DE2243394A1

DE2243394A1 - Vorrichtung zur messung der reibungskraefte zwischen koerpern aus beliebigen werkstoffen und eis

Info

Publication number: DE2243394A1
Application number: DE19722243394
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl Ing Nolte
Original assignee: Weser AG
Current assignee: Weser AG
Priority date: 1972-09-04
Filing date: 1972-09-04
Publication date: 1974-03-14

Description

Vorrichtung zur Messung der Reibullgskrafte zwischen Körpern aus beliebigen Werkstoffen und Eis.
Die bei Bewegung sich berührender Körper an den Berührungs flächen auftretenden Reibungskräfte werden für gleiche und unterschiedliche Werkstoffe in Versuchseinrichtungen ermittelt und tabellarisch erfaßt. Üblich sind Anordnungen mit schiefen Ebenen, wie sie in einschlägigen Fachbüchern beschrieben sind.
Gemessen wird stets an der Oberfläche der sich berührenden Reibflächen, so daß es keine Anhaltspunkte dafür gibt, welche Änderungen auftreten, wenn der eine Körper bei der Bewegung mehr oder weniger tief in das Material des anderen Körpers eindringt. Es gibt auch keine Anhaltspunkte für die auftretenden Änderungen der Reibungswerte, wenn die sich aneinanderbewegenden Körper unterschiedlichen Umweltsbedingungen ausgesetzt sind. Derartige Verhältnisse liegen z. B. vor, wenn ein stählerner Schiffskörper in die Eisregionen arktischer Gewässer eindringt. Man weiß, daß die Eistemperaturen an der Oberseite zum Teil wesentlich niedriger sind als im unteren Bereich, denn die Oberfläche des Eises ist ständig der tiefen Außentemperatur ausgesetzt, während an der Unterseite der Eisschicht die wesentlich höheren Temperaturen des Wassers von Einfluß sind. Es ist daher die Kenntnis von Bedeutung, in welchem Maße sich die Reibungskräfte unter dem Einfluß der Temperatur an einem die Eisdecke von oben nach unten dnrchschneidenden Schiff ändern, wenn das Schiff sich durch das Eis bewegt. Dabei wechscit offenbr auch die Härte des Eises mitvsich ändernden klimmatischen Verhältnissen, was mit labormäßigen VersuchseinrichtuIgen nicht feststellbar ist. Neben der Härte sind auch Schwallkungen der Dichte des Eises zu beobachten. Bisher fehlen genauere Kenntnisse in dieser Richtung ebenso wie genauere Kenntnisse über die unterschiedliche Reibung bei unterschiedlichen Temperaturen.
Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Messung von Reibungskräften zwischen Körpern beliebiger Werkstoffe, insbesondere Stahl und Eis, unter beliebigen Verhältnissen und an beliebigen Stellen der Eis decke vor allem draußen in den arktischen Regionen ermöglichen soll.
Diese Aufgabe löst erfindungsgemäß eine Meßvorrichtung, welche aus einem in ein Bohrloch des Eises einfahrbaren runden Meßkopf mit gegen die Bohrungswandung drückbaren Reibflächen des Werkstoffes, aus einer mit dem Meßkopf verbundenen Drehmomentmeßeinrichtung und aus einem Antriebsmotor für Drehbewegungen des Meßkopfes besteht und deren Teile vorteilhaft gemeinsam höhenverstellbar in einem Gestell abgestützt sind. Die Reibflächen des Meßkopfes sollten zweckmäßig als auswechselbare und radial zur Drehachse des Meßkopfes verstellbare Backen ausgebildet sein, um Messungen mit verschiedenen Stahlsorten und gegebenenfalls auch anderen Werkstoffen vornehmen zu können.
Für die Betätigung der Backen im Meßkopf innerhalb des Bohrloches empfiehlt sich ein Druckmittel, insbesondere Drucköl, welches seine Viskosität bei Temperaturschwankungen nicht wesentlich ändert. Die Zuleitungen können in einer Hohlwelle angeordnet sei, die den meßkopf mit der Welle des vorteilhaft außerhalb des Bohrloches im Eis verbleibenden Antriebsmotor verbindet.. Durch die Hohlw-elle können außerdem Leitungen eines im Meßkopf angeordneten Temperaturfühlers geführt werden, dessen Werte außerhalb des Bohrloches angezeigt und/oder aufgezeichnet werden. Die aus dem Meßkopf mit dem Drehmomentmeßgerät und den Antriebsmotor bestehende Meßvorrichtung wird vorteilhaft höhenverstellbar in einem zusammenklappbaren Stativ abgestützt, so daß es überaLlhin mitgenommen'und überall aufgestellt werden kann.
Ein solches Meßgerät gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß Reibungsmessungen an jeder beliebigen Stelle in der freien Natur unter unterschiedlichsten Uuiweltsbedingungen durchgeführt werden können. Dabei wirkt sich besonders günstig aus, daß die Messung der Reibungskräfte in einem Bohrloch systematische Versuche ermöglicht, bei denen die Reibung ausgehend von der Oberfläche des Eises bis in größte Tiefen ermittelt werden kann, wobei der Temperaturfühler gleichzeitig Aufschlüsse über vorhandene Temperaturen ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht mit Schnitt durch ein Bohrlocllllnd Figur 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Meßkopf nach Linie II - II der Figur 1.
Die Meßvorrichtung besteht aus dem Meßkopf 1, einer vorteilhaft unmittelbar mit diesem verbundenen Drehmomentmeßeinrichtung 2, einem Antriebsmotor 3 sowie einer den Motor mit dem Meßkopf 1 verbindenden Hohlwelle 4. Der Motor 3 kann elektrisch1 hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Als Drehmomenteinrichtung eignen sich handelsübliche Geräte, insbesondere eine Drehmomentmeßnabe, welche mittels Flanschverbindungen zwischen dem Meßkopf 1 und der Hohlwelle 4 befestigt ist. Der Meßkopf 1 zeigt im Falle des Ausführungsbeispieles drei radial bewegliche Meßbacken 5 mit auswechselbaren Reibflächen. Zur Betätigung dienen hydraulische Kolbenzylindereinrichtungen, welche auf der Zeichnung nicht dargestellt sind und mit einem Drucköl betrieben werden1 dessen Viskosität gegen Temperaturschwankungen weitestgehend unempfindlich ist. Die Zuleitungen dieser Betätigungseinrichtung werden von außen durch die Hohlwelle 4 geführt. In letzterer werden auch Übertragungsleitungen für die Meßwerte eines im Meßkopf angeordneten, auf der Zeichnung jedoch nicht dargestellten Temperaturfühlers verlegt, um dessen Meßwerte außerhalb des Bohrloches anzuzeigen bzw. aufzuzeichnen. Die beschriebene Meßvorrichtung ist nach dem Ausführungsbeispiel in einem vorteilhaft dreibeinigen Stativ 6 abgestützt und an einer vertikalen Führung 7 höhenverstellbar gehalten. Zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der der Sockel des Motors 3 an der Fiihrung 7 gehalten ist. Zur Höhenverstellung dient ein Seilzug 8 mit einer IIandwinde 9. Das Stativ ist in herkömmlicher Art zusammenlegbar. Es kann an den Fußenden Spitzen aufweisen, um einen sicheren Stand des Stativs auf dem Eis oder gegebenefalls auf einem anderen Werkstoff zu gewährleisten. Zur Erleichterung des Einfahrens des Meßkopfes in das Bohrloch kann ein Zentrierring am Meßkopf vorteilhaft sein, dessen Außendurchmesser ungefähr dem Bohrlochdurchmesser entspricht und der gegebenenfalls ausgewechselt werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

X Vorrichtung zur Messung der Reibungskräfte zwischen Körpern beliebiger Werkstoffe und Eis, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einem in ein Bohrloch des Eises einfahrbaren, runden Meßkopf (1) mit gegen die Bohrungswandung drückbaren Reibflächen (5) des Werkstoffes, einer mit dem Meßkopf verbundenen Drehmomentmeßeinrichtung (2) und einem Antriebsmotor (3) für den Meßkopf (1) besteht, die gemeinsam höhenverstellbar in einem Gestell (6) abgestützt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen des Meßkopfes als auswechselbare und radial zur Drehachse des Meßkopfes (1) verstellbare Backen (5) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Meßkopf (1) und die Welle des außerhalb des Bohrloches verbleibenden Antriebsmotors (3) verbindende Welle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist und Leitungen für ein Druckmittel zur Betätigung der Backen des Meßkopfes aufnimmt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) einen Temperaturfühler aufweist, der mit einem außerhalb des Bohrloches angeordneten Anzeigegerät verbunden ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (6) als Stativ ausgebildet ist, welches eine vertikale Führung (7) aufweist, an der der Sockel des Antriebsmotors (3) vertikal beweglich geführt und durch ein Hebezeug (8,9) gehalten ist.

L e e r s e i t e