickers eingestellt. Die Meß punkte werden in einer gitterartigen, quadratischen oder rechteckförmigen Anord nung mit ungefähr 10 bis 15 Meßpunkten pro Seite dem Infrarot-Spektrometer vor gegeben. Die Meßpunkte liegen gleichmäßig verteilt in einem Bereich von ungefähr 1 mm². Das Infrarot-Spektrometer fährt nun die einzelnen Meßpunkte an und ermit telt ortsaufgelöst Meßwerte, die der Absorption in dem eingestellten Wellenzahlbe reich entsprechen. Danach wird eine Nullwertbestimmung zur Schichtdickenkorrek tur durchgeführt, die Meßwerte korrigiert und auf die ortsabhängigen Absorptions koeffizienten umgerechnet.

Jedem auftretenden Wert eines Absorptionskoeffizienten wird nun zur Normierung eine Farbe aus einer linearen Farbskala zugewiesen wird, beispielsweise aus einer linear transformierten 24 Bit-RGB-Farbskala. Die ortsabhängigen Absorptionskoef fizienten können in Form eines in Fig. 2 stark vereinfacht dargestellten, zweidi mensionalen, farbigen Topogrammes (band ratio map) aufgezeichnet werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Topogramm sind zur Vereinfachung Farben durch Buchstaben ersetzt. Das Topogramm kann beispielsweise durch die Farbe "grün" eine durchschnittliche Absorption, durch die Farbe "rot" Anreicherungen und durch die Farbe "blau" Abreicherungen darstellen. Anschließend wird eine Statistik der Häufigkeit der auftretenden Farbwerte in Form eines eindimensionalen, farbigen Histogramms aufgetragen (vgl. Fig. 3). Die Statistik kann auch direkt aus den orts abhängigen Absorptionskoeffizienten gewonnen werden. Für das Histogramm wer den vorzugsweise benachbarte Farbwerte zusammengefaßt, so daß nur wenige Farbwerte, beispielsweise 32, auf der Abzisse des Histogramms aufgetragen wer den.

Parallel zur beschriebenen Auswertung der ersten Probe oder im Anschluß daran kann die mechanisch-dynamische Prüfung des Schmierstoffes erfolgen. Hierzu wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Schmierstoff in den in der DIN 51 350 be schriebenen Shell-Vierkugel-Apparat eingebracht. Dabei erfolgt eine 10-minütige Kurzzeitbelastung bei 1400 N und 500 U/min. Während des Versuchs erfolgt eine Überwachung der Temperatur. Diese steigt von anfangs ca. 20°C während der Prüf dauer auf ca. 60°C an. Bei einer Temperaturüberschreitung von 150°C schaltet sich der Shell-Vierkugel-Apparat aus Sicherheitsgründen automatisch ab. Eine Untersu chung der Prüfkugeln, wie in der DIN 51 350 vorgesehen, ist nicht erforderlich. Nach Durchführung der mechanisch-dynamischen Prüfung wird dem Schmierstoff eine zweite Probe entnommen, die in gleicher Weise wie die erste Probe untersucht wird. Die Untersuchung durch das Infrarot-Spektrometer muß allerdings innerhalb kurzer Zeit nach Versuchsdurchführung geschehen, da aufgrund der im Schmier stoff stattfindenden Relaxationsprozesse die Meßzeit für die zweite Probe begrenzt ist. Für die statistische Auswertung der Absorptionskoeffizienten wird die gleiche Farbskala gewählt wie bei der ersten Probe.

Zur Auswertung des Versuchs erfolgt ein Vergleich der beiden entnommenen Schmierstoffproben. Hierfür werden die aus den beiden Proben ermittelten Histo gramme durch Differenzbildung miteinander verglichen. Falls sich die Größe und/oder Ortsverteilung der Verdickeransammlungen nicht geändert hat, ist davon auszugehen, daß der Schmierstoff nicht an der Dissipation der auftretenden Energie beteiligt war. Dies entspricht einem nahezu verschwindenden Differenzhistogramm. Ein solcher Schmierstoff erscheint für den Einsatz bei Wälzlagern ungeeignet und wird nicht mehr einem Langzeitprüfverfahren unterzogen.

Unterscheiden sich die Größe und/oder Ortsverteilung der Verdickeransammlungen vor und nach der mechanisch-dynamischen Prüfung, was sich bei dem Differenzhi stogramm in entsprechenden Schwankungen niederschlägt, können qualitative Aus sagen über die Eignung des geprüften Schmierstoffes für den Einsatz bei Wälzla gern getroffen werden.

Claims

1. Verfahren zur Prüfung von Schmierstoffen, insbesondere zur Verwendung in Wälzlagern, wobei der zu prüfende Schmierstoff einer mechanisch- dynamischen Prüfung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoff vor und nach der mechanisch-dynamischen Prüfung untersucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Untersu chung des Schmierstoffes eine Infrarotabsorption gemessen und ausgewertet . wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Untersu chung des Schmierstoffes Absorptionskoeffizienten einer funktionellen Gruppe gemessen und ausgewertet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Untersuchung des Schmierstoffes die Meßwerte ortsabhängig ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte nor miert und als zweidimensionales, farbiges Topogramm aufgetragen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die statisti sche Häufigkeiten der ortsabhängigen Meßwerte ermittelt und miteinander verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die statisti sche Häufigkeiten aus den Topogrammen ermittelt und als Histogramm aufge tragen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Meßwerte durch Bildung eines Differenzhistogramms erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die mechanisch-dynamischen Prüfung des Schmierstoffes eine Kurzzeitprü fung ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Untersu chung des Schmierstoffes nach der mechanisch-dynamischen Prüfung der zu prüfende Schmierstoff einer Langzeitprüfung unterzogen wird.