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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des tribotechnischen Verhaltens
von Reibstoffpaarungen fur Bremsen und Kupplungen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein PrUfverfahren und eine Prüfvorrichtung,
mit deren Hilfe das tribotechnische Verhalten von Reibstoffpaarungen vollständig
erfaßt werden kann.
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Bei den bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen ist ee nicht
möglich, während ein und desselben Reibvorganges alle praktisch wichtigen Reibung
und Verschleißgrößen einor Reibstoffpaarung quantitativ zu erfassen.
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Bekannte Einrichtungen sshen vor, daß vor Beginn und nach Beendigung
eines Reibversuches die Reibprobe und/oder da Gegenreibkörpet zur genauen Bestimmung
des Abriebs und dea Gegenabrisbe gewogen werden. Zu diesem Zweck mOa-sen die au
wägende Teile aus dem Prüftand entnommen werdsn eG das Prüfverfahren nicht automatisch
ausgeführt werden kann, weil Betriebsunterbrechungen und ein Ausbau der zu sägenden
Teile erforderlich sind.
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Es ist im übrigen bekannt, bei Prüfungen dieser Art, bei denen Reibstoffpaare
gegeneinander gerieben werden, durch einen Stift oder ein ähnliches mittel die Tiefe
der Reibepur oder die sogenannte Rauhtiefe zu bestimmen.
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Die auf dieser Grundlage ausgeführten Abriebmessungen sind jedoch
ziemlich ungenau, da die durch einen Fühlerstift gewonnene Anzeige über einen größeren
Bereich gemittelt werden muß, weil der Stift praktisch jeweils nur einen Punkt erfaßt.
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Längenmessungen dieser Art sind stark abhängig von der Temperatur;
aus diesem Grunde mußte bei solchen Verfahren bislang mit langer Versuchsdauer gearbeitet
werden, um stationäre Bedingungen zu erhalten, die wenigstens für eine Meßapparatur
gestatten, Vsrgleichsversuche auszuführen.
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Die nach den bakannten Verfahren am Gegenreibkörper, zum Beispiel
einer Bremsscheibe, ausgeführten messungen des Gegenabriebe sind ebenfalls xeitraubend
oder ungenau, vor allem; weil der Gegenabrieb nur einen geringen Bruchteil des Abriebs
bei üblichen Reibtoffpaaren betrUgt. Bekannte elektronische Meßuarfahren tind ifleßwsrtgeber
ermöglichen zwar theoretisch genauere Messungen, die meGwertgeber sind Jsdoch in
der Praxis so temperaturempfindlich, daß sie durch die Reibtemperaturen beschädigt,
zumindest aber unzulässig stark beeinflußt uerden.
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum messen des tribotechnischen
Verhaltens einer Reibpaarung, bestehend aus einer Reibprobe und einem Gegunreibkörper,
die mit bestimmbarer Geschwindigkeit und bestimmbarem Druck gegeneinender bewegt
werden. Zum schnellen und vollständigen Messen des tribotechnischen Verhaltens ist
nach der Erfindung
vorgesehen, daß während der Relativbewegung von
Reibprobe und Gegenreibkörper bei isothermer und isobarer Reibung ständig sowohl
Reibwert, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Reibschwingung als auch der Gesamtabrieb
von Reibprobe und Gegenreibkörper und intermittierend durch einen berUhrungslosen
Weggeber die Tiefe der Reibepur auf der Gegenreibscheibe im Vergleich zu einer benachbarten
ungeriebenen Vergleichsspur gemessen werden. Durch die Erfindung wird vermieden,
daß die Wärmeausdahnungen der Reibkdrper und die Kompressibilität der Reibprobe
die Abrieb- und Gegenabsiebmessung verfälschen.
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Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren in an sich bekannter weise
der Gegenreibkörper gedreht. Der Gesamtabrieb kann zum Beispiel an der Halterung
der Reibprobe in dem Bereich gemessen werden, der durch die Reibungewärme nicht
beeinflußt wird. Die messung des Gegenabriebs wird ebenfalls durch die Reibungewärme
nicht beeinflußt, da diese messung intermittierend ausgeführt wird.
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Zur weiteren Ausgestaltung des meßverfahrens sind Temperaturmessungen
an der Ratbflache und gegebenenfalls an den der Reibfläche abgekehrten Flächen von
Probe und Gegenreibkörper vorgesehen, so daß die Verteilung der RsibungsErme beobachtet
werden kann. Die Erfindung sieht außerdem vor, die an dem bewegten Teil bei Reibungseingriff
auftretende Verzögerungekraft, die Anpreßkraft und die Schwingungsbewegung der Probe
zu
bestimmen, so daß eine vollständige Erfassung aller bei einem Reibungsvorgang auftretenden
Daten möglich ist.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens weist einen Drehantrieb
für einen Gegenreibkörper und eine die Reibprobe aufnehmende Halterung auf. Diese
Vorrichtung ist erfindungegemäß dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung der
Reibprobe zur messung des Gesamtabriebs ein Weggeber angeordnet ist und daß ein
berührungsloser Weggeber an einer Schwenkvorrichtung befestigt ist, deren Schwenkung
von außerhalb des durch die Reibungswärme beeinflußten Bereiches bis zu einem huber
der Reibspur liegenden Punkt führt und die zur hin- und hergehenden Bewegung des
berührungslosen Weggebers antreibbar ist.
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Der an der Halterung der Reibprobe angeordnete Weggeber kann zum Beispiel
ein elektromagnetischer Weggeber mit großer Empfindlichkeit sein, der während der
Drehung des Körpers fortlaufend mißt und daher die Bildung eines titteluertes ermöglicht.
Als berührungsloser Weggeber kann ein kapazitiv arbeitender Weggeber verwendet werden,
der auf Grund der Schwenkbewegung intermittierend die Tiefe der Reibepur auf der
Gegenreibscheibe mißt und ebenfalls einen mittelwert liefert. Der Abrieb der Reibprobe
kann als Differenz beider Messungen sofort ermittelt und aufgezeichnet werden.
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Die Schwenkvorrichtung ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sie spielfrei
arbeitet. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß ein berührungsloser Weggeber
mittelbar oder unmittelbar an einer mit ihrer Fläche parallel zur Schwenkachse stehenden
Blattfeder befestigt ist, die durch eine Vorschubeinrichtung, beispielsweise eine
Nockenvorrichtung, betätigt wird. Durch entsprechende Ausbildung und Drehgeschwindigksit
der Nockenscheibe ist zu erreichen, daß der berührungslose Weggeber jeweils nur
kurz Uber der Reibspur den durch die Reibung erzeugten Temperaturen ausgesetzt ist.
Seim Hin- und Herschwenken wird gleichzeitig auf dem Gegenkörper die Höhe der Vergleichespur
mitgemessen, die keiner Reibung unterliegt.
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Die Cegenreibfläche ist vorzugsweise an der radialen Stirnfläche des
als Scheibe gestalteten Gegenreibkörpera angeordnet, über der die Reibprobe in ihrer
Halterung in axialer Richtung unter Belastung verschiebbar ist. Die Erfindung sieht
die unmittelbare messung der unter der Belastung und dem Abrieb erfolgenden Verschiebung
der Reibprobe vor. Da unter Belastung und bei konstanter Temperatur gemessen wird,
spielt eine durch die Belastung und durch Wärmeausdehnungen gegebenenfalls an-Zange
verursachte Verschiebung in axialer Richtung keine Rolle.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich mit Einrichtungen
zur fortlaufenden messung und Aufzslchnung des Anpreßdruckes und der Reibschwingungen
der Reibprobe, der Drehzahl und des Drehmoments des Gegenreibkörpers und der
Temperatur
der Reibfläche versehen sein. Zusätzlich ist es möglich, Temperaturmeßeinrichtungen
an den der Reibfläche abgekehrt liegenden Teilen der Reibprobs und des Gegenreibkörpers
vorzusehen.
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Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung gestatten demnach eine
einwandfreie messung von Verschleiß und Gegenverschleiß bei Reibstoffpaarungen.
Die messungen dauern im Gegensatz zu bekannten Verfahren und Einrichtungen nur verhältnismäßig
kurze Zeit. Es ist nicht erforderlich, nach einem Reibversuch die Reibprobe und
den Gegenreibkörper erst abkühlen zu lassen, um sie zu einer genauen messung aus
der Vorrichtung herausnehmen zu können.
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Die Erfindung gestattet ferner, die verschiedensten Reibvorgänge zu
simulieren und dabei das Reibverhalten unmittelbar zu prüfen und aufzunehmen. Es
kann zum Beispiel ohne den Reibvorgang zu unterbrechen, nacheinander bei verschiedenen
Geschwindigkeiten und Anpreßdrücken gemessen werden.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte
Ausführungsfor.
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der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist.
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Es zeigent Figur 1 Eine vereinfacht dargestellte Draufsicht auf eine
erflndungsgamäße Vorrichtung,
Figur 2 eine teilsweise als Schnitt
gezeigte Seitenansicht einer Reibpaarung mit einem Weggeber und einer Halterung
für die Reibprobe in einer Vorrichtung nach Figur 1, Figur 3 einen vergrößerten
Ausschnitt aus Figur 1 zur Veranschaulichung der Anordnung eines berührungslosen
Weggeber, Figur 4 eine Seitenansicht der Anordnung nach Figur 3, teilweise im Schnitt,
Figur 5 die Anordnung eines zusätzlichen Meßfühlers an der Einrichtung nach Figur
1, Figur 6 u. 7 vereinfachte Darstellungen von Meßdiagrammen und Figur 8 - 10 vereinfacht
dargestellte Schaltungen für die meßeinrichtungen nach Figur 2, 3 und 5.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsemäßen Verfahren, siehe
Figur 1, weist einen als Reibscheibe 10 gestalteten Gegenreibkörper auf, die durch
ihre Achse 14 mit einem Drehantrieb 12 verbunden ist. Dio Achse 14 ist drehbar in
eine. nicht naher dargestellten Rahmen oder Gehause gelagert, an dem auch der Antrieb
12 abgestützt ist.
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In einer ebenfalls fest mit dem Rahmen der Einrichtung verbundenen
Halterung 16 ist eine Reibprobe 18 angeordnet, die unter Belastung gegen die Gegenreibscheibe
10 gedrückt wird,
so daß auf der in Drehung versetzten Scheibe eine
Reibspur 20 erzeugt wird, neben der sich eine abriebfreie Vergleichsspur 22 befindet.
An der Halterung 16 ist eins meßvorrichtung 24 angeordnet, die die durch den Gesamtebrieb
verursachte Verschiebung der Reibprobe 18 in Richtung der Achse der Scheibe 10 mißt.
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Einzelheiten dieser Anordnung zeigt Figur 2. Die Halterung 15 ist
danach eine in Richtung der Achse der Scheibe 10 sich erstreckende Führung, die
eine Fassung 42 verschiebbar hält.
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In das der Scheibe 10 zugekehrte Ende der Fassung 42 ist die Reibprobe
18 eingesetzt. Auf das entgegengesetzt gerichtete Ende der Fassung wird, wie durch
einen Pfeil 40 angedeutet ist, ein meßbarer Druck ausgeübt. Die Fassung 42 weist
einen Arm 44 auf, der einen parallel zur Führung der Halterung 16 verlaufenden Stift
46 trägt. Der Stift 46 ist gleichzeitig Teil eines Weggebers 50, die ebenso wie
die Führung 16 an einen Teil 46 des Raheens der Vorrichtung abgestützt text, Die
Meßvorrichtung 24 kann auf elektrischer Grundlage arbeiten, zum Beispiel kann durch
eine Bewegung des Stiftes 46 eine Kapazität oder Induktivitit geändert werden. Wosentlich
ist, daß der Weggeber 50 hochempfindlich und ausreichend weit ontfernt von dem Einflußbereich
der Reibungewärme ist, die zwischen Reibprobe 18 und Scheibe 10 in der Spur 20 erzeugt
wird.
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Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Registrierstreifen, dessen
Spur 52 die messung des Weggebers 50 wiedergibt. In Figur 6 ist die Vertikale die
Zeitachse oder die Richtung des Papiervorschubs, die Horizontale die Abriebgröße.
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Figur 1 zusammen mit Figur 3 und 4 zeigt ferner die Anordnung eines
berührungslosen Weggebers 30 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Weggeber
30 kann zum Beispiel kapazitiv arbeiten. Derartige Weggeber sind temperaturempfindlich.
Um eine Beschädigung des meßorgans bei hohen Reibungstemperaturen zu vermeiden,
ist erfindungegemäß vorgesehen, daß intermittierend gemessen wird. Zu diesem Zweck
ist der Weggeber 30 an einer Blattfeder 28 befestigt, deren Fläche parallel zur
Achse der Scheibe 10 steht und die mit ihrem Fußende in einer Halterung 26 sitzt,
die fest mit dem nicht dargestellten Rahmen der Vorrichtung verbunden ist. Die Blattfeder
28 wird durch eine Nockenvorrichtung betätigt, die in der dargestellten Ausführungsform
aus einer Exzenterschsibe 32 besteht, deren Achse 34 ebenfalls am Gehäuse der Vorrichtung
gelagert ist.
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In Figur 1 ist angedeutet, daß die Exzenterscheibe 32 vom Antrieb
12 her angetrieben werden kann. Die Antriebsverbindung kann ein Stufengetriebe enthalten,
um die Frequenz der durch die Scheibe 32 verursachten Schwenkbewegung des Weggebers
30 zu ändern.
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Die dargestellte Anordnung ermöglicht eine spielfreie Schwenkung des
Weggebers 30. Die Blattfeder 28 wird so gewählt, daß sie im Hooke'schen Bereich
arbeitet. Die Schwenkbewegung des Weggebers 30 ist in Figur 3 und 4 angedeutet.
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In Figur 3 sind die beiden Endetellungen in ausgezogener Linie, eine
Zwischenstellung in gestrichelter Linie eingezeichnet. In Figur 4 ist die Zwischenstellung
des Weggebers ebenfalls gestrichelt eingezeichnet. Die Schwenkbewegung des Weggebers
30 beginnt außerhalb der Scheibe 10, das heißt, außerhalb des Bereiches der Reibungawärme,
die durch Reibung eingriff zwischen Reibprobe 18 und Scheibe 10 in der Spur 20 erzeugt
wird. Die Schwenkbewegung führt bis Uber die Spur 20; dazwischen überstreicht der
Weggeber 30 den Rand 22 der Scheibe 10,der die abriebfreie Vergleichsspur bildet.
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Figur 7 zeigt die vom Weggeber 30 auf einem Registrierstreifen aufgezeichneten
Spuren; die Achsen des Streifens nach Figur 7 haben dieselbe Bedeutung wie in Figur
6. S22 und S20 zeigen die über den Bereichen 22 und 20 der Scheibe 10 aufgenommenen
Spuren. Die Differenz bildet den Gegenabrieb. Zur Vereinfachung der Auswertung ist
es möglich, die Aufzeichnungen nach Figur 6 und 7 unmittelbar zu kombinieren, so
daß als weitere Spur der Abrieb der Reibprobe 18 allein aufgezeichnet wird.
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Für die Verwendbarkeit eines Reibbelages ist die mehr oder minder
große Neigung zur Erzeugung von Reibschringungen ein wichtiger Faktor. Nach Figur
5 kann an der Fassung 42 der Reibprobe 18 ein Schwingungsdetektor oder Körperschallgeber
60
angeordnet pferden. In den Figuren 8, 9 und 1-0 sind die Schaltungen
für die Meßeinrichtungen nach den Figuren 2, 3 und 5 vereinfacht dargestellt.
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Figur 8 zeigt, daß die meßvorrichtung 24 aus einem Weggeber 50 mit
einem induktiven meßkopf 53 mit dem fühlstift 46 und einer meßbrücke 54 mit Anzeigegerät,
Verstärker, der Brückenschaltung und einem Primärspannungsgenerator besteht. Das
Anzeigegerät der Meßbrücke 54 zeichnet die in Figur 6 dargestellte Kurve 52 au?0
In Figur 9 erkennt man, die Zusammensetzung der Meßanordnung für den Uber den Spuren
20 und 22 der Scheibe 10 bewegbaren, berührungslosen Weggeber 30 aus einem kapezitiven
Geber, einem Oszillator 33, einem Reaktanzwandler 35 und einem Registriergerät 36.
mit Hilfe des Registriergerätes 36 liest man den in Figur 7 dargestellten Gegenabrieb.
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Schließlich zeigt Figur 10 eine Schaltungsanordnung tür die Geräuschlessung
an der zu untersuchenden Rsibprobe 18. Der Karperschallgeber 60 wirkt über einen
Impedanzwandler 61, zonen ersten Verstärker 62, ein Frequenzfilter 63 und einen
zweiten Verstärker 64 auf ein Registriergerät fflr die Schwingbeschleunigung 65.
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- PATENTANSPRÜCHE -